Was tut sich im Bereich Automotive Ethernet? Serviceorientierte Architekturen (SOA) dienen in der IT-Industrie bereits seit Jahren dazu, verteilte Systeme zu beschreiben und zu strukturieren. Serviceorientiertes Design gewinnt aber auch in der Automobilindustrie massiv an Bedeutung. Mit einer SOA entsteht eine durch klar definierte Schnittstellen (Interfaces) charakterisierte Servicelandschaft (Bild 1). Diese Schnittstellen sind idealerweise sowohl syntaktisch als auch semantisch korrekt beschrieben.

Automotive Ethernet Bild 1: Serviceorientierte Architektur und Serviceverteilung

Bild 1: Serviceorientierte Architektur und Serviceverteilung Vector Informatik

Außerdem sind in einer SOA die Softwarekomponenten über einen „Service-Bus“ als Middleware miteinander verbunden. Die Middleware dient als Vermittler zwischen den zwei Rollen eines Services: Dem Anbieter (Service-Provider) und den Konsumenten des Services (Service-Consumer). Die SOA bietet eine lose Kopplung zwischen den Service-Rollen innerhalb eines Systems. Gegenüber monolithischen Softwarearchitekturen hat sie dadurch eine höhere Flexibilität. Zwei weitere positive Aspekte sind eine größere Wiederverwendbarkeit sowie eine bessere Integrationsfähigkeit neuer Servicekomponenten. Die Middleware regelt die Kommunikation zwischen Service-Provider und Service-Consumer sowie den Kommunikationsaufbau. Ebenso definiert die Middleware in der Regel auch das Serialisieren von Daten im Ethernet-Frame. Der Serialisierer legt fest, wie die Daten in einen seriellen Bitstrom umgewandelt und auf der Empfangsseite wieder de-serialisiert werden.

Heute existieren verschiedene Beschreibungssprachen für Schnittstellen, sogenannte Interface-Description-Languages (IDL). Diese weisen typischerweise technologieunabhängige Anteile als formale Beschreibung eines Services auf. Zusätzlich können sie auch protokollspezifische Anteile tragen. Technologieunabhängige Eigenschaften sind beispielsweise verfügbare Methoden, Felder und Events, inklusive der verwendeten Datentypen. Als technologieabhängige Eigenschaft hingegen kann das middleware-spezifische Startup-Verhalten angesehen werden. Dazu zählen die „Service-Discovery“ (SD) sowie das Verwenden von Datenserialisierung und protokollspezifischen Bezeichnern (Englisch: Identifier, ID). IDLs eignen sich besonders gut für das formale Beschreiben einzelner Schnittstellen und die automatische Codegenerierung. Sie liegen meist in einer hierarchisch strukturierten Textdatei vor.

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Ethernet ist Innovationstreiber im Kraftfahrzeug. Die zwei Hauptgründe hierfür sind die bereitgestellte Bandbreite sowie die Funktionsvielfalt und Flexibilität dieser Netzwerktechnologie. Vor diesem Hintergrund lohnt sich derzeit besonders der Blick auf drei technische Trends: Die Modellierung von serviceorientierten Architekturen und Automotive-Ethernet-Netzwerken, der Einsatz von Automotive-Ethernet in POSIX-basierten Steuergeräten sowie die zuverlässige Kommunikation mittels Time-Sensitive Networking.

Für das Design einer vollständigen SOA sind Textdateien aber eher ungeeignet. Daher setzen sich verstärkt modellbasierte Designwerkzeuge durch. Eine Stärke der Modellierung ist die zentrale Datenverwaltung und dadurch ein drastisch reduzierter Pflegeaufwand. Modellbasiertes Design garantiert darüber hinaus, dass die Daten zum Designzeitpunkt formal korrekt sind. Die klare Definition erlaubt es außerdem, die Services zu strukturieren. Dazu kommen bei größeren Systemen in der Regel Schichtenarchitekturen zum Einsatz, welche die Abhängigkeiten von Services verständlich machen und klare Designregeln darstellen. Bauen Services aufeinander auf, wird das notwendige Design hierfür „Service-Choreografie“ genannt. In einem modellgetriebenen Designentwurf lässt sich auf Basis einer Servicemodellierung die Datenkommunikation teilweise ableiten. Ebenso wird die Komplexität durch modellbasiertes Design deutlich besser beherrscht, als im IDL-basierten Ansatz.

Der Einsatz einer SOA erlaubt grundsätzlich den dynamischen Aufbau von Kommunikationsbeziehungen zur Laufzeit. Allerdings ist in aktuellen Automotive-Systemen, welche bereits eine SOA einsetzen, die Service-Kommunikation häufig aufgrund der limitierten Ressourcen noch statisch ausgelegt. Grundsätzlich entsteht durch den Einsatz einer Middleware die Verbindung zwischen Service-Provider und Service-Consumer zur Laufzeit – und nicht wie bisher zur Design-Zeit des Systems. In Zukunft ist insbesondere bei Systemen mit leistungsfähiger Hardware davon auszugehen, dass vorrangig eine volldynamische Servicekommunikation stattfindet. Vor allem Infotainment- und Fahrerassistenzsysteme treiben diesen Trend voran. Auch die Außenkommunikation mit Online-Kartendiensten oder OTA-Updates (über die Luftschnittstelle) unterstützt diesen Trend. Servicekommunikation erfordert auf Netzwerkebene einen wesentlich größeren Anteil an Protokollinformationen als ein signalbasierter Ansatz. Durch die benötigte Bandbreite kommt daher hauptsächlich Ethernet als Netzwerktechnologie im Fahrzeug in Frage.

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