30分で解説、AUTOSAR Adaptive · 2019-11-28 · Adaptive App. Adaptive App. Non platform service ARA ARA ARA. AUTOSAR Runtime Environment for Adaptive Applications (ARA) Adaptive

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2019/11/27

30分で解説、AUTOSAR Adaptive

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AUTOSARとは?

自動車業界の知見を集めたソフトウェアの再利用のための仕組み

三つの標準化

既に広く使われている

車を取り巻く状況の変化と新たな要求

ユースケース、h/w、s/w、アーキテクチャー(SOA)

AUTOSARの新しい形、Adaptive Platform

今までのもの(Classic Platform)とは、一味違う

新たな要求に応えるための特徴を持つ

すべてがAdaptiveになるわけではない

はじめに(まとめの先出し)


1975 1985 1995 2005 2015

自動車における革新の80%以上はSWによって支えられている

Electronic fuel injection

Cruise control

Gearbox control

Traction control

Anti lock brakes

Airbags

Electronic stability control

Active body control

Adaptive gearbox control

Adaptive cruise control

Emergency call

Adaptive headlights

Active steering

Curve warning

Stop and Go

Lane keeping assistance

Automated parking

Collision mitigation

Hybrid powertrain

Road trains

Electronic Brake Control

Telediagnostics

Car-2-car communication

Software updates

Gearbox control

Traction control

Anti lock brakes


Cruise control

Airbags

Electronic stability control

Active body control

Adaptive gearbox control

Adaptive cruise control

Emergency call

Gearbox control

Traction control

Anti lock brakes


Cruise controlElectronic fuel injection

Cruise control

E/E アーキテクチャー及びECUの急速な普及


Core PartnersDevelopment Members

Associate Members

Premium Members

Generic TIER 1

Standard Software

Tools and Services

Semi-conductor

Attendees

Vector Informatik GmbH Vector Informatik GmbH Vector Informatik GmbH

AUTOSARパートナーシップ

AUTOSAR資料をもとに一部編集


(AUTomotive Open System ARchitecture)

自動車メーカー、サプライヤーならびにエレクトロニクス、半導体、ソフトウェア産業の世界的な開発パートナーシップです

スローガン

“Cooperate on standards – compete on implementation”(標準化においては協力 – 実装/利用にて競争)

Hardware

Software

Hardware

Software

AUTOSAR


標準化

インターフェイス(Interface)

データ交換形式(Data Exchange format)

手法(Methodology)

自動車メーカーの垣根を越える「標準スタック」としての、基本的なシステムの機能の実装と標準化

さまざまな供給元から供給される機能モジュールの統合

車両やプラットフォームの各種バリアント間のスケーラビリティー確保

AUTOSAR Classic Platform(AUTOSAR CP)


Source: http://www.autosar.org

Main stream release


静的に接続されたハードウェア

Steering Angle Park Assist ActivationCAN

video line

video line

…

ECU間を固定接続

事前定義されたCANメッセージ

カメラは特定目的専用

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大きな流れ(メガトレンド)

車載ネットワークやE/E アーキテクチャーの大きな変化

Autonomous

多様なセンサー

車両内と車両外情報のフュージョン

複雑なアルゴリズム

セキュリティー対策が必須

フェールセーフが必要

Electric

燃費効率向上

スタート/ストップ,セーリング制御 ...

ハイブリッド → 電気自動車

複数電圧(12V/48V)

