车载软件领域的标准化活动:扩大在量产车中的应用

AUTOSAR及JASPAR的活动状况

2013/06/21

概 要

 随着车载电子系统高度化・复杂化的推进,各整车厂、电子厂家若各自独立开发全部软件,势必在成本及品质的达成方面存在困难。基于该共识在汽车行业内的普及,以欧洲整车厂、电子厂家为主的各厂家已开始进行标准化活动。

 本报告将对车载软件领域内的世界主要标准活动进行介绍,其中包括2003年在欧洲成立的AUTOSAR、以及2004年作为车载软件的标准化团体在日本成立的JASPAR,对其面向量产车开发应用进行的活动内容进行介绍。

 JASPAR与AUTOSAR等相关团体合作,进行世界标准活动的推广,并将其成果反映到世界标准中。此外还进行ISO功能安全规格(ISO26262)在日本实施的具体化工作,筹划制定各种设计工具。今后还将继续进行车载以太网等信息系的标准化活动。

 最后经考察认识到需要对标准化活动的对象领域扩大以及已完成标准化技术的内容变化做出应对。



车载软件的标准化活动背景

車載ソフトウェアの標準化活動の背景

 近年来,据说已出现车载电子装置的搭载数量超过100个的车型,车载软件的源码1980年代为数千行,约10年前超过百万行,据说目前已达到数千万行。

  因此,新规开发各车的全部软件从造成成本增加和产品品质下降的角度来看难以实施,并在汽车行业广泛达成共识。于是为了能够对已开发软件进行再利用/流用,开始实施车载软件的标准化活动。 (参照:多家整车厂参与AUTOSAR及FlexRay的电子系统规格标准化 (仅英文版)(2004年10月))

 之后,标准化活动的对象领域扩大,同时活动在全球继续推进,标准化软件与公司自主开发软件结合的开发模式在提高开发效率、维持和提高产品品质方面的效果得到证实,并开始应用于量产车中。

 



世界主要标准化活动及AUTOSAR状况

活动团体的概要

名称   设立目的/活动领域
控制 系 信息 系 通 信 系
AUTOSAR 作为高效且高品质实现复杂、创新性车载电子系统的技术,制作基本软件的标准规格,提高已开发软件的再利用性。
FlexRay Consortium 筹划制定关于行驶相关控制系统的高速车载网络的通信规格。目的在于实现车载网络“CAN”10倍的速度(10Mbps)及提高信赖性。
OPEN Alliance 筹划制定拥有与计算机连接经验的以太网在车载装置中应用的规格。目的在于构筑无需使用高价屏蔽线的网格。
CE4A 筹划制定与移动设备及车载电子产品连接的标准。  *作为VDA(德国汽车工业协会)旗下的团体,进行移动设备=手机、便携式音乐播放器、导航仪等8个项目的活动。
CCC 筹划制定关于智能手机的车载连接的标准规格。(MirrorLink)
GENIVI IVI (In-Vehicle Infotainment)开发的效率化。(削减成本、缩短开发周期)。目的在于构筑基于家电信息产品中使用的OS-Linux的开放平台。
JASPAR 通过高度化・复杂化的车载电子控制系统的软件及网络的标准化及共通利用,确保开发的高效化及高信赖性。

 

(注) AUTOSAR: AUTomotive Open System Architecture
OPEN: One-Pair Ether-Net
CE4A: Consumer Electronics for Automotive
CCC: Car Connectivity Consortium
IVI: 提供信息及娱乐的车载产品。导航、DVD播放、网络连接等。
JASPAR: Japan Automotive Software Platform and Architecture
控制系: 发动机、制动、转向等的控制、以及车门开关、车窗升降控制等。
信息系: 仪表、导航、音响、移动设备等。
通信系: 车载多重数据通信系统。

 车载软件大致分为“控制系”、“信息系”、及“车载通信系”3大领域,并分别在各自的领域内进行标准化活动。标准化活动最初始于发动机控制装置和制动控制装置等“控制系”、及为了连接若干“控制系车载电子装置”的“通信系”的标准化,之后活动对象扩大至仪表、导航系统等“信息系”、及为了连接这些车载信息设备的“通信系”。

