`

СПЕЦИАЛЬНЫЕ
ПАРТНЕРЫ
ПРОЕКТА

Архив номеров

Что для вас является метрикой простоя серверной инфраструктуры?

Best CIO

Определение наиболее профессиональных ИТ-управленцев, лидеров и экспертов в своих отраслях

Человек года

Кто внес наибольший вклад в развитие украинского ИТ-рынка.

Продукт года

Награды «Продукт года» еженедельника «Компьютерное обозрение» за наиболее выдающиеся ИТ-товары

 

Автомобиль в сети, или сеть в автомобиле — о бортовой электронике и не только

0 
 

В рамках публикации архивных материалов нашего издания, предлагаем вашему вниманию статью из №37 (156) «Компьютерного Обозрения» от 1 октября 1998 г. 20 лет назад речь не шла о самоуправляемых автомобилях, но темы бортовой автомобильной электроники, какой она должна быть, мы поднимали на страницах издания.

Еще буквально десять лет назад дискуссии о бортовой автомобильной электронике в гаражах отличались от соответствующих журнальных публикаций не столько уровнем технической грамотности, сколько изобилием ненормативной лексики... Постоянно выходящие из строя датчики Холла и «самые большие» интегральные микросхемы в мире превращали относительно неплохую отечественную машину в очень дорогой самоучитель по основам электроники.

Но все течет, все меняется... И уже давно даже в ВАЗ’ах практически перестали выходить из строя электронное зажигание и пресловутый датчик Холла. Соответственно начало меняться и «общественное мнение» владельцев автомобилей относительно бортовой электроники — от полного непри ятия (сформированного как низким качеством потуг отечественной промышленности, так и абсолютной безграмотностью родного автосервиса в простейших вопросах электроники) до этакой «ура-восторженности» (подогреваемой чисто рекламными публикациями). А более или менее конкретная информация все равно осталась «за семью печатями», доступная только достаточно узкому кругу профессионалов.

ЭЛЕКТРОНИКА СРЕДИ МЕХАНИКИ — ПОЧЕМУ И ЗАЧЕМ?

Действительно, зачем усложнять и без того сложную механическую систему — автомобиль? Или здесь опять срабатывает основной принцип компьютеризации — если что-то можно сделать, то почему это не сделать?

Слава Богу, автомобили проектируют инженеры и, в основном, хорошие инженеры, свято соблюдая классические принципы проектирования. Поэтому долгие, до хрипоты, споры о необходимости той или иной возможности (feature) в каком-либо современном автомобиле имеют единственно правильное и бесспорное решение — раз в успешно продаваемой серийной машине эта возможность реализована, значит она нужна. Ведь, на самом деле, внедрением всех электронных нововведений производитель решает непростую оптимизационную задачу снижения себестоимости при одновременном повышении потребительских качеств изделия. И заниматься этой оптимизацией его заставляет жизнь — жесткая конкуренция на авторынке развитых государств, необходимость постоянного расширения и обновления модельного ряда, высокая ценовая чувствительность обширных рынков «третьих» стран.

Автомобиль в сети, или сеть в автомобиле — о бортовой электронике и не только

Конечно, можно найти оптимальные решения (и они постоянно ищутся и находятся) в рамках обычной механической технологии. Но механика — технология дорогая, даже при высокой серийности, требовательная к качеству используемого сырья, энерго- и ресурсоемкая. Электроника же обеспечивает лавинообразное снижение цены при повышении объемов производства. Отсюда можно сделать вывод: хотим мы того или нет, в автомобилях будет все больше и больше электроники и, по возможности, меньше механики, т.е. новые автомобили будут больше механотронными системами, чем механическими.

HЕ КОРЫСТИ РАДИ...

Если, с точки зрения производителя, мы немного разобрались в предпосылках «вынужденной автомобильной электронификации», надо выяснить и последствия этого явления для потребителей. Ведь именно нам, потребителям, потом придется «на всем этом ездить».

Первый и самый заметный результат — всемирная тенденция к снижению цен на автомобили. В странах сугубо «автомобильных», таких, как США, это вызвано насыщенностью внутреннего рынка, когда производитель должен, с одной стороны, затрачивать огромные средства на рекламу, убеждающую приобрести третий или четвертый автомобиль для семьи, а с другой, — повышать надежность и качество автомобилей. И уж если они не будут дешевыми, то покупать их точно не будут: а зачем, если и «старые» неплохие? В странах «третьего» мира ситуация несколько отличается. Здесь не требуется массированной рекламной кампании, но «средний» покупатель не может себе позволить приобрести дорогую машину и менять ее каждые три-четыре года. Так что или машины будут делаться дешевле (читай, электроннее), или производители перестанут существовать...