様々なソリューション

標準規格が必要

Connected

インフォテインメント

V2X

クラウドサービス

OTA アップデート & 診断

常時接続

新たなビジネスモデル


HWリソースの柔軟な活用

サービスインターフェイス経由でスマートセンサー/アクチュエーターのHW機能提供

EthernetですべてのECUが接続

下位層ベースサービスを使用した複合サービス

アプリケーションは、例えば、HMI統合サービスを提供

機能に特化した接続はない

Switch

Service Interfaces


車載への導入の背景

システム高度化、複雑化への対応

新しい要求への柔軟な対応

サービスを組合せて車両の機能を実現

周辺監視システム> カメラサービス

駐車支援システム> カメラサービス

> ステアリング制御サービス

自動駐車システム> カメラサービス

> ステアリング制御サービス

> アクセル制御サービス

> ブレーキ制御サービス

> 障害物検知サービス

システム（アプリケーション）の設計手法

コンポーネントを組み合わせてサービスを提供

ネットワーク経由で、コンポーネントを使用

サービスインターフェイスは標準化された仕様

サービス指向アーキテクチャー (Service Oriented Architecture 、SOA)とは

運用リソース

コンポーネント

サービス

ビジネスプロセス


要求の変化

オブジェクト指向プログラミング C++

サービス指向アーキテクチャー

POSIX Operating System

静的⇒動的

> 動的配置

> 実行中のコンフィグレーション変更

BSWはクラスターとして存在

クラスターの仕様書の量は減少（各API, Serviceの定義のみとなっているため）

Adaptive Platform実装にあたり、SW構造に制限はない

SW内部の技術的な構造を説明した資料はない

AUTOSAR Adaptive Platform(AUTOSAR AP)

AUTOSAR仕様書をもとに作成


次世代ECUへの備え、Adaptive Platform

ADAS

Infotainment

source: fotolia

Connectivity

Dynamic Software Platform

今後のユースケース用アプリケーションをホストする

追加の高性能ECU

Adaptive MICROSAR は、ASIL Dまで対応可能な

基盤ソフトウェアソリューション

POSIXベースOS (Linux, PikeOS, QNX, Integrity, …)

上でのアプリケーション開発

classic AUTOSAR ECUとのシームレスな互換性

運用中にアプリケーションをインストール・実行


AUTOSAR仕様の構成

Foundation (FO)

共通仕様

Classic Platform (CP)

組込システム

処理時間の正確さ

Adaptive Platform (AP)

柔軟なモジュール配置

高性能演算


OEMBackend

多層アーキテクチャーとAUTOSAR Classic、Adaptive及びNon-AUTOSAR ECUの共棲

ESP Camera

……

ADAS

Central Computing Cluster

Connected Layer

AUTOSAR Adaptive

3rd party access

Ethernet

Service-oriented

Physical Layer

AUTOSAR Classic

Static configuration

CAN, LIN, FlexRay

Signal-oriented

BodyChassis

Connectivity Unit

End-user devices

IoT devices

Light

…

OEMBackend

External Layer

OEM Backend

Web / Internet

IoT

頭脳

末端知覚


AUTOSAR Classic Platform - CP AUTOSAR Adaptive Platform - AP

OSEKベースのオペレーティングシステム

ROM上のコードが直接実行される

同じアドレス空間をすべてのアプリケーションが共有

(CAN,FlexRayの様な)シグナルベース通信に最適化

全てのモジュールが明確に仕様化されている

C言語での開発

POSIX(PSE51)ベースのオペレーティングシステム

アプリケーションはRAM上に展開されて実行

各アプリケーションは固有の(仮想)アドレス領域をもつ

サービス指向通信 (SOME/IP)

モジュールの数がCPより少ない。API仕様のみ定義がされている。

C++での開発

Application Layer

Runtime Environment

Memory Services

Communication Services

I/O Hardware Abstraction

Complex Drivers

I/O DriversCommunication

DriversMemory Drivers

Microcontroller Drivers

Onboard Device Abstraction

Communication Hardware

Abstraction

Memory Hardware

Abstraction

Memory Services

Microcontroller

Application Software

Component

AUTOSAR Interface

ActuatorSoftware

Component

AUTOSAR Interface

Sensor Software

Component

AUTOSAR Interface

ApplicationSoftware

Component

AUTOSAR Interface

Classic PlatformとAdaptive Platformの比較

ARA(AUTOSAR Runtime Environment for Adaptive Applications)