 标准化活动主要在欧洲进行,除下文提到的JASPAR外,活动的主要参与公司多为欧洲公司。(GENIVI始于美国、JASPAR为日本的团体。)

 另外,AUTOSAR及JASPAR的活动不限定领域。例如,FlexRay的活动成果就反映至AUTOSAR规格中,JASPAR则与这张表中介绍的全部标准化团体均进行技术交流。

 

主要汽车公司的参加状况(截至2013年5月)

丰田 本田 日产 GM Ford BMW Daimler VW PSA Renault Fiat Volvo Hyundai
AUTOSAR
FlexRay Consortium
OPEN Alliance
CE4A
CCC
GENIVI
JASPAR

◎:可参加运营的成员 ○:可获得信息的成员

 以宝马为代表的欧洲整车厂的积极参与备受关注,宝马参加了除在日本进行活动的JASPAR以外的全部活动。 另外,韩国整车厂Hyundai(现代汽车)也积极参与标准化活动。

 下一节将从活动的广度及对行业产生的影响的角度、以及加深对下一章中提到的JASPAR的活动的理解的角度,对AUTOSAR的活动内容概要进行说明。

 

AUTOSAR的概要

名称  AUTOSAR ( AUTomotive Open System Architecture)
成立  2003年
成立目的  为了实现高效且高品质的复杂创新性电子系统,制作基本软件的标准化,安全性及环保要求。
基本立场  Cooperate on standards, compete on implementation
活动内容  确定为了提高软件扩张性、移植性、再利用性的软件构造,开发为了将其软件构造应用于ECU的标准连接及基础软件。(参考下面详细说明)
 截至目前为止,已完成Release 2.0, 3.0, 3.1, 3.2, 4.0, 4.1的规格开发,并开始将这些规格搭载于量产车。
效果  已开发完成的应用软件能够流用,开发效率得到提高。例如,由于用于A车的制动控制软件仅变更部分控制常数,即可用于新开发的B车中,因此与新开发B车用软件相比,可缩短开发周期。
 ECU硬件及应用软件的改良可独立进行。
量产车的搭载情况  搭载的(包含预定)整车厂 (根据5th AUTOSAR Open Conference 资料)   ・VW, BMW, Daimler, PSA, Ford, GM, 丰田
 预计2016年将有约3亿个ECU采用AUTOSAR软件。(同上)
参加成员  Core Partners: 9家、Premium Partners: 34家、Associate Partners: 72家
 整车厂的参与    Core Partners: BMW, Daimler, Ford, GM, PSA, 丰田, VW 7家。    Premium Partners: Fiat, Volvo, 本田,马自达、现代, 长城汽车 6家    Associate Partners: 三菱汽车工业、日产、第一汽车、上海汽车、TATA 5家

 AUTOSAR 2003年由BMW, Daimler, Bosch等以德国整车厂为主的厂家、电子厂家成立,之后多家整车厂、电子厂家加入,目前有100多家公司成员开展活动。如上表所示,最近不仅有日美欧的整车厂,中国、韩国的厂家也纷纷加入。

 关于搭载于车载控制装置(ECU)的软件,以“Cooperate on standards, compete on implementation”作为基本立场开展活动,并开始开发搭载基于AUTOSAR规格软件的量产车。根据2012年11月在北京举行的5th AUTOSAR Open Conference的公布资料,搭载AUTOSAR软件的量产车ECU的数量2012年约为3,000万个,预计2016年将达到约3亿个。3亿个相当于全部车载ECU的约1/4。  