Второе последствие — машины будут становиться качественнее и безопаснее. По потребительским функциям достаточно быстро сотрется грань между близлежащими ценовыми категориями — пассивная безопасность, мобильная связь, встроенная диагностика уже присутствуют в малолитражках.

Третье последствие (пока безрадостное) — для поддержания в работоспособном состоянии всех этих нововведений понадобится мощная система фирменного автосервиса, практически немыслимая в отечественных условиях.

РУКОВОДЯЩАЯ И НАПРАВЛЯЮЩАЯ... ИЗ ПОДПОЛЬЯ

Именно так можно охарактеризовать роль электроники в автомобиле. Даже над самыми немыслимыми (с точки зрения автоматизации) процессами серьезно призадумались в исследовательских лабораториях. Такие уже нашумевшие проекты, как голосовое управление служебными функциями и диагностикой, наконец получили воплощение и со следующего года будут реализованы в серийных автомобилях — исследовательская компания Visteon Automotive System (подразделение Ford Motor Company; штат — 78000 человек) завершила разработку подобной системы. Известная своими теоретическими исследованиями и мощным производством корпорация Delco Electronics создает интеллектуальные амортизаторы и тормозные колодки (!), дополняющие стандартные противозаносные и противоюзовые системы, а также концепцию и проект «сетевого транспортного средства» (Network Vehicle). Однако узнать, на какой элементной базе и какими программными средствами все это реализуется, очень непросто.

МИКРОПРОЦЕССОРЫ ДЛЯ АВТОМОБИЛЕЙ

После массовой кампании о необходимости перехода на Pentium II и последующего — на Хеоn как-то трудно представить себе, что без сотен мегагерц тактовой частоты и гигабайтов памяти можно хоть что-нибудь полезное сделать... А вот «древний» микроконтроллер семейства Motorola 68000 или Intel 80×51 безотказно «перемалывает» байты в бортовом компьютере вашего автомобиля, управляя впрыском, углом опережения зажигания, проверяя датчики. И разрядность у него скромная, и тактовая частота смешная, и памяти десяток килобайтов, а он все равно работает. Ну как тут не пошутить: все потому, что рекламы не читает...

А если говорить серьезно, то автомобильная промышленность достаточно консервативна в выборе элементной базы. Здесь рекламной кампанией никому ничего не докажешь. Нужны проверенная временем надежность, простота и эффективность архитектуры, низкая цена. Поэтому тщательно отобранным для применения в автомобилях микропроцессорам можно смело присваивать титул «микросхем всех времен и народов».

И первым претендентом на этот титул можно считать безусловный шедевр фирмы Intel, практически не изменившийся на уровне архитектуры за невероятно долгие 15 лет, i8051 — восьмибитовое семейство, по сей день выпускаемое во всевозможных модификациях, в первую очередь, для автомобильной промышленности как самой Intel, так и Philips, Siemens, Atmel, NEC, Toshiba, Temic. По собственному опыту, могу подтвердить, что современная 8051-совместимая микросхема производства Philips при тактовой частоте 33 MHz на специфических для управления задачах (например, ПИД-регулятор) оставляет далеко позади «весь из себя» 32-разрядный 80386. Интересующимся детальным описанием 8051 советую посетить сайт www.8052.com ~ здесь вы найдете все, включая программные симуляторы, программаторы и пр. А сами микросхемы 8051 (киевского производства 1816ВЕ31 или Temic/lntel) стоят сегодня не более 5 грн.

Второй бесспорный «микрогерой» — Motorola 68000 один из самых выдающихся процессоров как по архитектуре, так и по трагичности судьбы. Чисто 32-разрядный (внутренняя архитектура), с мощной и простой системой команд, он появился в одно время с «недоразумением» i8086, сразу доказав свои преимущества в компьютерах Amiga и Macintosh, но так и не занял подобающего места в истории персональных вычислений.

Третье место делят два обширных семейства: СОР8 корпии National Semiconductor и ST6/7/2 SGS Thompson, з, как и 8051, ~ восьмибитовые, однако уже со значительно обновленной архитектурой — микроядром (собственно, ЦПУ) и расширяемыми до необходимого уровня периферийными устройствами на одном кристалле.

Для малокритичных задач и не связанных с управлением в реальном времени широко применяются также контроллеры PIC фирмы Microchip и AVR компании Atmel.

НЕ В СЕТИ, А НА СЕТИ...

Счастливые обладатели автомобиля, уже столкнувшиеся с электрической проводкой, хорошо знают, как она выглядит: жгут проводов, разбегающихся по самым недоступным местам. И в полном соответствии с инженерной теорией неисправности всегда возникают в самых труднодоступных местах. Соответственно, обслуживание автомобильной электрики — дело трудное и дорогое. А для производителя протягивание нескольких сотен проводов по конструктиву означает очень серьезные затраты, иногда достигающие десятков процентов от себестоимости всего автомобиля. Добиться одновременно экономии средств при производстве (и, следовательно, снижения цены) и повышения надежности проводки позволила... технология локальных сетей. Конечно, упрощенная, по срав нению с Ethernet, но достаточно полнофункциональная.

Де-факто стандартом в автомобильной промышленности становится технология CAN (Controller Area Network, сеть контроллеров), поддерживаемая ведущими производителями Европы, США и Японии. Собственно, CAN представляет собой стандарты на протоколы физического, транспортного и так называемого объектного уровней. На физическом уровне — это последовательный 2-проводной канал со скоростью передачи данных до 1 MBps типа «токовой петли» или обычного «уровнево-го» типа. Протокол транспортного уровня предусматривает максимальную защиту от помех и искажений сигнала в зашумленном канале с подтверждениями, контролем целостности фреймов, а также включает механизмы захвата канала и установления связи. Несмотря на относительную сложность спецификаций (более 120 страниц текста), реализация CAN-контроллеров очень проста, и практически всеми ведущими производителями компонентов для автомобильных систем уже серийно выпускаются как микроконтроллеры со встроенными CAN-порта-ми (80×51 семейства — Philips, СОР8 семейства — National Semiconductor, MC68000 семейства Motorola), так и отдельные CAN-контроллеры (ценовой диапазон порядка $10–15 для единичного образца).

Благодаря CAN-технологии проводка автомобиля революционно преобразилась, превратившись в три провода, «обегающие» все электрические узлы. Стоимость контроллеров, управляющих работой фар, дворников, центральных замков и стеклоподъемников, несоизмеримо ниже оплаты тяжелого ручного труда по протяжке привычных жгутов проводов. Кроме того, передача шифрованных команд по внутренней CAN-сети достаточно надежно защищает автомобиль от угона. Дополнительная и уж совсем неожиданная возможность CAN-технологии связана с простотой реализации IP-транспорта поверх CAN-протокола, что делает автомобиль Internet-ориентированным — не для технократического «устремления в будущее», а в целях простой и эффективной диагностики, не требующей больших затрат на развертывание диагностических стендов. Простой ПК в любом пригодном исполнении и броузер позволят проверять работоспособность узлов и агрегатов автомобиля независимо от места его производства или места его поломки (в удаленном режиме). Соответственно, и техническую помощь оказать легче, и стоимость услуг сократится...

УДОБСТВА ВО ДВОРЕ...

Привыкнув к минимализму отечественных автомобилей, как-то трудно представить себе детище странного сообщества General Motors, Ford, Delco, Netscape и Sun под названием Network Vehicle (сетевое транспортное средство). С одной стороны, — ничего особенного, и нам абсолютно ничем не угрожающее (так как требует огромной и очень дорогой инфраструктуры). С другой, — это уЖе нечто абсолютно новое. Говоришь: «Дай прогноз погоды» _ слушаешь прогноз погоды; говоришь. «Радио, канал 5» — радио включается на канал 5. И так далее... Причем, доступ ко всей внешней информации основан на HTTP-протоколе и беспроводной связи. Естественно, встроенная навигационная подсистема, полнофункциональный «entertainment» со всякими там CD-ченджера-ми, Долби-сэрраундами и... видео; записные книжки с голосовым доступом по имени/фамилии, автоматическим дозвоном мобильного телефона и прочими излишествами. Трудно оценивать что-либо подобное, не «пощупав» руками, но подозрительные мысли по поводу манеры вождения у водителей таких «круто заряженных» автомобилей все-таки напрашиваются...

НЕЧЕТКАЯ ЛОГИКА — ЧЕТКИЕ ДЕЙСТВИЯ...

Специфика действительно ответственных электронных подсистем автомобиля заключается в высокой сложности управляемых процессов, для моделирования которых иногда требуются десятки часов машинного времени суперкомпьютеров. Некоторые процессы вообще носят чисто статистический характер. При этом степень риска эксплуатации автомобиля для всей системы в целом (включая водителя и пассажиров) достаточно высока. Соответственно, от всей бортовой электроники требуется высочайшая надежность. И не только в чисто эксплуатационном смысле: если в программе микроконтроллера, управляющего тормозами вашего автомобиля, есть ошибки, вас вряд ли успокоят заверения, что сам контроллер выдерживает без сбоев 150 лет непрерывной эксплуатации в полевых условиях.

Автомобиль в сети, или сеть в автомобиле — о бортовой электронике и не только

Возникшее противоречие между сложностью управляющих алгоритмов и требованиями надежности системы вынуждает производителей искать новые методы разработки ПО для встраиваемых систем. Единства подходов и инструментов в этой области пока не наблюдается. Кто-то развивает теорию конечных автоматов с памятью и создает программы их верификации, кто-то использует исключительно VHDL-описания встраиваемой системы и последующую верификацию, однако наблюдается скрытое «един ство» в неприятии столь популярных объектно-ориентированных языков (низкая производительность виртуальной машины Java и сложность реализации C++/Eif fel — одни из очевидных причин). А в целом в этой области наблюдается устойчивый интерес к системам с нечеткой логикой (другое название — fuzzy sets, размытые множества) и к самообучающимся нейронным системам.

ПРИШЛА ПОРА UPGRADE ДЛЯ ОС МОТОРА...

Раз уж в автомобиле есть все, то почему бы не быть операционной системе? Опять же не из-за причуд, а для упрощения разработки встроенных приложений: единые программные интерфейсы, среда исполнения и язык реализации облегчают процесс написания программ и увеличивают их надежность. К сожалению, из-за значительного разброса в архитектурах микроконтроллеров стандартизация встраиваемых ОС ограничивается только рекомендациями или детальным описанием программных интерфейсов. И первое место по популярности сей час устойчиво занимает спецификация ITRON, разработанная в Японии. Как бы в качестве компенсации за провал гигантской программы «компьютера пятого поколения» японцы быстро переориентировались на микросистемы и здесь добились заслуженного успеха.

В настоящее время существуют реализации ITRON для всех популярных в автопромышленности контроллеров и процессоров.

 

А ПДД ПРОТИВ...

Повальное увлечение автомобильным «entertainment» может вызвать некоторые побочные эффекты, связанные, в первую очередь, с вопросами безопасности движения. Жесткие законы большинства европейских стран уже отреагировали запретами на использование персональных средств связи при вождении транспортного средства из-за участившихся случаев аварий. А уж об играх, видео и прочих сомнительных удовольствиях за рулем в этой си туации и речи быть не может. Так что оставим автомобилю автомобильное, а залу игровых автоматов все остальное. Кроме того, как продукт любой технологии подобные системы вначале будут иметь достаточно высокую цену (ориентировочная стоимость первых разработок составляет $1200-1500), поэтому целесообразно временно воздержаться от столь сомнительного приобретения — через год-два (а то и раньше) вполне вероятен выход закона о запрете их использования.

Вторая неприятная сторона связана со средствами мобильной связи, а точнее, — с очень тяжело решаемым вопросом электромагнитной совместимости. Обилие беспроводных каналов связи — это не достоинство, полоса частот, в которой могут работать гражданские и коммерческие системы связи, строго регламентирована в любой стране, и использование диапазонов жестко нормируется международными законами. Повышение мобильности, несомненно необходимое в некоторых ситуациях (служебная и специальная связь, управление медицинским транспортом и пр.). не должно выходить за рамки разумного. Тем более, при всеобщей «интернетизации»: как, интересно, вы отреагируете на приезд «скорой помощи» через два часа после вызова только по причине загруженности мобильных каналов запросами о результатах бейсбольного матча?

RTOS — ОС ДЛЯ МАШИНЫ, А НЕ ДЛЯ КОМПЬЮТЕРА

Не вдаваясь в подробности программной реализации операционных систем, следует все же остановиться на таком немаловажном моменте, как соответствие концепции используемой в системе управления ОС требованиям и специфике объекта управления. Если речь идет об автомобиле, то к очевидной его специфике (в смысле управляемого объекта) относятся: быстроменяющийся характер протекающих процессов, большое количество наблюдаемых и управляемых системой управления процессов, сложность этих процессов и высокая степень риска. Следовательно, ОС должна быть: надежной (а значит, компактной), с быстрым переключением контекстов (т. е. процессов или программ), достаточно функциональной. Такому размытому опи санию соответствуют только ОС класса RTOS (Real-Time Operation System, ОС реального времени).

ITRON является типичным представителем RTOS с минимальным временем переключения контекста от 1 до 3 микросекунд (зависит от архитектуры вычислителя). ITRON — не единственная перспективная система, однако благодаря функциональности (POSLX-совместимость). возможности реализации на самых разных аппаратных платформах и открытым спецификациям в классе RTOS ITRON явно лидирует.

0 
 

Напечатать Отправить другу

Читайте также

 
 
IDC
Реклама

  •  Home  •  Рынок  •  ИТ-директор  •  CloudComputing  •  Hard  •  Soft  •  Сети  •  Безопасность  •  Наука  •  IoT