AUTOSAR (Automotive Open System Architecture) พันธมิตรด้านการพัฒนาระดับโลกที่นำเสนอสถาปัตยกรรมซอฟต์แวร์ที่เป็นมาตรฐานสำหรับชุดควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์ (ECU) AUTOSAR ก่อตั้งขึ้นในปี พ.ศ. 2546 โดยมีเป้าหมายเพื่อปรับปรุงความสามารถในการนำซอฟต์แวร์กลับมาใช้ใหม่ ความสามารถในการปรับลดขนาดที่เหมาะสม และการทำงานร่วมกันระหว่างผู้ผลิตและซัพพลายเออร์ยานยนต์ที่แตกต่างกัน

ปัจจุบันอุตสาหกรรมยานยนต์กำลังเผชิญกับความซับซ้อนที่เพิ่มมากขึ้นอันเนื่องมาจากความก้าวหน้าด้านพลังงานไฟฟ้า การขับขี่แบบอัตโนมัติ และยานยนต์เชื่อมต่อเข้ากับอินเทอร์เน็ต AUTOSAR จึงต้องรับมือกับความท้าทายเหล่านี้ ไม่ว่าจะเป็น การมีกรอบการทำงานที่ต้องประกอบไปด้วยโครงสร้างที่ช่วยลดความยุ่งยากในการพัฒนาซอฟต์แวร์ ลดต้นทุน และเร่งระยะเวลาในการนำผลิตภัณฑ์ออกสู่ตลาด

ประวัติและวิวัฒนาการของ AUTOSAR

AUTOSAR ก่อตั้งขึ้นในปี พ.ศ. 2546 โดยบริษัทผู้ผลิตยานยนต์รายใหญ่ ได้แก่ BMW, Bosch, Continental, Daimler, Ford, GM, PSA, Toyota และ Volkswagen โครงการริเริ่มนี้มุ่งเน้นการสร้างมาตรฐานสถาปัตยกรรมซอฟต์แวร์ เพื่อหลีกเลี่ยงการพัฒนาที่ซ้ำซ้อน และปรับปรุงการทำงานร่วมกันระหว่างผู้ผลิตอุปกรณ์ (OEM) และซัพพลายเออร์

ลำดับการพัฒนาการที่สำคัญของ AUTOSAR มีรายละเอียดดังนี้

• ปี ค.ศ. 2003 ก่อตั้งพันธมิตร AUTOSAR
• ปี ค.ศ. 2006 เปิดตัวข้อกำหนดเบื้องต้น (AUTOSAR 3.0)
• ปี ค.ศ. 2017 เปิดตัว Adaptive AUTOSAR สำหรับการประมวลผลประสิทธิภาพสูง (HPC) และยานยนต์เชื่อมต่ออินเทอร์เน็ต
• ประมาณทศวรรษ 2020 มีการขยายไปสู่การขับขี่อัตโนมัติ ความปลอดภัยทางไซเบอร์ และการอัปเดตผ่านระบบไร้สาย (OTA) จนในปัจจุบัน AUTOSAR ถือเป็นมาตรฐานโดยพฤตินัยในการพัฒนาซอฟต์แวร์ยานยนต์ โดยได้รับการนำไปใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่างๆ

ทำไมต้อง AUTOSAR ? มีความสำคัญอย่างไรในการพัฒนาซอฟต์แวร์ยานยนต์

รถยนต์สมัยใหม่มี ECU มากกว่า 100 ตัว ซึ่งแต่ละตัวทำงานด้วยซอฟต์แวร์ที่ซับซ้อนสำหรับฟังก์ชันต่างๆ เช่น การควบคุมเครื่องยนต์ ระบบบันเทิง Entertainment และ ADAS (Advanced Driver Assistance Systems: ระบบช่วยเหลือผู้ขับขี่ขั้นสูง) หากไม่มีมาตรฐานนี้ การจัดการระบบเหล่านี้จะไม่มีประสิทธิภาพ

ข้อดีของ AUTOSAR

•  การสร้างมาตรฐาน รับรองความเข้ากันได้ระหว่างผู้จำหน่ายที่หลากหลาย
•  การนำกลับมาใช้ใหม่ ลดขั้นตอนการพัฒนาที่ซ้ำซ้อน
• ความสามารถในการปรับขนาด รองรับการอัปเดตซอฟต์แวร์และฟีเจอร์ใหม่ๆ
• อิสระจากฮาร์ดแวร์ แยกซอฟต์แวร์ออกจากการเปลี่ยนแปลงฮาร์ดแวร์
• การบำรุงรักษาที่ดีขึ้น ลดความยุ่งยากในการดีบักและการอัปเดต

ภาพรวมสถาปัตยกรรม AUTOSAR

AUTOSAR ปฏิบัติตามสถาปัตยกรรมแบบหลายชั้น (multi-layers) เพื่อแยกส่วนประกอบซอฟต์แวร์ตามฟังก์ชันการทำงาน

