ECU仮想化:ジャーニー

ほとんどのECUは、自動車メーカー、サプライヤ、その他の関係者が共同で開発した標準のソフトウェアアーキテクチャであるAUTOSARによって確立された明確なアーキテクチャ (図1を参照) に準拠しています。最新の車両のソフトウェア開発、統合、管理のための共通プラットフォームを提供します。AUTOSARは、ソフトウェアアーキテクチャ、アプリケーションインタフェース、通信プロトコルの標準化されたフレームワークを定義することで、複雑化する車載電子システムに対応することを目的としています。

このオープンで標準化されたアプローチにより、さまざまなサプライヤの異なる自動車ソフトウェアコンポーネントがシームレスに連携し、相互運用性と拡張性が促進されます。AUTOSARは、ソフトウェアモジュールの再利用性を促進し、自動車メーカーがさまざまな車種や電子制御ユニットでソフトウェアを容易に開発および保守できるようにします。これにより、自動車業界における開発プロセスの効率化、製品化までの時間の短縮、システム全体の信頼性の向上を実現できます。

^{図1: AUTOSAR ECUレイヤアーキテクチャ}

図1に示すように、AUTOSARアーキテクチャは、機能を持つECUを構成する4レイヤから構成されています。ECUシミュレーションでこのアーキテクチャを活用することで、機能の早期検証が容易になり、物理的なECUを待つ必要がなくなるため、テストプロセスが迅速化されます。

各レイヤの背後にある目的をより深く理解するために、AUTOSAR Classicプラットフォームアーキテクチャの4つのレイヤの最終的なタスクを掘り下げてみましょう。

1. アプリケーションレイヤ:
   • 最上位のアプリケーションコードを実装します。
   • 必要に応じて、ソフトウェアコンポーネント (SWC) を特徴ごとに整理します。
   • 車載アプリケーションを開発するために、SWCに関連する標準化されたインタフェースを実装します。
   • 明確に定義されたポートを介してコンポーネント間の通信を容易にし、AUTOSAR基本ソフトウェアレイヤとの通信を可能にします。
   • データ受信などの実行可能なエンティティを含む、SWC内の実際の実装の周期的またはイベントベースの実行をトリガします。
2. ランタイム環境レイヤ:
   • ミドルウェア層として動作します。
   • AUTOSARセンサ/アクチュエータ部品を備えたAUTOSAR SWCおよびアプリケーションの通信サービスを提供します。
   • SWCを特定のECUマッピングから独立させます。
   • 各ECUおよびアプリケーションに特化した機能を持ちます。
   • AUTOSARソフトウェアコンポーネントの自律性を確保し、柔軟性と移植性を促進します。
3. 基本ソフトウェア (BSW) 構成レイヤ:
   • ECU抽象化レイヤ:
     1. 周辺機器アクセス用のマイクロコントローラ抽象化レイヤ (MCAL) とのインタフェース。
     2. マイクロコントローラユニット (MCU) と通信するためのAPIを確立し、ECUハードウェアからの独立を確保します。
     3. ECUハードウェアに依存しながら、MCUからマウントの独立を達成します。
   • 複雑なドライバ:
     1. 複雑な機能 (注入制御など) を処理します。
     2. 特別なタイミング要件を満たすためにMCUに直接アクセスします。
     3. AUTOSARに従って標準化されたインタフェースをマウントします。
   • マイクロコントローラ抽象化レイヤ:
     1. オンチップMCU周辺機器および外部デバイスに直接アクセスします。
     2. MCU仕様からの上位ソフトウェア独立性を確保します。
     3. 標準化されたMCU仕様に影響されないインタフェースを確立します。
4. マイクロコントローラレイヤ:
   • ソフトウェアレイヤとマイクロコントローラハードウェア周辺機器間の通信を可能にするインタフェースとして機能します。

これらのレイヤを詳細に調べると、アプリケーションレイヤはECUのコア機能をカプセル化することで重要な役割を果たすことが分かります。このレイヤ内のコードを利用して、正確にvECUをシミュレーションできます。

vECUの正確なシミュレーションを実現するには、構造化されたアプローチが不可欠です (図2を参照)。したがって、以下の重要な手順を実行することで、目標を達成できます。

1. アプリケーションモデリング: MathWorks® MATLAB®ソフトウェアとSimulink®ソフトウェアを使用して、ECUの機能を忠実に再現する包括的なモデルを作成することから開始します。
2. アプリケーションオーサリング: ECUに存在するさまざまなI/O信号をAUTOSARコンポーネントに緻密にマッピングします。MATLABソフトウェア、Simulinkソフトウェア、またはISOLAR-A*などのツールを使用してこのマッピングを行えます。
3. 基本的なソフトウェア構成: ECUの動作を制御する基本的なソフトウェアコンポーネントを複製します。このタスクはISOLAR-B*の支援により実行できます。
4. 仮想ECUビルド: Silverという名前のSynopsysソフトウェアの構成ファイルを使用して、ECUの仮想化プロセスを開始します。
5. 仮想ECUシミュレーション: NI VeriStandソフトウェアをNI HILリアルタイムテストプラットフォームと組み合わせて使用すると、必要な信号タイプに応じてI/Oポートを再構成できるため、効果的なシミュレーションが作成できます。この機能により、正確な顧客の仕様に合わせてvECUをシミュレーションすることができます。ボタンをクリックするだけでさまざまなvECU間のシームレスな移行が行われ、ユーザーはシミュレーションされたECU間を移動できます。

^* ISOLAR-AおよびISOLAR-Bは、自動車ECUの組み込みソフトウェアを開発するためのETASのソフトウェアツールを指します。AUTOSAR準拠のソフトウェア作成を支援し、アーキテクチャを標準化して拡張性と相互運用性を向上します。最新の詳細については、ETAS公式ドキュメントを参照するか、直接お問い合わせください。

以下の図は、ECU仮想化の推奨されるプロセスをまとめたものです。各ステップを案内するために、NIの推奨ツールを太字で示しています。さらに、各ステップには、それぞれのプロセスで考慮できる、さまざまに使用されているツールが記載されています。この構造化されたアプローチは、ECU仮想化を実装する際の明確性を高め、情報に基づいた意思決定を支援することを目的としています。

^{図2: 仮想検証プロセス}

したがって、これらの明確に定義された手順に従うことで、あらゆる車両ECUの動作を効果的かつ効率的にシミュレーションでき、自動車開発とテスト用の強力なツールを提供して、時間を節約し、テストプロセスをシフトレフトすることができます。

• 柔軟な自動車HILシステムの開発
• HILおよび組み込みソフトウェアテストの詳細

[1] https://www.synopsys.com/verification/virtual-prototyping/silver.html

[2] https://www.autosar.org/standards/classic-platform