软件构成

ソフトウェア構成

构成部名称 功能 特征/效果
应用层
  应用软件部 实现为客户提供的功能。 整车产的竞争领域(自主软件)。
连接部 吸收不同厂家间应用软件的差别。 使不同厂家制作的应用软件易于组合。(注1)
运行环境 对配置于应用层的软件间的数据交换及应用层和基础软件间的数据通信进行管理。 无需在意ECU硬件构成,即可进行应用层的开发。
使已开发应用软件的流用变得容易。
基础软件
服务功能 OS、内存管理、通信管理等功能。 无需变更应用软件即可提高竞争领域-ECU硬件的性能。(注2)
硬件抽象化功能 吸收ECU硬件差别的功能。
(注1): 例如,A电子公司开发的用于某车的发动机控制软件与B电子公司开发的用于其它车的变速器控制软件,为了用于新开发车辆的发动机控制・变速器控制,而进行组合
(2): 为了提高计算速度、节省电力变更微型计算机及ECU零部件时,例如用于ECU硬件内部处理的数据构造多处变更,变更的数据构造会转变为应用软件中使用的标准数据构造。

 软件大致由3大部分构成。(图中彩色部分为与AUTOSAR共通的部分。)

 根据这些软件构成,可完成已开发软件的流用,且即使ECU硬件变更,也无需变更应用软件,从而实现车载软件开发的高效化及高信赖性。

 

今后的活动预测

 公布2013年以后的运营体制,决定今后继续活动。活动重点为:     ・继续满足将来车辆开发的需求。(例如能源管理功能等)     ・确保与旧版本的互换性

 AUTOSAR最近活动的特征之一为呈现“加强与亚洲地区合作“的趋势。下面为2013年的活动举办情况,由此也可以看出在中国的活动已经实施、并计划在印度开展活动合作。此外还计划与下章中提到的JASPAR在8月进行合作活动。

日程 举办地 内容
2013年 3月 上海/中国  在Electronica China(电子零部件的国际博览会)中AUTOSAR进行主题演讲。
2013年 4月 底特律/美国  在SAE大会中进行关于AUTOSAR的专题讨论。
2013年 8月 东京/日本  AUTOSAR计划在JASPAR活动报告会(详细未定)中发言。
2013年 9月 普纳/印度  计划举办AUTOSAR Day。
2013年11月 慕尼黑/德国  计划开始6th AUTOSAR Open Conference 。

 

 



JASPAR的活动状况

JASPAR的概要

名称  一般社会团体法人JASPAR (Japan Automotive Software Platform and Architecture)
成立  2004年9月
成立目的  通过高度化・复杂化的车载电子控制系统的软件、网络的标准化及共通利用,提高开发效率、确保高信赖性
愿景・目标  2009年6月制定
  愿景  确定车载电子产品领域将来的共通课题,并为解决该课题进行标准化活动,促进汽车行业整体 ・公平竞争环境的创造 ・开发效率的提高及技术的发展
目标 活动内容  JASPAR除维持・发展目前为止的活动成果外,通过快速收集・决策涉足新合作领域的会员企业的意见,进行关于车载电子技术的标准化活动。
目标地位  JASPAR通过利用会员掌握的坚实技术力,促进由日本发起的新构想・新技术的提出及普及,努力成为主导汽车行业的团体。
预期成果  对于海外标准化团体来说,日本企业的声音一致化  对世界标准作出贡献
会员 (截至2013年5月1日) (125家) 干事会员(5家) 丰田汽车、日产汽车、本田技术研究所、电装、丰通电子
正式会员(69家) 整车厂家(3家:铃木、五十铃、马自达)、电子厂家(28家) 软工具厂家(25家)、半导体・电子零部件厂家(10家)、商社/其他(3家)
准会员(51家) 整车厂家(5家:现代汽车、UD卡车、三菱汽车、富士重工、日野汽车)电子厂家(9家)、软工具厂家(22家)、半导体・电子零部件厂家(5家)、商社/其他(10家)
工作组  功能安全WG、信息系构架WG 等6个工作组进行活动中

