Un’architettura aperta per l’infotainment del futuro

INFOTAINMENT –

Il sistema parametrizzato di infotainment Paris, basato su un’architettura aperta, scalabile, flessibile e sicura, può offrire una base per la realizzazione di sistemi di infotainment convenienti e indipendenti dal costruttore.


I sistemi di infotainment si trovano oggi a competere con le soluzioni di secondo equipaggiamento, soprattutto nell'aftermarket, dove attualmente non è riscontrabile una risposta adeguata. Una situazione simile si è verificata nel mercato delle autoradio, dove le unità di secondo equipaggiamento hanno beneficiato per molto tempo di un rapporto tra prezzo e prestazioni più vantaggioso, non solo nel segmento a basso costo ma anche tra i sistemi di alta qualità.

Microcontrollori automotive e unità di infotainment

I fornitori automotive hanno tratto le loro conclusioni e oggi approvvigionano non solo i costruttori più affermati ma anche i produttori aftermarket: a questa regola non sfuggono neanche le società attive nell'industria dell'elettronica di intrattenimento. Dal canto loro, i produttori di auto, non volendo perdere il business dell'infotainment, sono stati obbligati a forzare lo sviluppo dei loro sistemi. Non c'è modo di vincere la guerra dei prezzi con le autoradio. Rispetto alle unità equivalenti di secondo equipaggiamento, gli standard di qualità dei sistemi integrati, che il compratore associa direttamente al veicolo, devono essere necessariamente superiori. I costruttori hanno pertanto dato vita a una serie di dotazioni distintive, per esempio una connotazione stilistica che richiama l'interno delle vetture, connotazione che per loro natura i sistemi aftermarket non possono offrire.
Nel segmento premium è stato introdotto il bus Most (Media-orientated system transport), una tecnologia su rete in fibra ottica in precedenza sconosciuta nell'area dell'intrattenimento elettronico. Sempre nel segmento premium si sono affermati, come accessori distintivi, anche i sistemi di navigazione supportati da Gps. L'industria dell'elettronica di intrattenimento però non ci metterà molto a recuperare il gap e a offrire delle unità dotate di prestazioni superiori a una frazione del costo dei sistemi integrati. Oggi, anche le dotazioni basate su reti di sensori strettamente integrate nel veicolo possono essere più o meno compensate con unità di secondo equipaggiamento, senza peraltro dovere alterare i rapporti di costo nel lungo termine.

Un esame più attento ai vari sistemi di infotainment spiega perché l'industria delle forniture automotive sta perdendo sempre più terreno nel settore. Praticamente senza eccezioni, le unità originarie lavorano con componenti a semiconduttori tagliati in modo specifico per le applicazioni automotive, mentre l'elettronica di intrattenimento utilizza principalmente soluzioni di tipo Assp (Application specific standard products). I volumi associati al mercato Assp è di varie volte superiore a quelli associati al mercato dei componenti automotive, quindi il prezzo unitario dei dispositivi Assp è significativamente inferiore. Il problema reale non è tanto nel prezzo dei componenti: la forte riduzione di costi in atto nel campo della microelettronica significa che il contributo che deriva dall'hardware tende a diminuire.

Il prezzo totale del sistema, compreso l'hardware, è la somma dei costi di sviluppo della piattaforma dell'apparato, del software, dei test di sistema e del mantenimento della piattaforma stessa. Le attività di sviluppo e di test del software crescono esponenzialmente all'aumento della diversificazione delle funzioni. Per tenere questi costi sotto controllo i sistemi operativi più diffusi nel mercato automotive hanno inglobato una mole crescente di funzioni standard di infotainment, mettendo a disposizione dello sviluppatore uno spettro sempre più completo di applicazioni. Questo comporta però per il fornitore del software una crescente difficoltà nel supportare le architetture di elaborazione specifiche per automotive, soprattutto quando basate su microcontrollori proprietari. Inizialmente, come regola, il costo di questi ambienti era deciso dalle società di semiconduttori, che naturalmente avevano un vivo interesse nel diffondere il supporto software per i loro microcontrollori. Nell'analisi finale, i costi associati alla portabilità, alla manutenzione del software e allo sviluppo, condizionano notevolmente il prezzo del sistema che il costruttore del veicolo, o meglio, l'acquirente, deve pagare.

L'architettura open-system per la riduzione dei costi

Un modo per uscire dal dilemma è di ovviare con uno sviluppo in-house, limitandosi a realizzare delle interfacce verso le unità portatili mutuate dal settore dell'elettronica di intrattenimento portatile: in questo caso la problematica dell'infotainment non apparterrebbe più alla sfera automotive. Un altro modo ovvio per resistere alla pressione dei prezzi e alla crescente richiesta di funzionalità proveniente dal settore dell'elettronica di intrattenimento è di utilizzare un'architettura di microcontrollo standardizzata, simile a quella da tempo in uso nel mercato Pc. Vi sono già dei segnali che i tradizionali microcontrollori automotive saranno presto superati. Qualsiasi automobilista interessato a un sistema di infotainment spesso è anche esperto di Pc in quando li usa per organizzare la propria musica e i propri video, per le comunicazioni o anche solo per navigare in Internet. Questo tipo di utente rappresenta il target ideale per il concetto di Auto Pc, che mira a portare il mondo della multimedialità domestica nel mondo delle quattro ruote.
Gli ostacoli che si presentano a tale concetto sono principalmente legati al prezzo eccessivamente alto dei processori e agli elevati consumi di energia dei chip set.
La standardizzazione - in quanto “segreto del successo” - prevarrà anche qui e l'architettura ideale per i futuri sistemi di infotainment dovrà soddisfare le seguenti specifiche base:

  • il set di comandi del processore e l'architettura base devono essere aperti e liberamente disponibili, in modo che come fornitore possa essere scelto più di un costruttore. I semiconduttori devono, ovviamente, soddisfare le stringenti specifiche del settore automotive;
  • le prestazioni e le funzionalità del processore devono essere dimensionabili su un ampio spettro. L'architettura del processore deve essere in grado di coprire le unità che si posizionano a entrambi gli estremi - entry-level e premium - in modo che, in linea di principio, uno stesso software possa girare su qualsiasi unità;
  • l'architettura di sistema deve assicurare una rigorosa separazione tra l'elaborazione dei dati specifici del veicolo e dei dati specifici della sfera multimedia, impedendo in qualsiasi circostanza al sistema di infotainment di influenzare le caratteristiche del veicolo. Oltre a questo, è altrettanto importante che l'architettura ideale soddisfi le esigenze specifiche dei costruttori di veicoli e dei relativi fornitori;
  • per l'acquirente, l'apparato deve essere chiaramente distinguibile dai prodotti aftermarket, ma a un costo non significativamente superiore. Le principali caratteristiche che differenziano il prodotto risiedono nello scopo delle funzionalità e nella qualità del sistema;
  • il costruttore del veicolo deve poter contare sulla massima flessibilità nell'integrazione nella piattaforma del veicolo delle piattaforme di infotainment di vari fornitori;
  • il fornitore automotive deve assicurare alla piattaforma di infotainment la maggior flessibilità possibile sia nei confronti di un ampio range di costruttori di automobili sia nell'ottica delle future esigenze dei clienti;
  • anche l'investimento dedicato a una specifica generazione di piattaforma deve essere salvaguardato: a tale proposito l'ottimizzazione del costo dell'hardware (per esempio in caso di passaggio a un nuovo tipo di memoria) deve essere implementato in modo rapido e flessibile.

Il sistema parametrizzato di infotainment

Paris, il nuovo “parameterized infotainment system” è molto vicino alla condizione ideale. Il concetto hardware di Paris è basato su una struttura di microcontrollo aperta dotata di core di elaborazione, interfacce per periferiche e vari altri elementi funzionali speciali - come acceleratori hardware o di memoria - integrati in un unico blocco costruttivo. La differenza tra questa soluzione e un microcontrollore tradizionale sta nel fatto che l'architettura Paris è più flessibile in quanto è basata su un sistema modulare assimilabile a una specie di “kit di costruzione”.
Il kit di costruzione Paris contiene tutti i principali elementi integrabili necessari per creare un sistema di infotainment: tra questi spiccano semplici interfacce seriali - quali I2S o I2C - e moduli complessi come Can, Most, FireWire, Ethernet e FlexRay. Questi elementi e un'ulteriore nutrita serie di interfacce sono dotati di moduli d'interfaccia uniformi che ne permettono la connessione al sistema bus interno. Parimenti anche i moduli di memoria, le unità aritmetiche e i blocchi di accelerazione complessi per funzioni grafiche, video e audio sono dotati di moduli con interfacce uniformi. Anche la Cpu è trattata come modulo. Essa può controllare il sistema bus o condividerlo con altri bus master. Quando più master devono accedere a una risorsa di sistema, si innesca un arbitraggio a livello di connessione slave. Questo permette a più master di operare su un unico bus senza incappare in condizioni di blocco, consentendo a varie Cpu di convivere all'interno di un unico sistema di infotainment. Tutti i moduli possono essere parametrizzati: questo significa che le rispettive funzioni possono essere definite in modo più preciso nella fase di sviluppo del sistema. Ciò significa anche che Paris non è solo un microcontrollore speciale per una particolare task, ma che piuttosto racchiude un'intera serie di varianti di microcontrollo. Essendovi solo alcune restrizioni sul numero possibile di combinazioni, la scelta di una variante Paris specifica definisce contemporaneamente un prodotto particolarmente tagliato sulla task da eseguire. Il principio di kit costruttivo alla base di Paris può essere implementato con moduli funzionali indipendenti dall'hardware, rappresentato dal chip in silicio. Utilizzando dei blocchi costruttivi logici programmabili (quali gli Fpga Altera Cyclone III o Stratix III), i prototipi sintetizzati possono essere poi mappati sull'hardware definitivo, che può quindi essere testato nel sistema target.
Solo quando l'interrelazione di tutte le funzioni soddisfa le specifiche viene creato il microcontrollore finale nel blocco costruttivo di produzione, il quale costerà solo una frazione dell'Fpga. Il blocco costruttivo di produzione può essere un Asic strutturato HardCopy: HardCopy è l'equivalente funzionale di un Fpga e garantisce la compatibilità a livello di pin e di prestazioni, il che consente allo sviluppatore una migrazione esente da rischi. I microcontrollori tradizionali spesso utilizzano degli Fpga come tool di prototipazione e successivamente vengono convertiti in Asic. Rispetto agli Asic strutturati HardCopy, gli Asic tradizionali sono molto più costosi da produrre e sono assolutamente differenti dagli Fpga. Lo sviluppatore di sistema perde completamente il controllo sulla definizione della famiglia di microcontrollori e né il tempo di produzione né la disponibilità nel lungo termine possono più essere adattati per indirizzare le esigenze individuali. Il kit costruttivo del microcontrollore Paris rafforza invece la relazione tra sviluppatore e produttore del semiconduttore, rendendo l'interesse degli utenti finali l'unico fattore determinante nella definizione del prodotto.
Questa libertà ha delle ricadute immediate:

  • logica, memoria e Cpu riflettono esattamente le specifiche richieste;
  • nessuna perdita di tempo nello sviluppo per adattare i compromessi imposti dai microcontrollori tradizionali;
  • gli acceleratori hardware vengono installati solo nelle varianti in cui sono effettivamente necessari;
  • il partizionamento hardware/software ottimizza l'uso del silicio;
  • i prototipi sono disponibili in tempi rapidi;
  • disponibilità nel lungo termine;
  • assenza di rischi associati alla copia del sistema da parte dei competitori: le varianti dei microcontrollori non sono accessibili sui mercati aperti.


L'architettura hardware aperta Paris garantisce la massima flessibilità offrendo contemporaneamente la base per un supporto completo attraverso il software applicativo. Il sistema di sviluppo Paris lega automaticamente i moduli del kit di costruzione all'interno dell'ambiente di sviluppo software, creando un livello uniforme di astrazione hardware che rende il trasporto delle applicazioni standard molto più efficiente.

Il sistema di sviluppo Paris

Per facilitare l'accesso del progettista allo sviluppo dei sistemi di infotainment basati su Paris è disponibile un kit completo. Il kit è fornito con un microcontrollore preconfigurato, oltre che con driver e software applicativo. Il kit è costituito da una scheda base in formato rack DIN-1 e da varie interfacce fisiche - come Vga, Tft, Ide, audio, 10/100Base-T Ethernet, RS232, Ttl seriale, Usb, Can, Most, FireWire, schede MMC/SD/SDIO e altri plug Gpio. La scheda base dispone di uno slot per il modulo processore e di due moduli di estensione aggiuntivi.
Il componente centrale del modulo processore è un Fpga equipaggiato con vari milioni di gate di sistema, 64 Mbyte di Ram DDR2 e 16 Mbyte di memoria flash. Tutte le interfacce fisiche sono connesse direttamente all'Fpga, consentendo la definizione di qualsiasi variante di microcontrollo. Un modulo di navigazione e comunicazione è disponibile in forma di modulo di estensione. Il kit include un display Tft touch-screen Wvga e tutti i connettori e le alimentazioni necessarie per iniziare a progettare immediatamente. Il microcontrollore preconfigurato prevede una serie di interfacce integrate e offre un acceleratore grafico e un processore audio che si aggiungono al processore applicativo. Un'applicazione dimostrativa permette di realizzare un riproduttore MP3 con interfaccia grafica d'utente e touch-screen: la soluzione supporta varie sorgenti musicali, tra le quali schede SD, chiavi Usb, hard disk, Cd e unità Most.

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