Firmware Warum die Autoindustrie neue Software Updates braucht

Wenig Mechanik, mehr Software in Steuergeräten der Autos.
Software Updates helfen, ein Produkt auf technisch aktuellem Stand zu halten.

Die aktuellen Methoden zur Aktualisierung der Software in Steuergeräten wurden für Autos entwickelt, die mehr auf Mechanik und weniger auf Software beruhten. Angesichts von teils über 100 Millionen Zeilen Software-Code ist ein Umdenken nötig.

Laut Frost & Sullivan verfügt ein modernes Premium-Auto über mehr als 100 Millionen Zeilen Software-Code (LOC), ein Mittelklasse-Auto kommt auf etwa 20 bis 30 Millionen LOC. Dieser Code wird in vielen Bereichen des Autos verwendet – von den Radar- und Infrarotsensoren bis hin zum Antriebsstrang, dem Fahrwerk und dem Infotainment-System. Die Embedded-Software-Paketgröße beträgt etwa 10 MB für Motor- und Getriebesteuerungen, während bei Audio-/Infotainment-Systemen in der Regel die größten und kompliziertesten Software-Einheiten zu finden sind, die oft mehr als 100 MB Code enthalten.

Die meisten der innovativen Features in neuen Autos basieren auf Software. Die durchschnittliche Investition beträgt etwa 10 US-Dollar pro LOC. Dies macht Software zu einer der teuersten Komponenten im Auto. Eine aktuelle Frost &Sullivan-Studie schätzt, dass bis 2020 rund 40 bis 50 % der Autokosten auf Software entfallen. Laut Coverity, einem Unternehmen, das Tools zur Software-Entwicklung anbietet, können dabei in tausend Zeilen Code im Durchschnitt 20 bis 30 Bugs enthalten sein. Bis zum Jahr 2020 wird mit rund 300 Millionen LOC im Auto gerechnet. Nimmt man dazu noch die Coverity-Zahlen hinzu, kommt man auf Zehntausende von potenziellen Mängeln in einem Auto im Jahr 2020. Diese Prognosen zeigen mehr als deutlich, dass es Zeit ist, eine neue Strategie für den Software-Lebenszy­klus zu definieren – eine Strategie, welche die Zahl der durch Software verursachten Rückrufe verringern wird, die Kundenzufriedenheit verbessern hilft und die Möglichkeit eröffnet, neue Funktionen schneller umzusetzen, vor allem angesichts der rasanten Innovationen in der Unterhaltungselektronik.

Die Schwächen des klassischen Update-Prozesses

Es gibt viele Steuergeräte in einem Fahrzeug, von denen die meisten über das Fahrzeugnetzwerk (CAN, MOST, LIN, FlexRay) miteinander verbunden sind. Doch nur einige wenige Module, in der Regel die Infotainment- und Telematik-Module, haben direkten Zugang zum Mobilfunk oder einem WLAN. Prinzipiell lassen sich auch Smartphones als Gateway verwenden, um Updates zu erhalten und diese auf interne Fahrzeugmodule zu übertragen, sobald das Gerät angebunden ist.

Typische Anlässe für die Aktualisierung der Steuergeräte-Software sind Rückrufaktion (vorgeschrieben oder freiwillig), geplante Wartungsaktionen und generelle Updates für die Produktionslinie. In der Regel ist ein Problem mit der Fahrzeugfunktionalität Auslöser für ein ECU-Software-Update. In den meisten Fällen kann dies durch Änderung der Software in einem Steuergerät des Fahrzeugs repariert werden. Je nachdem, wie groß die Dringlichkeit zur Behebung des Problems und der Druck von Behörden sind, entscheidet der OEM, ob das Update sofort oder als Teil einer geplanten Wartung durchgeführt wird.

Das traditionelle Verfahren zur Aktualisierung von Steuergeräten ist dabei recht aufwendig:

1. Der entsprechende ECU-Lieferant wird aufgefordert, eine neue Software-Version zur Verfügung zu stellen.
2. Der Lieferant übergibt die Software-Version an den OEM, der diese auf Qualität überprüft.
3. Der OEM benachrichtigt die Händler und Besitzer schriftlich von dem Rückruf. Der OEM sendet die neue Software-Version auf einer CD per Post zu den Händlern.
4. Der Händler aktualisiert die Programmier-Tools in der Werkstatt mit dem Inhalt der CD.

5. Der Fahrzeughalter fährt das Auto zur Händler-Werkstatt.
6. Der Techniker verbindet eine serielle Kommunikationseinheit mit dem Fahrzeug-Bus, um gezielt auf die ECU zuzugreifen.
7. Der Techniker startet den Update-Prozess der ECU und prüft anschließend, ob die Reprogrammierung funktioniert hat.
8. Der Kunde übernimmt das Fahrzeug und der Händler berechnet dem OEM die Arbeit für den Rückruf.

Die exakte Update-Dauer hängt stark von der Größe des Codes ab sowie von der Geschwindigkeit des seriellen Protokolls. In der Regel planen die Händler jedoch mindestens zwei Arbeitsstunden für diese Tätigkeit ein. Da die benötigten Programmierwerkzeuge relativ teuer sind, stehen in einer Werkstatt zudem nur eine begrenzte Zahl von Programmier-Plätzen zur Verfügung. Moderne Methoden zur Software-Aktualisierung wie beispielsweise ein drahtloses „Firmware Over the Air (FOTA)“-Update können hier Abhilfe schaffen (Bild 1). Allerdings sind dabei gleich mehrere Randbedingungen zu beachten.