AUTOSAR CLASSIC: SVILUPPO SOFTWARE PER CENTRALINA BOOSTER 800V-400V.
Il framework AUTOSAR CLASSIC è il protagonista di questo progetto di sviluppo software per un brand d’eccellenza italiano.
A cura di Manuele Ghignoli ed Emiliano La Cara
[Software Development Specialist e Direttore Area Ingegneria del Software]
INTRODUZIONE.
Negli ultimi anni, famosi marchi italiani, eccellenze nella progettazione e produzione di vetture ad alte prestazioni, hanno intrapreso una strada affascinante e ambiziosa verso l’implementazione della tecnologia elettrica nelle proprie vetture, portando l’intero settore delle prestazioni automobilistiche a nuove frontiere. Questo cambiamento di rotta verso l’elettrificazione non rappresenta solo una risposta alle esigenze di mercato e alle normative ambientali sempre più rigide, ma anche una dimostrazione della costante ricerca di questi marchi per mantenere il proprio status di pionieri nell’industria delle supercar.
L’integrazione di componenti elettriche per migliorare ulteriormente le prestazioni, l’efficienza e la sostenibilità dei veicoli richiede un’attenzione particolare all’introduzione di tecnologie avanzate e all’ottimizzazione delle prestazioni e delle alimentazioni: la gestione del software riveste un ruolo centrale in questo processo e deve essere sviluppato seguendo regole ed una architettura ben definita nella sua complessità grazie allo standard AUTOSAR (AUTomotive Open System ARchitecture).
AUTOSAR è un framework standardizzato dal consorzio dei più grandi OEM[1] e fornitori di componenti che sta diventando lo stato dell’arte nell’industria automobilistica. Infatti, è stato concepito e progettato per semplificare lo sviluppo e l’integrazione del software nei veicoli, migliorando allo stesso tempo la sicurezza e la modularità.
Non tutti i grandi produttori sono però riusciti a seguire questa evoluzione e ora devono cercare di colmare il gap di competenze per affrontare quella che è una vera sfida tecnica e tecnologica.
Come già introdotto in questo articolo, la scelta strategica di NIER è stata di armarsi debitamente di competenze per poter rappresentare un buon partner nel dominio automotive e presentarsi pronta alla sfida che potenziali clienti dovranno affrontare. In che modo? Mettendo al servizio del cliente le competenze maturate in un progetto interno che ha rappresentato e rappresenta un ambiente di sperimentazione per affrontare problemi concreti in ambito automotive con Hardware automotive grade, sebbene in forma prototipale, e SW AUTOSAR compliant.
In questo articolo, condivideremo in dettaglio il nostro coinvolgimento in un complesso progetto di sviluppo software AUTOSAR per alcune funzionalità di una centralina per la conversione di tensione elettrica di alimentazione. Questo progetto rappresenta per NIER la prima messa a terra del processo di sviluppo interno di competenze maturato in ambito automotive, finanziato grazie agli investimenti che NIER sostiene per la propria innovazione e crescita.
IL PROGETTO AUTOSAR CLASSIC.
Il cliente, TIER1[2] per un famoso marchio italiano, ha chiesto supporto a NIER per attività di sviluppo del software di una centralina di controllo per un Booster 800V-400V, utilizzando il framework AUTOSAR Classic. L’attività ha richiesto una transizione da un’architettura legacy dei precedenti progetti al framework AUTOSAR, processo complesso ed impegnativo che richiede la gestione di sfide legate alla ristrutturazione e all’integrazione di nuove tecnologie. Le attività riguardano tutti i layer dell’architettura AUTOSAR: software applicativo (ASW) con lo sviluppo dei SW Component (SW-C), sviluppo di Complex Driver (CD), configurazione dei moduli del middleware AUTOSAR (BSW), del sistema operativo real-time (RTOS) e dei driver delle periferiche del microcontrollore (MCAL).
Il nostro cliente ha grande esperienza nello sviluppo di centraline di varie tipologie per il mercato automotive, ma per la prima volta deve affrontare lo sviluppo di progetti con l’introduzione del framework AUTOSAR Classic. Per questo motivo, le sfide che abbiamo affrontato sono state:
- Comprensione dell’architettura AUTOSAR: AUTOSAR Classic è noto per la sua architettura complessa basata su componenti software (SW-C), sistema operativo, comunicazione tra componenti e configurazioni specifiche del veicolo. Assicurarsi di comprendere appieno questa architettura è cruciale per il successo del progetto.
