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Automotive-Prozessor für Service-orientierte Gateways

Service-orientierte Gateways stellen neue Dienste in Fahrzeugen bereit und erleichtern sowohl die Entwicklung als auch die Handhabung der Funktionen
Service-orientierte Gateways stellen neue Dienste in Fahrzeugen bereit und erleichtern sowohl die Entwicklung als auch die Handhabung der Funktionen (Bild: NXP)

Dedizierte Netzwerkprozessoren helfen, das explodierende Datenaufkommen in zunehmend vernetzten Fahrzeugen in den Griff zu bekommen und zu kommerzialisieren.

Die rasche Verbreitung zunehmend vernetzter Fahrzeuge und das explosionsartige Wachstum von Fahrzeugdaten können den Weg bereiten für neue Dienste und Geschäftsfelder, die die Automobilindustrie verändern und allen Beteiligten erheblichen Nutzen bringen können: dem Fahrzeughalter, dem Autohersteller und damit verbundenen Serviceanbietern. Die Einführung solch neuer Dienste setzt jedoch mehr voraus als nur reine Konnektivität. Es bedarf neuer Konzepte bei Fahrzeugnetzwerken und Softwarearchitekturen, um große Mengen von Fahrzeugdaten sicher zu verarbeiten und eine skalierbare Softwareinfrastruktur für die reibungslose Einführung solcher Dienste bereitzustellen. Mit einem Service-orientierten Gateway lassen sich diese Anforderungen erfüllen.

Service-orientierte Gateways führen Funktionen aus den Bereichen Automotive Networking und Enterprise Networking zusammen.
Service-orientierte Gateways führen Funktionen aus den Bereichen Automotive Networking und Enterprise Networking zusammen. (Bild: NXP)

Daten von funktionalen Domänen sicher übertragen

Moderne Fahrzeuge sind heutzutage in der Regel mit einem zentralen Gateway ausgestattet, das Daten über heterogene Fahrzeugnetze hinweg von und zu funktionalen Domänen wie dem Antriebsstrang, Fahrwerk oder auch Sicherheitssystemen, Karosseriesteuergeräten, Infotainment, Telematik und neuartigen Fahrassistenzsystemen transportiert und verarbeitet. Diese Domänen bestehen aus Dutzenden von spezialisierten elektronischen Steuergeräten (ECUs, Electronic Control Units), von denen in Oberklasse-Fahrzeugen mehr als 150 verbaut sein können. Dieses hardwarezentrische Modell wird zunehmend von einem softwarebasierten, Service-orientierten Modell abgelöst, bei dem vernetzte Fahrzeuge OTA-Updates (Over-the-Air) aus der Cloud erhalten, um die Fahrzeuge an die Präferenzen der Eigentümer anzupassen, Sicherheitsupdates einzuspielen, Garantieleistungen zu dokumentieren, die Fahrzeugleistung zu verbessern und neue Dienste zu ermöglichen. Service-orientierte Gateways haben eine um Faktoren höhere Rechen- und Netzwerkleistung als traditionelle Gateways. Sie können neue Dienste bereitstellen, Steuergerätefunktionen konsolidieren und die geradezu explodierende Flut von Fahrzeugdaten bewältigen, die es zu verarbeiten gilt. Es gibt viele für die Automobilindustrie interessante Dienste, die durch Service-orientierte Gateways eingeführt werden können. Da das Gateway als Zentrale für den fahrzeugübergreifenden Datenzugriff fungiert, eignet es sich geradezu ideal, um Rohdaten zu sammeln und mithilfe von Analysen vor Ort wertvolle Einblicke für Dienste wie eine vom Fahrverhalten abhängende Versicherung (UBI, Usage-based Insurance), Flottenmanagement und die Überwachung des Fahrzeugzustands zu liefern. Abhängig vom Verhalten des Fahrers (Beschleunigungs- und Bremsvorgänge, Geschwindigkeit, Verwendung von Blinkern usw.), den mit dem Fahrzeug gefahrenen Strecken und den Straßenverhältnissen können Versicherungsprämien dynamisch optimiert und Kosten gesenkt werden.