1.  สถาปัตยกรรมแบบเลเยอร์

สแต็ก AUTOSAR ประกอบด้วยเลเยอร์หลักสามเลเยอร์ ได้แก่

• เลเยอร์แอปพลิเคชัน ประกอบด้วยส่วนประกอบซอฟต์แวร์ (SWC) สำหรับฟังก์ชันต่างๆ ของยานพาหนะ
• สภาพแวดล้อมรันไทม์ (RTE) จัดการการสื่อสารระหว่าง SWC
• ซอฟต์แวร์พื้นฐาน (BSW) จัดเตรียมการแยกส่วนฮาร์ดแวร์และการบริการ

2. ซอฟต์แวร์พื้นฐาน (BSW) BSW แบ่งออกเป็นหลายโมดูล 

• ชั้นไมโครคอนโทรลเลอร์ (MCAL) เชื่อมต่อกับฮาร์ดแวร์โดยตรง
• ชั้น ECU ให้การเข้าถึงอุปกรณ์ต่อพ่วงตามมาตรฐาน
• ชั้น Services ให้บริการระบบ เช่น การวินิจฉัย การจัดการหน่วยความจำ

3. สภาพแวดล้อมรันไทม์ (RTE) RTE ทำหน้าที่เป็นมิดเดิลแวร์ที่ช่วยให้การสื่อสารระหว่าง SWC เป็นไปได้โดยใช้แนวคิด Virtual Functional Bus (VFB)
4. ชั้นแอปพลิเคชัน ชั้นนี้ประกอบด้วยส่วนประกอบซอฟต์แวร์ (SWC) ที่ใช้ฟังก์ชันเฉพาะของยานพาหนะ เช่น การควบคุมเบรก การจัดการระบบส่งกำลัง

แนวคิดหลักของ AUTOSAR

1. การสร้างมาตรฐานและการนำกลับมาใช้ใหม่ AUTOSAR กำหนดอินเทอร์เฟซมาตรฐาน ซึ่งช่วยให้สามารถนำส่วนประกอบซอฟต์แวร์กลับมาใช้ซ้ำได้ใน ECU และรถยนต์รุ่นต่างๆ
2. ความเป็นโมดูลาร์และความสามารถในการปรับขนาด การออกแบบแบบโมดูลาร์ช่วยให้สามารถผสานรวมฟีเจอร์ใหม่ๆ ได้อย่างง่ายดายโดยไม่ต้องออกแบบใหม่
3. การแยกส่วนฮาร์ดแวร์ BSW ย่อส่วนการพึ่งพาฮาร์ดแวร์ ซึ่งช่วยให้ซอฟต์แวร์สามารถทำงานบนไมโครคอนโทรลเลอร์ที่แตกต่างกันได้
4. รูปแบบส่วนประกอบซอฟต์แวร์ SWC ประกอบด้วยฟังก์ชันการทำงานเฉพาะและสื่อสารผ่านพอร์ตที่กำหนดไว้อย่างชัดเจน
5. บัสฟังก์ชันเสมือน (VFB) VFB เป็นกรอบแนวคิดการสื่อสารที่ช่วยให้ SWC สามารถโต้ตอบกันได้โดยไม่ต้องรู้ตำแหน่งที่ตั้งทางกายภาพ

ขั้นตอนการทำงานและวิธีการของ AUTOSAR

• การกำหนดค่าระบบ กำหนดเครือข่ายรถยนต์โดยรวม รวมถึง ECU และบัสสื่อสาร (CAN, LIN, Ethernet)
• การกำหนดค่า ECU กำหนดค่า ECU แต่ละตัว รวมถึงโมดูล BSW และ SWC
• การสร้างและบูรณาการโค้ด เครื่องมือของ AUTOSAR เช่น Vector DaVinci, ETAS ISOLAR สร้างโค้ดจากไฟล์กำหนดค่า จากนั้นจึงคอมไพล์และแฟลชลงบน ECU

แพลตฟอร์ม AUTOSAR แบบปรับตัวเทียบกับแพลตฟอร์มแบบคลาสสิก

• AUTOSAR แบบคลาสสิก (CP) ออกแบบมาสำหรับระบบเรียลไทม์แบบฮาร์ด เช่น การควบคุมเครื่องยนต์ และใช้การกำหนดค่าแบบคงที่พร้อมการกำหนดเวลาแบบตายตัว
•  AUTOSAR แบบปรับตัว (AP) ออกแบบมาสำหรับการประมวลผลประสิทธิภาพสูง เช่น การขับขี่อัตโนมัติ และรองรับการอัปเดตซอฟต์แวร์แบบไดนามิกและระบบปฏิบัติการแบบ POSIX

สรุป

AUTOSAR คือรากฐานสำคัญของการพัฒนาซอฟต์แวร์ยานยนต์สมัยใหม่ ช่วยให้เกิดการสร้างมาตรฐาน การนำกลับมาใช้ใหม่ และความสามารถในการปรับขนาด เมื่อยานยนต์มีการกำหนดซอฟต์แวร์มากขึ้น AUTOSAR จะพัฒนาอย่างต่อเนื่องเพื่อรองรับเทคโนโลยียานยนต์ยุคใหม่ต่อไปในอนาคต