Программное обеспечение автомобиля

Статья о том, что из себя представляет программное обеспечение современного автомобиля. Особенности софта, процессы и технологии. В конце статьи — интересное видео о 5 нужных лайфхаках для вашей машины!Статья о том, что из себя представляет программное обеспечение современного автомобиля. Особенности софта, процессы и технологии. В конце статьи — интересное видео о 5 нужных лайфхаках для вашей машины!

Содержание обзора:

• Особенности автомобильного софта
• Основные состовляющие ECU
• Процессы и технология
• Управление двигателем
• Стандартизация
• Видео — 5 нужных лайфхаков для автомобиля

Ни один современный автомобиль не мыслим без электронной начинки, которая предполагает сложное программное обеспечение. Управляя автомобилем, мы почти не задумываемся о том, какие при этом процессы протекают у него внутри – монитора-то как у компьютера нет, а, значит, действие программ не визуализировано, словно бы их и нет. Но они есть.

Особенности автомобильного софта

Современное программное обеспечение для вашего автомобиля весьма надежно: коэффициент сбоя оборудования — всего лишь один на миллион операций в течение года, и то в качестве исключения.

Взаимодействие между этими блоками выполняется благодаря шинным архитектурам, которые представляют собой совокупность контроллеров — CAN, controller area network, а также специальную сеть, предназначенную для передачи информации специального цифрового оборудования — MOST, media-oriented systems trans, FIexRay, а также систему Local interconnect, (LIN).

Если сравнить перечисленные шины с Ethernet, который предназначен для ПК, они работают с пониженной скоростью, так как объем обрабатываемых данных в автомашинах небольшой. Но это минимальное количество информации должно обрабатываться буквально за считанные миллисекунды.

С ростом числа ECU разработчикам приходится создавать усложненные структуры внутриавтомобильных сетей, которые требуют более сложного строения. Рассмотрим основную разницу между ПО автомашины и цифровыми технологиями других предназначений.

• Надежность — системные программы автомашины в достаточно сложной сети ECU в продолжение всего периода использования должны работать максимально надежно;
• Безопасность выполняемых функций — ESC и система торможения должны действовать безотказно, и это уже предполагает довольно серьезные требования к ПО и к самому процессу их разработок;
• Скорость взаимодействия – мгновенная реакция электронных узлов автомобиля (до миллисекунд) невозможна без специальной программной архитектуры и усовершенствованных операционных систем;
• Надежная архитектура — ПО автомобиля должно осуществлять максимальную электромагнитную совместимость, а также не поддаваться влияниям искаженных сигналов;
• Связь узлов электронно-механического цикла.

Внимание: Ни в коем случае не допускать перезагрузку ECU во время работы!

Основные составляющие ECU

ECU представляет собой довольно сложную плату, на которой, помимо микроконтроллера, имеются сотни других элементов. Рассмотрим основные детали.

1. Аналого-цифровой преобразователь(ADC) — это оборудование предназначено для снятия показателей с определенных автомобильных датчиков, и с датчика кислорода в том числе. Дело в том, что процессор способен воспринимать только цифровые значения, а, например, показатель кислорода выдает лишь электрические сигналы напряжением от 0 до 1,1V. ADC преобразует эти данные в десятибитное двоичное число, и оно становится понятным для процессора.
2. Драйвер – программа, предназначенная для управления цифровым оборудованием за счет преобразования сигналов.
3. Цифро-аналоговый преобразователь (DAC) — предоставляет аналоговые сигналы, чтобы запустить определенные компоненты двигателя автомобиля.
4. Чип связи – эти чипы позволяют реализовать самые разные стандарты связи, имеющиеся в автомобиле. В производстве имеется несколько таких стандартов, но самым распространенным из них является CAN — Controller-Area Networking. Он обеспечивает скорость 500 к/бит в секунду, что крайне необходимо для модулей, которые совершают до сотни операций в ежесекундно.

Процессы и технология

С тех пор, как появилось первое ПО для автомобилей, многое изменилось. Если изначально программное обеспечение мог контролировать всего лишь один производитель, то теперь это стало практически невозможно.

Изначально в прошлом столетии в качестве ПО использовался ассемблер. Язык же Си стал распространяться в 90-е годы. Компания Robert Bosch и многие другие производители начали разрабатывать ПО с помощью Mathlab/Simulink и ASCET (управляющие и моделирующие технологии).