JASPAR

 (注):图片仅日文版(出自:经济产业省/JASPAR 汽车向共通基础软件开发业务 成果发表会(2010年2月)资料)  JASPAR于2004年9月由丰田和日产宣布成立,最初有本田技术研究所支持和参与。将车载软件分成共通基础技术领域和竞争领域进行标准化活动,为了达成日本企业在世界标准化活动中的声音一致,为世界标准化做出贡献,继续进行活动。以下为活动成果及今后的活动计划。

 

活动的历史

第1期  2004年~2010年3月
  主要活动内容  FlexRay通信/AUTOSAR软件标准化活动
主要成果  JASPAR技术规格书 发行34件
 向AUTOSAR/FlexRay 进行规格提案
 通过实车适用性评价,证实JASPAR提案的有效性
国际协调/合作  与AUTOSAR定期交换信息
 向AUTOSAR/FlexRay 进行规格提案。(反应于AUTOSAR规格 R 4.1.1中。)
第2期  2010年4月~2013年3月
主要活动内容  功能安全(ISO26262)标准化活动
主要成果  各种设计工具的制定 (计划一般公开)(注)     ・解说书   ・Check list    ・模板    ・填写指导
 以假想的电动系统为题材实施详细设计。
 通过咨询机构(exida、JARI/MIRA、SGS-TUV)实施     ・ISO26262规格符合性诊断  ・各种设计工具的改良。

(注)2013年6月以后,计划通过JASPAR网页公开。部分由日本标准协会发行。

 第1期活动,针对在欧洲推进的”FlexRay和AUTOSAR“的活动,关于适用于量产车的规格提出日本的意见。整车厂/电子厂家/软工具厂家/半导体・电子零件厂家纵观全局,开发下面提到的“实现车载装置的技术”,并将成果向FlexRay Consortium及AUTOSAR进行规格提案。(2010年10月:体现至FlexRay规格 V3.0.1中。)

 此外,通过2007年到2009年经济产业省进行的研发业务“汽车向共通基础软件开发业务”(注:在下一节中详细说明),实际尝试进行车载装置的开发,证实了JASPAR提案的有效性。(2013年3月:体现至AUTOSAR规格 R 4.1.1中。)

 第2期活动是为了使ISO标准化活动中推进的“功能安全规格(ISO26262)”适用于量产车开发的具体化・标准化活动,目的在于确保其实现力方面的国际优势。通过制定各种设计工具、进行实际开发的适用性评价,加深与海外咨询机构的合作。

 

经济产业省“汽车用共通基础软件开发业务”的概要

业务名称  汽车用共通基础软件开发业务
期间  2007年~2009年 (成果发表会 2010年2月)
参加企业  JASPAR接受经济产业省的委托,有29家JASPAR成员企业实施。    整车厂: 丰田、日产、本田等    电装品厂家:电装、日立等    半导体厂家:NEC电子、瑞萨科技等    编入式软件厂家:eSOL、WITZ等    工具厂家:CATS、ADaC等
活动概要  (1)发动机及制动等用于控制的高信赖性基础软件的开发(基于AUTOSAR规格)     通过・障碍物回避控制 ・车间距控制 ・转向控制 的实车使用,实施性能评价。  (2)开发软件设计支持及验证等开发工具  (3)利用信息处理推进机构(IPA)提供的软件开发方法,确立开发流程
主要成果 (注)  (1)利用少于AUTOSAR的计算资源,实现与原来的软件同等的车辆性能。     ・与AUTOSAR软件相比,计算速度提高约40%、内存容量改善约20% 等。  (2)利用日本推敲开发的强项,确立“从设计到验证”的工具链。  (3)定义开发车载软件所需要的技术者技能。

(注)摘选经济产业省/JASPAR 汽车用共通基础软件开发业务 成果发表会(2010年2月)资料。

研究開発事業の目的

(注):图片仅日本版(出自:经济产业省/JASPAR 汽车向共通基础软件开发业务 成果发表会(2010年2月)资料。         图的横轴方面表示随着基础软件开发的扩大,“共通领域”扩大的样子。  研发业务的目的如上图所示。车载软件按照“共通领域”和“竞争领域”划分。通过使用标准化的基础软件(上图表示为模块・平台化)制作部分“竞争领域”,扩大“共通领域”,降低开发者自主新规开发的开发量。由此得到的剩余开发资源用于“竞争领域