- Configurazione e personalizzazione: Poiché AUTOSAR Classic è altamente configurabile e personalizzabile per soddisfare le specifiche esigenze dei veicoli, gestire correttamente le diverse configurazioni ed assicurare che siano compatibili con i requisiti del veicolo è davvero una sfida.
- Sviluppo SW-C e Complex Driver: la definizione, l’implementazione e l’integrazione del componente software all’interno dell’architettura AUTOSAR richiede l’adozione dei processi e metodi di sviluppo propri del framework.
- Introduzione del protocollo PMBus: Il protocollo PMBus è ampiamente utilizzato per la gestione dell’alimentazione in applicazioni che richiedono un controllo preciso ed efficiente dell’energia elettrica. Non avendo un supporto nativo nel framework AUTOSAR, la sua integrazione nel progetto richiede lo sviluppo di un Complex Driver (CD) dedicato.
Grazie alle competenze su AUTOSAR Classic sviluppate internamente con il progetto NIERobotCar, Nier ha potuto supportare il cliente in tutte le sfide necessarie alla realizzazione del progetto.
In una prima fase, insieme al cliente, NIER ha partecipato al coaching, erogato dal fornitore del framework AUTOSAR (ETAS), sulle seguenti tematiche:
- ECU Lifetime
- IO Abstraction e Complex Driver
- Memory Stack
- XCP Protocol
- Diagnostic Stack
- Project Build
Il framework ETAS è un pilastro fondamentale nell’ecosistema dell’ingegneria automobilistica, poiché offre agli sviluppatori una piattaforma stabile ed affidabile per progettare, sviluppare e testare sistemi embedded complessi come quello oggetto di questo progetto. ISOLAR, in particolare, è uno strumento di authoring di grande valore in quanto semplifica la definizione delle interfacce Software Component (SW-C), l’ambiente Run-Time Environment (RTE), la configurazione del Basic Software (BSW), e la gestione del Real-Time Operating System (RTOS), oltre alla generazione del codice corrispondente.
Sono stati assegnati a NIER i seguenti task:
- Sviluppo di un CD per PMBus
- Sviluppo di un CD per switch L9502
- Sviluppo di un SW-C per gestione Vehicle Function di Network Management
- Aggiornamento di un SW-C per gestione Stati Centralina
- Sviluppo di un CD per PMBus:
Questo task ha richiesto la definizione con il tool di authoring AUTOSAR di un SW-C di tipo Complex Driver con interfacce verso l’applicativo tramite due porte ClientServer, due runnable periodici e interfaccia verso il driver I2C di MCAL, in quanto il protocollo PMBus è un superset di I2C e su questo basato.
Internamente il CD è stato organizzato con due layer:
- un primo di interfaccia in standard AUTOSAR verso la parte applicativa con implementazione delle operazioni supportate dalle due porte ClientServer per la richiesta di esecuzione comandi e lettura parametri verso i dispositivi presenti sul bus PMBus.
- un secondo di interfaccia verso il driver I2C di MCAL per l’implementazione del protocollo PMBUS.
Il runnable periodico Main è adibito alla gestione delle richieste da parte dell’applicativo, mentre il runnable Fast è dedicato all’invio dei messaggi su protocollo PMBUS per la lettura dei parametri dei 5 componenti di potenza presenti e l’eventuale invio di comandi.
- Sviluppo di un CD per switch L9502:
Questo task ha richiesto la definizione con il tool di authoring AUTOSAR di un SW-C di tipo Complex Driver con interfacce verso l’applicativo tramite due porte ClientServer, un runnable periodico e interfacce verso i driver SPI e PORT di MCAL, in quanto il componente implementa un protocollo di comunicazione su interfaccia SPI e viene controllato tramite alcuni pin digitali.
Internamente anche questo CD è stato organizzato con due layer:
- un primo di interfaccia in standard AUTOSAR verso la parte applicativa con implementazione delle operazioni supportate dalle due porte ClientServer per la richiesta di lettura fault e per il comando dei pin di controllo degli switch.
- un secondo di interfaccia verso il driver SPI di MCAL per l’implementazione del protocollo di comunicazione e configurazione.
Nel runnable periodico Main viene gestita la comunicazione verso i componenti per la lettura di eventuali fault.
- Sviluppo di un SW-C per gestione Vehicle Function di Network Management:
Questo task ha richiesto la modifica della configurazione del modulo BswM del BSW per la gestione di modi della centralina che abilitassero/disabilitassero l’invio dei messaggi applicativi in funzione dello stato della macchina a stati implementata nel nuovo SW-C WakeupMngt, realizzato secondo le specifiche del cliente.