AUTOSAR Classic Platform - CP

Classic PlatformとAdaptive Platformの比較AUTOSAR Adaptive Platform - AP

Application Layer

Runtime Environment

Memory Services

Communication Services

I/O Hardware Abstraction

Complex Drivers

I/O DriversCommunication

DriversMemory Drivers

Microcontroller Drivers

Onboard Device Abstraction

Communication Hardware

Abstraction

Memory Hardware

Abstraction

System Services

Microcontroller

Application Software

Component

AUTOSAR Interface

ActuatorSoftware

Component

AUTOSAR Interface

Sensor Software

Component

AUTOSAR Interface

ApplicationSoftware

Component

AUTOSAR Interface

Real Time Requirements

Computing Power

Safety Critical


Adaptive Roadmap

2018年10月まで仕様を継続的に開発

ASR Release 17-03:> Execution Management> Communication/

Middleware> DLT> Diagnostics> Persistency

ASR Release 17-10:> Platform Health Management> RESTful Services> Signal based communication> Security Features> Time Synchronization> E2E Protection (Draft)> Package Management (Draft)

ASR Release 18-03:> Package Management> E2E Protection> SW-Lockstep> Crypto Hardware> Network Management> Identity and Access

Management> Health Management

ASR Release 18-10:> Vehicle API> Container Support

2017 2018 2019

ASR Release 19-03:> 新規Concept、仕様の導入無し> 表記上の変更が主

ASR Release 19-11:

>Coming soon!


AUTOSAR Adaptive Platform Architecture

Adaptive AUTOSAR Introduction

(Virtual) Machine / Hardware

Adaptive App. Adaptive App.Non platform

service

ARA ARA ARA

AUTOSAR Runtime Environment for Adaptive Applications (ARA)

Adaptive Platform Foundation

Adaptive Platform Services

Update & Configuration Management

Service (ucm)

Network Management

Service (nm)

Diagnostics

Service (diag)

Time Synchronization

API (tsync)

Execution Management

API (exec)

Logging & Tracing

API (log)

Core Types

API (core)

Communication Management

API (com)

State Management

Service (sm)

Signal to Service Mapping

Service (s2s)Persistency

API (per)

Cryptography

API (crypto)

Identity Access Management

API (iam)

Platform Health Management

API (phm)

RESTful

API (rest)

Operating System

POSIX PSE51 / C++ STL

Adaptive App. Adaptive App.Non platform

service

ARA ARA ARA

AUTOSAR Runtime Environment for Adaptive Applications (ARA)




Service (ucm)

Network Management

Service (nm)

Diagnostics

Service (diag)


API (tsync)


API (exec)

Logging & Tracing

API (log)

Core Types

API (core)


API (com)

State Management

Service (sm)



API (per)

Cryptography

API (crypto)


API (iam)


API (phm)

RESTful

API (rest)

Operating System


AUTOSAR Runtime Environment

for Adaptive Applications

Adaptive App.

COMOS API

Adaptive App.

COMOS API

Adaptive App.

COMOS API




Service (ucm)

Network Management

Service (nm)

Diagnostics

Service (diag)


API (tsync)


API (exec)

Logging & Tracing

API (log)

Core Types

API (core)


API (com)

State Management

Service (sm)



API (per)

Cryptography

API (crypto)


API (iam)


API (phm)

RESTful

API (rest)

Operating System



Adaptive Applications

Manifest

InstanceConfiguration

アプリケーション

> マルチスレッド

> エクセキューションステート

> Manifestがプラットフォーム関連情報を含む(リカバリーアクション、サービスやライブラリーとの依存関係)

> Instance configurationがアプリケーション独自の静的情報(バリアント、オプション他,…)を含む

インターフェイス

> ara::comは、 Adaptive Service(basic

service及びユーザアプリケーション)用コミュニケーション

> POSIX OS APIはPSE51を使用可能

> Adaptive Foundation クラスター(Execution Management, Persistency,etc.) はダイレクトAPIで呼び出し

Application

POSIX Process

INIT:

RUN:

SHUTDOWN:Thre

ad

Thre

ad

Thre

ad

Adaptive AUTOSAR Services

ara::com

Adaptive AUTOSAR

Foundation

Direct APIPSE51

C++ Stdlib

POSIX OS



Application CodeService Description (ARXML)