Системы шин CAN делают ПО автомашины достаточно сложным. Причина заключается в том, что они не исключают взаимодействия между программами разных ECU. Современные автомобили класса люкс могут содержать сложную сеть, состоящую из 80 ECU, которые в общей сложности имеют до 100 млн. строк кода.

Инженерные решения на уровне процессов и архитектуры тоже становятся одним из главных условий аутсорсинга. В связи с этим обстоятельством компания Bosch некоторые разработки начала отдавать на сторону еще с начала 90-х годов прошлого столетия.

В настоящее время работа над ПО для автомашин проводится несколькими объединениями, распределенными по всему миру. И такого рода деятельность стала довольно оптимальной для бизнеса.

Управление двигателем

Постановления международного законодательства по вопросам экологии требуют уменьшения расхода топлива автомобилей и соответствующего сокращения загрязнения окружающей среды. Значит, есть стимул для усовершенствования трансмиссии в целях гарантии оптимального времени впрыскивания топлива и срабатывания зажигания.

Например, современные дизельные двигатели способны впрыскивать топливо в минимальном количестве семь раз за один такт. А это для двигателя с четырьмя цилиндрами, который развивает скорость вращения до 1800 оборотов в минуту, составляет 420 раз в секунду. Все это требует новых функций ПО и более продуманных алгоритмов управления, чтобы любые отклонения свести к минимуму.

Необходимость уменьшения вредных выбросов потребовала обновленных технологий и методов обеспечения движения. Поэтому, дополняя обычные двигатели внутреннего сгорания, в будущем львиной долей авторынка будут владеть электродвигатели и смешанные разработки. Кроме того, возрастет необходимость в альтернативном топливе, и главным рычагом к решению этих задач послужит программное обеспечение.

Центром управления трансмиссиями автомашин является модуль управления двигателем. Современные модули имеют объем более 2 мегабайт цифровой памяти и функционируют с частотой тактов до 160 МГц. При этом задействуются программы до 300 тыс. строк кода.

Стандартизация

При разработке современных цифровых программ для автомашин однозначно учитывается специфика необходимого ECU: ПО непосредственно взаимодействует с определенным оборудованием. Благодаря постоянному возрастанию количества автомобильных ECU, вторичное использование ПО становится в приоритете. Поэтому в такой ситуации уместно говорить о стандартизации.

В 2003 году поставщиками и производителями было создано объединение «Automotive Open System Architecture»(Autosar). Цель создания организации – выполнение общего стандарта и единых технологий. Сегодня это объединение охватывает свыше 150 организаций, которыми сообща разрабатывается новое строение ECU, базовое ПО и все необходимое для создания рабочего программного обеспечения.

Такого рода взаимодействие предполагает создание узлов, которые не зависят от оборудования. Это дает возможность поставщикам и производителям обмениваться разработками, а также использовать их повторно на самых разных ECU.

Строение Autosar состоит из нескольких абстрактных уровней, в которых ПО отделяется от аппаратного обеспечения. На самом верху находится прикладное ПО, которое реализует всю прикладную деятельность. Ниже следует базовое, номинальное ПО. Оно гарантирует нужную абстракцию от аппаратного обеспечения точно так же, как это происходит, например, в персональном компьютере. Autosar Runtime Environment (среда исполнения в реальном времени) осуществляет связи внутри ECU.

Технология Autosar содержит все необходимые форматы обмена и шаблоны, которые используются как для генерации и конфигурации инфраструктуры, так и для ее описания.

Самая разнообразная информация качественно анализируется в целях создания объективной модели окружающей среды, что позволяет формировать новые опции, которые поддерживают водителя в экстремальных случаях.

Например, водитель во время следования отвлекся на пассажира. В этом случае приложение определяет торможение движущегося впереди автомобиля, затем предупреждает водителя или самостоятельно включает торможение. Кстати, водитель может даже сразу не узнать о наличие такого ПО, пока не окажется в опасном положении.

Заключение

В современном автомобилестроении на сегодняшний день возникают предпосылки для очередной научно-технической революции в области разработки программ, потому что более широко начинают использоваться цифровые технологии и возможности бытовой электроники. Не за горами то время, когда автомобили начнут подключаться к Интернету через все стационарные и мобильные устройства. И при этом будет возрастать роль свободного программного обеспечения для решения практических задач.

5 нужных лайфхаков для автомобиля — в видео: