Con il numero di sottosistemi elettronici automotive che continua a proliferare, le architetture sottostanti utilizzate a supporto della connettività interna ed esterna si stanno evolvendo per soddisfare i requisiti in continua evoluzione dei produttori e degli utenti finali
Fino a tempi relativamente recenti, i sottosistemi elettronici a bordo delle auto si basavano prevalentemente su architetture piatte distribuite. In questo caso, delle centraline elettroniche (ECU) apposite sono dedicate a funzioni specifiche, con ogni ECU dotata di propri sensori e attuatori. Con queste architetture, i problemi iniziano a sorgere quando è necessario aggiornare il software in un grande numero di centraline. Con un numero così elevato di ECU interconnesse (a volte più di 80), testare e verificare ogni possibile combinazione di software diventa molto impegnativo.
Per far fronte a questi problemi, l'industria automotive sta provvedendo a concentrare le funzioni elettroniche in un minor numero di centraline di dimensioni maggiori, tramite l’adozione di architetture di controllori di dominio, in cui funzioni simili sono raggruppate insieme in un unico "dominio", oppure di architetture zonali in cui le funzioni all'interno di un veicolo (inclusi i sensori e gli attuatori ad esse associati) sono raggruppate in zone in base alla loro posizione fisica, dove ogni zona dispone del proprio controllore di zona.
Come parte di ciò, il cablaggio automotive tradizionale viene sostituito da una rete ad alta velocità con interfaccia Ethernet automotive. Quest’ultima fornisce le funzionalità di rete sensibile al tempo (TSN) necessarie per consentire agli ingegneri di progettare reti automotive con latenza prevedibile e larghezza di banda garantita.
Connettività senza controllo
Viviamo in un mondo sempre più connesso e le automobili non fanno eccezione, con un numero di interfacce wireless interne ed esterne in forte crescita. Prima del 2000, l'unica interfaccia wireless presente in un'auto era tipicamente un sintonizzatore radio AM/FM. Il primo kit per auto vivavoce Bluetooth è apparso sul mercato intorno al 2001. Quest’ultimo è stato presto seguito da un'ampia varietà di soluzioni di connettività wireless sempre più sofisticate.
Le odierne soluzioni di connettività wireless per autoveicoli sono in genere distribuite su varie centraline. Nel caso dei sistemi di infotainment e di e-cockpit, ad esempio, potrebbero essere presenti interfacce Wi-Fi (per hotspot), Bluetooth, di trasmissione audio digitale (DAB), radio HD e SiriusXM, solo per citarne alcune.
Per quanto riguarda l’abitacolo e il comfort, che include i sedili, le portiere e finestrini, troviamo le tecnologie Bluetooth e Ultra Wide Band (UWB), con la comunicazione di prossimità (NFC) come tecnologia di backup in caso di problemi. Queste ultime possono essere utilizzate per applicazioni come l'accesso intelligente alle auto, che rileva quando un telefono si trova nel raggio d'azione e quindi ne determina la posizione per sapere quando sbloccare le portiere.
Più di recente, alcuni produttori automotive e OEM hanno iniziato ad aggiungere modem cellulari (attualmente 5G) ai propri progetti, allo scopo di fornire connettività su cloud e di supportare casi d'uso per la telematica. Essi hanno anche iniziato ad aggiungere il Wi-Fi come interfaccia esterna (oltre ad averlo come interfaccia interna). L'attuale tendenza verso l’introduzione di veicoli definiti dal software, ossia di veicoli le cui caratteristiche e funzioni sono abilitate principalmente tramite software, richiede la possibilità di aggiornare il software del veicolo dal cloud, grazie alla connettività ad alta velocità. Se il veicolo è vicino a una rete Wi-Fi, la connettività sarà più veloce di quella di una rete cellulare. I produttori stanno addirittura iniziando a utilizzare questo approccio negli ambienti produttivi al posto di una connessione con cavi Ethernet.
Essendo state aggiunte ad hoc nel tempo, queste interfacce wireless verso il mondo esterno sono generalmente distribuite all’interno dell’auto. Ciò porta con sé una serie di problemi, compresi i problemi di coesistenza delle reti RF e di sicurezza.
La sicurezza informatica è ora vista come un requisito fondamentale. Tutte le interfacce di connettività wireless consentono l’ingresso nell’auto dei dati provenienti dal mondo esterno. Anche i sistemi di trasmissione come DAB, HD Radio e Satellite Radio consentono all'utente di scaricare immagini e altri file, ognuno dei quali potrebbe essere infetto da malware (software dannoso). La soluzione ideale consiste nel disporre di un unico punto di accesso all'interno dell'auto, che consente di controllare e filtrare i dati utilizzando una tecnologia di firewall avanzata. L'utilizzo di una simile tecnologia è quasi impossibile con le architetture di connettività distribuita esistenti.
Tuttavia, occorre considerare che veicoli diversi sono creati da team diversi, ognuno dei quali fa le cose in modi diversi. Di conseguenza, ogni nuovo veicolo costituisce un caso a sé stante quando si tratta di affrontare le sfide della coesistenza delle reti RF e di garantire la sicurezza dei dati e del sistema.
Il controllo della connettività
Un modo per far fronte alle criticità illustrate nella sezione precedente è fare in modo che l’intera connettività wireless del veicolo sia gestita da un singolo sottosistema chiamato controllore di dominio per la connettività, come illustrato nella Figura 1.
Con un unico processore ad alte prestazioni che controlla tutte le interfacce wireless, il sistema richiede solo una singola istanza di una tecnologia firewall di nuova generazione (NGFW). Ciò consente di applicare una protezione per la sicurezza costante e all'avanguardia a tutto il traffico in ingresso al veicolo.
Oltre a consentire di ottenere la sicurezza informatica, un controllore di dominio per la connettività offre molti altri vantaggi, tra cui la gestione di eventuali problemi di coesistenza di reti RF e la garanzia della qualità del servizio (QoS) desiderata associata a ciascuna interfaccia wireless.
Grazie alla sua connessione al cloud tramite rete cellulare o Wi-Fi, questo approccio semplifica anche il download, la verifica e l'installazione delle versioni più recenti di qualsiasi applicazione, driver e software di sicurezza.
Il concetto di controllore di dominio per la connettività si adatta perfettamente all'architettura moderna dei veicoli fornendo un'unica connessione alla rete Ethernet automotive. Inoltre, fornisce una soluzione scalabile che può essere adottata da più team di sviluppo che lavorano su diverse piattaforme automotive.
Il colore della connettività automotive è l'arancione
NXP ritiene che i controllori di dominio per la connettività rappresentino il futuro della connettività wireless in campo automotive. Diversi OEM stanno già lavorando a soluzioni proprietarie, e di conseguenza NXP ha deciso di creare una piattaforma di progettazione e sviluppo di riferimento per aiutare altri produttori, OEM e fornitori di primo livello a iniziare a operare.
NXP è fornitore leader di progetti di riferimento e piattaforme di sviluppo per l’industria automotive, come NXP GoldBox, NXP GreenBox NXP BlueBox.
Più di recente, NXP ha annunciato la propria piattaforma di sviluppo per il controllore di dominio per la connettività OrangeBox (Figura 2). OrangeBox è una piattaforma di sviluppo completa che fornisce una soluzione esaustiva e sicura di connettività wireless per lo sviluppo di soluzioni automotive che soddisfano i requisiti del controllore di dominio e di zona.
La piattaforma OrangeBox incorpora il microprocessore (AP) i.MX 8XLite scalabile, un coprocessore di sicurezza S32K e la connettività wireless necessaria per ottenere la connettività V2X, Wi-Fi, Bluetooth LE, UWB e cellulare tra il veicolo e il mondo esterno in modo sicuro e protetto.
Una caratteristica chiave dell'OrangeBox è l’utilizzo di componenti modulari aggiornabili basati su interfacce standard, che consentono così di soddisfare standard e requisiti in continua evoluzione. Ad esempio, il modulo supporta attualmente la connettività wireless Wi-Fi 6 + Bluetooth e la connettività cellulare 5G e in futuro sarà in grado di supportare la connettività wireless Wi-Fi 7 + Bluetooth e la connettività cellulare 6G.
Tutto su Goldbox
GoldBox è una scheda compatta, altamente ottimizzata e integrata progettata per il gateway orientato ai servizi (SoG) del veicolo, il controllo del dominio, l'elaborazione ad alte prestazioni e le applicazioni di protezione e di sicurezza.
Il GreenBox è ideale per lo sviluppo e le demo di applicazioni in tempo reale integrate e isolate, come le caratteristiche dinamiche del veicolo, la gestione della batteria e dell'energia, il controllo dell'inverter del motore e la conversione di potenza per architetture centrali, di dominio e di zona.
E il BlueBox è una piattaforma di sviluppo che offre le prestazioni e le caratteristiche di sicurezza funzionale necessarie per costruire architetture zonali, realizzare i sistemi di elaborazione ad alte prestazioni, analizzare gli ambienti di guida, valutare i fattori di rischio e quindi orientare il comportamento dell'auto a guida autonoma.