Blockschaltbild des S32G274A Vehicle Network Processors. Die einzelnen Funktionsblöcke kommunizieren über eine abgesicherte Fabric miteinander.
Blockschaltbild des S32G274A Vehicle Network Processors. Die einzelnen Funktionsblöcke kommunizieren über eine abgesicherte Fabric miteinander. (Bild: NXP)

Aus Rohdaten wertvolle Informationen gewinnen

Fahrzeugflotten können überwacht werden, um sie auf minimalen Kraftstoffverbrauch zu trimmen oder eine notwendige Wartung schon im Vorfeld zu erkennen, um so Besuche in der Werkstatt zu vermeiden. Das Gateway verwaltet OTA-Updates seiner eigenen Dienste sowie der Funktionen anderer Steuergeräte und sorgt für eine ständige Anpassung und Verbesserung des Fahrzeugs. Die Präferenzen des Fahrers lassen sich auswerten, um im Laufe der Zeit neue interessante Funktionen anzubieten. So passt sich das Fahrzeug dem Kunden an und beschert ihm über die Zeit ein immer besseres Nutzererlebnis. Und auch neue Geschäftsmodelle für Automobilhersteller und Drittanbieter ergeben sich. Die Tage, an denen ein Fahrzeug noch das gleiche wie beim Kauf ist, sind absehbar.

Die Anzahl der Sensoren und die Funktionalität der Fahrerassistenzsysteme werden stark zunehmen, was dazu führt, dass Fahrzeuge an einem einzigen Tag Daten im Terabyte-Bereich erzeugen. Kombiniert man die vom Fahrzeug generierten Daten mit dem Fahrverhalten, der Umgebung, den Fahrtstrecken und anderen Kontextinformationen, so verfügt man über einen wahren Schatz an Rohdaten, die nach Aufbereitung und Analyse verwertbare Erkenntnisse liefern. Das Service-orientierte Gateway ist der Dreh- und Angelpunkt, wenn es darum geht, Rohdaten mithilfe von Edge-Computing schon im Fahrzeug in Informationen umzuwandeln, die von Automobilherstellern und ihren Partnern verwendet werden können, um den Wert der Datenflut aus dem Fahrzeug für sich zu erschließen.

Per Funkanbindung (OTA) lassen sich über Gateways auf Basis des S32G-Prozessors neue Funktionen bereitstellen und Edge-to-Cloud-Analysen durchführen.
Per Funkanbindung (OTA) lassen sich über Gateways auf Basis des S32G-Prozessors neue Funktionen bereitstellen und Edge-to-Cloud-Analysen durchführen. (Bild: NXP)

Hohe Anforderungen an Automotive-Prozessoren

Dies setzt eine fortschreitende Entwicklung der Gateway-Prozessoren voraus. Etwa, um mehr Bandbreite bereitstellen und neue Softwarearchitekturen unterstützen zu können, die zum Einführen neuer Dienste erforderlich sind. Aktuelle Mikrocontroller (MCUs) für Automotive-Gateways erfüllen oftmals nicht die aktuellen Anforderungen an ein Service-orientiertes Gateways. Hier steht eine Steigerung der Rechenleistung und der Netzwerkfunktionalität um Zehnerpotenzen im Raum. Es besteht ein Bedarf an Mikroprozessoren (MPUs) für die Applikationsverarbeitung, die Unterstützung von High-Level-Betriebssystemen und die Virtualisierung neuer Service-orientierter Architekturen (SoA). Die zunehmende Zahl von Netzwerkschnittstellen wie CAN FD und Ethernet-Interfaces mit mehreren Gigabit Datendurchsatz setzt eine deutliche Steigerung der verfügbaren Datenbandbreite voraus. Hardwarebeschleuniger können Prozessoren von Datenverwaltungsaufgaben entlasten, so dass sich diese besser für das Berechnen werthaltiger Dienste einsetzen lassen. Darüber hinaus können in Hardware realisierte Beschleuniger Aufgaben wie asymmetrische Kryptographie (RSA, ECC) berechnen, so dass sich auch bei hohem Datenaufkommen die Sicherheitsanforderungen für die PKI-Unterstützung (Public Key Infrastructure) erfüllen lassen.