ツール及びワークフロー

libara

libsomeip

Logic

SOME/IP Config

AppSWCTypes

Port

Auth

ori

ng T

ool

Soft

ware

Configura

tion M

anagem

ent

ServiceInterfaceServiceInterfaceServiceInterface

Vehicle

SOMEIPd

ComServer

Diag

EM

Installed APP

Application Manifest (JSON)

BIN

InstanceManifest(s)

(JSON)

Installed APP

Application Manifest (JSON)

BIN

Instance Manifest(s)

(JSON)

POSIX IPC

BSD Sock

Deploy Package

/opt/myApp/

Application Manifest

./etc/MANIFEST.arxml

BIN

./bin/myApp

Instance Manifest(s)

./etc/instance1.arxml

./etc/instance2.arxml

Genera

tors

PortPort

Static

Proxies / Skeletons

SOME/IP Serializer

E2E Serializer

POSIX IPC

GeneratedCom

piler



Communication: ara::com

サービス指向通信

ロケーションはトランスペアレント

複数のコミュニケーションバインディングをサポート

AUTOSAR modelではそれぞれのサービスプロバイダーとコンシューマーの接続をサポート

最適化された共有メモリーをサポート実装 Services

APP 1 APP 2

ara::com

アプリケーションは実行時に接続される(Service Discovery)

サービスインスタンスを動的に検出

プロキシーとスケルトンの接続を創出

リアルタイムサポート:通信処理をポーリングまたはイベントドリブンとするかは開発者の選択


Communication: メソッド呼び出し

ECU 2ECU 1

(2) Method call transmitted

(3) Method implementation called:ReturnType

Skeleton::Method(arg,…) {

return return_value;

}

(4) Call result transmitted

通信はサービスコンシューマーが開始

双方向通信

N:1通信: メソッドは複数のコンシューマーから呼び出し可能

プロバイダーは並行するメソッド呼び出しをどの様に扱うかを制御(serial, full parallel)

(1) Call method as you would call afunction:

f = Proxy.method(arg, …)

“f” is the handle for the call

(5) Call result can be obtained using f.get()

SWC1Client (program

logic)

ara::com

Serialize (SOME/IP, E2E)

IPC

SWC2

Service (program logic)

ara::com


IPC


Communication: イベント送信

(2) Event containing value

(1) skeleton.event.send(value)

(3) Event stored in “invisible” buffer

(4) User calls event.update() –

Predefined number of events moved tovisible buffer

通信はサービスプロバイダーが開始

プロバイダーからコンシューマーへの単方向通信

1:n通信

イベント受信のバッファはコンシューマーが制御

イベントは、それが発生したときの値を持つ

ECU 2ECU 1

SWC1Client (program

logic)

ara::com


IPC

SWC2

Service (program logic)

ara::com


IPC


Startup

OSがExecution Manager (EM) (PID1, “init”)を起動

EMはシステム内の実装されているアプリケーションを点検

E.g., application manifestを探してファイルシステム(/opt/)をスキャン

EMはアプリケーションを起動 (fork(), exec())

e.g., IPスタックを立ち上げ

EMはMachine State Managerに要求されているmachine stateを問い合わせ

Machine stateは実行したいアプリケーションを定義

EMは要求されているmachine stateになるようにアプリケーションを起動・停止(fork(), exec(), signal(SIGTERM))

EMはスケジュールパラメーターやリソースの限度を設定

コンフィグレーションデータはapplication manifestから取得

EMはmachine stateの変化やプロセス終了をモニター

Execution Management: ara::exec

ECU running


Diagnostic Manager

Diagnostics: 概要

ara::com

Diagnostic Request Diagnostic Response

Tester

現存のワークフローはAdaptive Platformになっても基本は変更なし

主な処理

ISO 14229-5 (UDSonIP)

フォルトメモリー (DTC)処理を含む

トランスポートレイヤーを含む(i.e. DoIP – ISO 13400-x)

AUTOSAR Diagnostic Extract (DEXT)を使用して設定

ARA service

ara::com を使用

Application (Software Components)