Tramite messaggi CAN di Network Management e stato Key, la macchina a stati gestisce l’accensione della centralina, il suo spegnimento e l’invio dei messaggi applicativi, interagendo con il SW-C di gestione del sistema e il modulo AUTOSAR BswM del BSW.
È stato necessario realizzare anche il CD RxAnyMessage per interfacciarsi verso MCAL per l’introduzione di una callback per determinare la ricezione di un qualsiasi messaggio CAN, evento che influenza l’evoluzione della macchina a stati implementata.
- Aggiornamento di un SW-C per gestione Stati Centralina:
Questo task ha richiesto prevalentemente la scrittura di codice C nel SW-C State Machine per l’introduzione della gestione degli stati di gestione delle modalità di derating del modo di funzionamento Booster. È stata implementata la gestione dei fault derivanti dalle diagnosi sui componenti della centralina in modo da gestire due sotto-stati di derating: uno con funzionalità ancora attive, ma con prestazioni limitate; l’altro con disattivazione del funzionamento di conversione e con necessità di un reset della centralina.
L’integrazione del protocollo PMBus, acronimo di “Power Management Bus,” rappresenta una componente centrale fondamentale in numerosi progetti di alimentazione elettronica moderna. Tale protocollo di comunicazione digitale standardizzato permette il monitoraggio e il controllo avanzato dei 5 componenti di conversione di potenza utilizzati in questo progetto per la conversione da 400V a 800V (Boost) e quella da 800V a 400V (Buck), ottimizzando l’efficienza energetica e la sicurezza dei dispositivi elettronici. PMBus consente un monitoraggio in tempo reale delle tensioni, delle correnti e delle temperature, consentendo un’ottimizzazione dinamica delle prestazioni ed un rilevamento tempestivo di anomalie. L’integrazione del protocollo PMBus si traduce quindi in sistemi di alimentazione più intelligenti, efficienti ed affidabili, contribuendo all’evoluzione delle tecnologie elettroniche moderne.
CONCLUSIONI.
Il coinvolgimento di NIER ha apportato un significativo contributo nella realizzazione dei primi componenti software di una centralina di controllo per un Booster 800V-400V, con il rigoroso rispetto dei tempi imposti dal piano di lavoro del cliente. Questo rilascio era dotato delle funzionalità necessarie per eseguire la Design Validation (DV), ovvero la fase cruciale nel processo di progettazione e sviluppo di prodotti in cui si verifica che il design di un prodotto o di un sistema sia conforme ai requisiti specificati e che funzioni come previsto. Nella fattispecie, in questo caso la DV era inerente alla verifica dell’hardware (schede e componenti).
Il nostro supporto al cliente, che rientra nella categoria TIER1, ha permesso infine lo sviluppo e l’integrazione dei moduli applicativi essenziali per l’uso della centralina sui prototipi di veicolo destinati ai primi test di integrazione veicolo per il cliente finale, ovvero l’OEM.
In questo percorso, inoltre, non solo siamo riusciti a mettere a frutto le competenze maturate internamente su nostro progetto pilota, ma grazie alla opportunità offertaci dal nostro cliente, siamo riusciti ad approfondire l’acquisizione di competenze verticali specifiche del settore automobilistico, che per noi è una enorme ricchezza. Tra queste citiamo
- Un’approfondita comprensione del framework AUTOSAR CLASSIC.
- L’applicazione pratica degli strumenti di authoring e configurazione dei moduli AUTOSAR (ASW, BSW, RTOS, MCAL).
- La gestione competente delle schede basate su microcontrollori automotive grade.
- La conoscenza dei principali standard dell’industria automobilistica, come il protocollo CAN bus.
- La familiarità con il protocollo PMBus utilizzato per i componenti di power-management.
- L’uso competente di strumenti di debugging e di testing specifici per i nodi automotive, tra cui Lauterbach Trace32 e Vector CANalyzer.
Concludendo, per NIER ci sono stati diversi ritorni positivi. In primis essere riusciti a supportare con utilità e professionalità il nostro cliente grazie alle competenze messe in gioco dall’esperienza del team NIER; infine, ripetiamolo, la possibilità di mettere in pratica su un tema reale le esperienze maturate in un progetto prototipale di laboratorio che ci rende fieri e ci arricchisce di preziose ulteriori competenze in ambito automotive.
[1] Original Equipment Manufacturer.
[2] Fornitori di livello: forniscono componenti, parti o servizi a OEM o ad altri fornitori di livello superiore. Tier 1 sono i fornitori diretti dei produttori di veicoli.