”,特别是转化为“高价值领域”的开发。

 本业务由“安全控制系:利用周边监视传感器回避障碍物”、“ITS系控制:在设定车速的范围内保持一定的车间距”、“转向系控制:前轮与把手间没有机械结合的转向”3个实车适用组开发车载软件。(各组成员如下表所示。)上述活动将项目的推进情况可视化并利用开发工具,取得了上表中的成果。

 

组名
安全控制系 ITS系控制 转向系控制
整车厂家 丰田汽车 本田技术研究所 日产汽车
供应商 电装 本田elesys 日立汽车系统
日本精机 康奈可
软工具厂家 阳光技研 永和系统管理 eSOL
OTSL WITZ OTSL
永和系统管理 日立信息控制解决方案
未来技术研究所
eSOL
Advanced Data Controls
半导体厂家 NEC电子 瑞萨科技 NEC电子
富士通微电子 瑞萨科技

(注)各公司名截至2010年2月的资料。

 

JASPAR活动的特征

(1)标准化讨论的对象为“为了实现车载装置的技术”。(参照下面(注)) 
   ・欧美的标准化活动主要为“思维・方法论”,普遍认为“实现车载装置的技术”为竞争领域。 ・例如AUTOSAR的基本立场为Cooperate on standards, compete on implementation。
・但,立足于为了提高开发效率、确保高信赖性,需要对“实现技术”进行标准化的认识,推进活动。 ・该想法来自基于车载网络的标准规格之一-CAN规格制作的通信IC拥有多个版本,因此JASPAR的成员具有“防止再发生不同半导体厂家IC不具备互换性的不良”的认识。
(2)会员的构成扩大至整车厂、电子厂家以外的行业。
・整车厂、电子厂、软工具厂家、半导体/电子零部件厂家分别在各自的商业领域设定可提高实效的课题。
・软工具厂家及半导体/零部件厂家均为JASPAR标准规格的制作做出贡献。
(3)与国际标准化活动机构保持良好沟通,承担国际标准化活动的部分职能。
・与AUTOSAR之间保持紧密的信息交换,并且进行规格提案。

 本章介绍的JASPAR活动特征如上表所示。与车载控制装置开发相关的全部行业均参与其中,以提高量产车车载控制装置的开发效率,确保高信赖性。  上表中说到的“实现车载装置的技术”表示:

车载装置中使用的CPU计算能力(演算速度、内存容量等),不使用标准规格,实现与各公司自主装置中使用的CPU计算能力相同水平的技术 (注)标准规格为了具备通用性会变得冗长,要求具备多种CPU计算能力。       多导致车载装置的成本上升。
为了消除基于标准规格进行产品设计时“由于对规格的解释不同造成的产品规格差异”,准备推荐规格。
为了防止脱离标准技术,规定“产品是否为满足标准规格的评价方法”。
开发“开发工具”,辅助开发满足标准规格的产品。

 上面提到的JASPAR向AUTOSAR进行规格提案中就包含“实现车载装置的技术”。

 

今后的活动计划

(1)信息系架构WG : 移动设备连接/下一代高速LAN WG活动实施中
   ・2008年开始讨论车载信息产品在非竞争领域的标准化活动,至今     1)Bluetooth一致性WG(几乎完成)     2)移动设备连接WG的2个WG进行活动,发行若干定义书。        (合作团体:Bluetooth SIG, CE4A, CCC, GENIVI alliance 等)
・2012年,始于新一代高速LAN WG,对立足于信息系网络、控制系网络的新一代高速网络所需的要素进行汇总,开始与世界标准化推进团体进行合作。        (合作团体:OPEN alliance, GENIVI alliance 等)
・计划将目前活动的重点扩大至“以太网”,并开始讨论。        (注)车载摄像机图像的车内发送用途引起关注。
(2)信息安全 : 讨论对象锁定中
・设想汽车信息与外部网络连接的机会扩大,到时确保信息安全将成为需要解决的课题。
・但,由于“信息安全”的课题中包括多种概念,因此目前正在锁定讨论对象。
・计划2013年度に锁定讨论对象课题,WG开始活动。