Diagnostic CodingCallbacksDiagnostic Measurements

CallbacksDiagnostic Routines

Diagnostic Monitor

Diagnostic Monitor

Diagnostic Monitor

Faults


AUTOSAR AdaptiveではPersistencyクラスターがライブラリーベース不揮発メモリーへのアクセスをAdaptive Applicationsに提供しデータの不揮発メモリへの格納を可能にしている

Key-Value Storage

複数の値を一つの格納場所に格納

特定の値はkeyを識別子として指定

複数の格納場所/データベースを使用可能

データベース形式はAUTOSARでは指定していない

Stream Storage

格納場所/ファイルへのアクセス

(形式を問わない)ファイルアクセスに使用

APIはC++のスタンダードライブラリー std::fstream より派生

Persistency: ara::per

Application

Key-Value Storage Location

Stream Storage Location

ara::perKeyValueStorage

ara::perarafstream

ara::perKvsType

ara::perKvsType


ara::phm(Platform Health Management)はClassic AUTOSARのWdgM(Watchdog Manager)と仕様が近い

例：Alive / Deadlineの確認, Checkpointsの処理, Program flow monitoringの提供

R17-10ではPHMの要求仕様のみがリリースされ、ソフト仕様はリリースされていない

R18-03でソフト仕様がリリースされた

R18-10でEM, SMとのインターフェイスが定義

ara::phm概要

ara::nm概要

Network Managementを実施(例:Normal mode→Sleep mode)

UdpNmのみがサポートされる

Adaptive platformのECUはSlaveとなる(Masterではない）

出典 AUTOSAR仕様書


ara::ucm概要

ara::ucm(update and config management)はソフトウェアアップデートを管理する。

Multi Client対応(1 UCMが複数のクライアントにソフトを転送、インストール可)

Service Interfaceに状態を追加

更新状況を状態を使用して管理

アクティベーション、ロールバック、キャンセルをサポート

Software PackageはFile handleではなく、ara::com経由で転送



ara::exec概要

Deterministic Execution

ソフトロックステップの基盤

ライブラリー実行の冗長化

State Manager

R18-10で個別仕様として独立

ara::com State Manager I/F

Resource Groups

システムリソースをプロセス間でシェア

マニフェストにResource Groupsを定義

> CPU使用率

> メモリー使用量

> コアの配置

1つのResource Groupに複数のアプリプロセスを割り当て

マッピングはApplicationマニフェストに定義



ara::iam概要

ara::iam(Identity Access Management)はアクセス管理を行う。

Interfaceの追加(Adaptive Application向けポリシー)

Identity(例 : Application ID)

Machine(例 : ECU ID)

Service(例 : SOME/IP, REST)

Resource(例：Service interface, URI)

Operation(例 : Method)

パラメーターは標準化されておらず、プロジェクト、ユースケースに応じて定義が必要



ara::time概要

ara::timeはClassicのTsyncと同様である

Time synchronization deployのMeta Modelを追加

システム内の時刻同期が可能

Time Slave, Masterの定義

Time Domainの定義

PortPrototypeのマッピング



ara::log概要

ara::logはlogging機能を提供

Time Stampの時刻同期をサポート

Log and Trace moduleはECU時間に直接リンク

Time Synchronization moduleが存在する場合、

どの時間を使用するかはVendorの実装に依存する

トレーシングをサポート

ポートからトレースが可能

Log and Trace向けに負荷調整機能を提供


AUTOSARとは?

ソフトウェアの再利用のための仕組み

三つの標準化(インターフェイス、データ交換方式、手法)

車を取り巻く状況の変化と新たな要求

自動運転を中心とした、新たなユースケースの出現

進化したh/w、よりオープンなs/w

SoA(Service Oriented Architecture)への対応

Adaptive Platform

Adaptive ApplicationがARAを介して接続される

ARAは、Adaptive Platform Services、Adaptive Platform Foundationにより提供される

動的にインストール、コンフィグレーションを行い、実行される

Classic PlatformやNon AUTOSAR ECUとも棲み分け

まとめ

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注意事項・おことわり

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本資料で取り上げた情報は作成時のものであり、変更されていることがあります。


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◆ カスタマーサポート部（CSP）(東京)E-mail： [email protected]

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