Neue Funktionen schnell „Over-The-Air“ bereitstellen

Der neue Netzwerkprozessor S32G ist ein hochintegriertes System-on-Chip.
Der neue Netzwerkprozessor S32G ist ein hochintegriertes System-on-Chip. (Bild: NXP)

Für diese – und viele weitere Aufgaben – hat NXP den S32G Vehicle Network Processor entwickelt. Der neuartige Automotive-Prozessor kombiniert sichere Echtzeit- und Applikationsverarbeitung mit integrierter Hardwaresicherheit, Netzwerkbeschleunigung und heterogenen Schnittstellen für Fahrzeugnetzwerke. Mit dem Baustein lassen sich Service-orientierte Gateways realisieren, über die per Funkanbindung (Over-The-Air, OTA) neue Funktionen schnell bereitgestellt und umfassende Edge-to-Cloud-Analysen durchgeführt werden können.

Der S32G-Prozessor zeichnet sich unter anderem durch folgende Eigenschaften aus:

  • Rechenleistung – Leistungsstarke Multi-Core-ARM-Prozessoren mit applikationsspezifischer Netzwerk-Hardwarebeschleunigung zur Entlastung der CPUs für das Bereitstellen von werthaltigen Diensten mit deterministischem Netzwerkdurchsatz. OEMs können diese Vorteile beispielsweise für komplexe Echtzeitumgebungen ihrer modernen Fahrzeuge nutzen.
  • Schutzfunktionen – Leistungsstarke integrierte Hardwarebeschleunigung für Schutzfunktionen sowie eine in einer Hardware Security Engine (HSE) realisierte PKI-Unterstützung (Public Key Infrastructure) für das Verwalten vertrauenswürdiger Schlüssel. Die HSE mit ihrer Firewall dient als Vertrauensbasis, die ein sicheres Booten gewährleistet, Sicherheitsdienste für das System bereitstellt und vor Seitenkanal-Angriffen schützt.
  • Sicherheit – Dank der integrierten ASIL-D-Funktionalität, realisiert beispielsweise über Cortex-M7-Mikrocontrollerkerne von ARM mit Lockstep-Funktionen und der erstmalig in der Branche realisierten Möglichkeit, Cluster von Cortex-A53-Applikationskernen im Lockstep-Modus zu betreiben, können die Sicherheitsfunktionen des Fahrzeugs mit High-Level-Betriebssystemen und Unterstützung für größere Speicher neue Leistungsklassen erreichen.

Passend zum S32G-Prozessor bietet NXP ein Entwicklungsboard mit umfassender Software-Unterstützung an.
Passend zum S32G-Prozessor bietet NXP ein Entwicklungsboard mit umfassender Software-Unterstützung an. (Bild: NXP)

Dem S32G steht ein Partner-Ökosystem mit umfassenden Board-, Software-, Tool- und Systemangeboten zur Seite. So gerüstet können Hersteller schnell ein leistungsfähiges Service-orientiertes Gateway aufbauen, dass die Flut an Daten in modernen Automobilen kanalisiert und es Anbietern ermöglicht, diese für neue und verbesserte Dienstleistungen und den Aufbau ganz neuer Geschäftsfelder zu nutzen. Interessierte Leser können den S32G-Prozessor auf der Embedded World in Halle 4A, Stand 220 live erleben.

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