(注)LAN:Local Area Network 的略语。为了在若干控制装置间进行数据通信的网络。

 信息系构架WG活动从第1期中途开始,主要进行移动设备连接的标准化活动。该活动的目的在于改善有多家厂家涉足的智能手机等“移动设备”与车载器连接时,只要移动设备的厂家不同,就必须对能否用于开发车辆进行确认的现状。例如,目前iPhone与Android末端与车载器连接需分别进行专用开发,因此分别进行确认测试。

 近年来,为了将若干车载摄像机的图像数据集中至一个车载装置,开始使用以太网作为网络,作为新一代高速LAN,“以太网”倍受瞩目,活动重点也扩大至“关于以太网应用的标准化”。该活动开发的技术是为了将已用于计算机网络的“以太网技术”在“低价”、“确保车载环境耐受性强・稳定性”、“开发商之间的产品规格无差异”的前提下用于车载装置。

 此外,随着汽车信息与外部网络连接的机会扩大,计算机公司近年来关注的“黑客”“病毒攻击”等问题同样被担心是否会出现在车载装置中。关于其对策“信息安全”,JASPAR开始讨论锁定其标准化活动课题。预计2013年度开始WG活动。

 



关于汽车行业内标准化活动的考察及预测

 最后为汽车行业的标准化活动考察的总结。

标准化活动今后的预测
   1)活动对象领域扩大  车载装置的高度化・种类增加与日发展,车载装置的开发量增加。  因此,提高开发效率、确保信赖性的需要进一步增强。    (注)电动化、智能城市对应、ITS对应等电子产品的应用增加。
2)已标准化技术的 内容变化应对  即使已成为“标准技术”,在使用过程中也可能发生变化。   ・起因在于使用环境的变化、使用者修改使用的扩大 等。 (注)JASPAR活动开始的基础为当时的标准车载LAN-CAN的规格拥有多个版本,以至于难以称为“标准”。 “CAN标准规格”在被广大使用者使用的过程中发生变质。 JASPAR的活动为了防止此类“使用过程中的变质(=造成规格修改)”制作了定义书,但是否充分还要看之后的运用情况。
 因此,需要“标准技术”的使用者自身不使之/不容许其变质。   ・由于使用者的立场(整车厂家、电子厂家、软工具厂家等)不同,对“标准化”的解释也不同,因此像JASPAR的相关行业进行整体活动时,针对“防止变质”的协商尤为重要。

 

(参考信息)立场不同造成的“标准化”解释不同
   1)整车厂家  ・考虑兼顾“规格的差别化”和“提高开发效率/减低成本/确保品质”的手段。  ・通过扩大“标准化技术”的应用领域,可      ・削减公司的开发投资、      ・扩大外包供应商的选择范围、    由此,提高开发效率,削减成本并确保品质。  ・通过将“开发规格”分为“标准规格+公司固有规格”2部分,实现与其他公司的差别化。  ・由于“标准规格”和“公司固有规格”作为一个控制装置实现,因此开发工具等开发辅助环境需要与标准规格的开发工具等进行合作。
2)电子厂家  ・准备满足应对标准规格的开发需求,扩大订单。
 ・通过将公司的产品系列(Family)按照世界标准规格生产,      ・以较少投资获得更多的商业机会。      ・削减应对不同整车厂特别需求的投资。
 ・反面为,被竞争厂家抢夺机会的风险增加。
3)软工具厂家  ・竞争厂家之间的竞争激化。
 ・除对应“标准开发规格”外,需要投资用于增加公司产品的特长。
4)半导体/电子零部件     厂家  ・竞争厂家之间的竞争激化。
 ・除对应“标准开发规格”外,需要投资用于增加公司产品的特长。

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