Einsatz von Android als Plattform im Fahrzeug: Möglichkeiten und Herausforderungen

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1 Einsatz von Android als Plattform im Fahrzeug: Möglichkeiten und Herausforderungen Michael Uelschen, Ralph Rakers Hochschule Osnabrück 17. VDE/ITG Fachtagung Mobilkommunikation Mai 2012, Osnabrück

2 Übersicht _ Einleitung _ Innovationszyklendilemma _ Unser Ansatz _ Ladeapplikation für Elektrofahrzeuge * _ Ergebnisse _ Zusammenfassung _ Diskussion * Unterstützt durch Lemförder Electronic GmbH, Espelkamp (ZF) Mobilfunktagung A Android for Automotive Uelschen, Rakers 2

3 Android im Fahrzeug EINLEITUNG Mobilfunktagung A Android for Automotive Uelschen, Rakers 3

4 Verteiltes System _ Ein modernes Fahrzeug der Oberklasse integriert bis zu 100 einzelne Steuergeräte. _ Abhängig von der Anwendung werden verschiedene Netzwerke mit unterschiedlichen physikalischen Schichten und Protokollen eingesetzt. _ Das Controller Area Network ist das zentrale Netzwerk und verbindet Antriebsstrang, Motor, Fahrerinformation etc. miteinander. Mobilfunktagung A Android for Automotive Uelschen, Rakers 4

5 Controller Area Network (CAN) _ Entwicklung durch BOSCH und Intel ab _ Die wesentlichen Entwicklungsziele: Hohe Zuverlässigkeit Geringe Stückkosten _ Ereignisbasierte Kommunikation mit kurzen Nachrichten (130 bits) und hoher Bandbreite (bis zu 1 Mbit/s). _ CSMA/CD-Verfahren zur Realisierung von Echtzeitanforderungen. Mobilfunktagung A Android for Automotive Uelschen, Rakers 5

6 CAN Message (Data Frame) SOF Ident RTR IDE r. DLC Data Field CRC ACK EOF Nachrichtentyp Länge der Daten und Nutzdaten _ Nachrichten wird von allen Knoten gelesen (kein Adressfeld). _ Größe des Datenfeldes abhängig von den Daten. Mobilfunktagung A Android for Automotive Uelschen, Rakers 6

7 Android im Fahrzeug INNOVATIONSZYKLENDILEMMA Mobilfunktagung A Android for Automotive Uelschen, Rakers 7

8 Innovationszyklen -- Beispiele 1. CAN Bus: 10 Jahre Entwicklung durch BOSCH beginnt 1983 Einführung in die Mercedes S-Klasse 1991 Einführung in unteres Mittelklasse-Segment Apple ipod: 1 Jahr Eingeführt te Generation vorgestellt 2005 Innovationszyklen geringer als 1 Jahr 3. Mobiltelefone: < 1 Jahr Neue Geräte alle 6 Monate oder weniger Mobilfunktagung A Android for Automotive Uelschen, Rakers 8

9 Android im Fahrzeug Consumer Electronics Beispiel 3 Monate später Mobilfunktagung A Android for Automotive Uelschen, Rakers 9

10 Android im Fahrzeug Consumer vs. Automotive Domäne Consumer Electronics Domäne Schnelllebige Technologien Kurze Lebenszyklen Hohe Anforderungen an Performance Flexibilität Große Stückzahlen/Geringe Kosten Treiber: IT, Telekom und CE Neue Anwendungen Anforderungen an Performance stetig wachsend Offenes, flexibles System _ Automotive Domäne Fahrzeugspezif. Technologien Lange Lebenszyklen Hohe Anforderungen an Qualität Zuverlässigkeit Geringe Stückzahlen Treiber: Automobilindustrie Statische Konfiguration Skalierbarkeit über Segmente Einfache Bedienbarkeit _ Zuverlässiges System Mobilfunktagung A Android for Automotive Uelschen, Rakers 10

11 Android im Fahrzeug UNSER ANSATZ Mobilfunktagung A Android for Automotive Uelschen, Rakers 11

12 Linux im Fahrzeug? _ Bisher Linux nicht im Fahrzeug eingesetzt: Entwicklungsmodell: Community-basiert Lizenzmodell: Open Source (z.b. GPL) Patentsituation: Rechteinhaber _ Es gibt inzwischen einige Änderungen: GENIVI Initiative zur Entwicklung Linux im Auto MeeGo/Tizen Plattform für Fahrerinformation _ Unser Ansatz: Android-basiertes Linux-System Mobilfunktagung A Android for Automotive Uelschen, Rakers 12

13 Unsere Idee _ Android ist nicht nur eine Technologie, sondern bietet ein komplettes Eco-System (z.b. Google Play). _ Integration einer Android-basierten Head-Unit in ein automotives Netzwerk (CAN). _ Nachweis der Interaktion mit automotiven Entwicklungswerkzeugen (hier: CANoe). _ App-Entwicklung: Steuerung und Visualisierung des Ladevorgangs für Elektrofahrzeuge. Mobilfunktagung A Android for Automotive Uelschen, Rakers 13

14 Android im Fahrzeug Hardware Plattform _ Freescale i.mx51 EVK _ Cortex MHz _ 512 MB DDR2 _ 7 WVGA Touchscreen _ Standard-Schnittstellen: USB, Ethernet, SD, _ Keine automotiven Schnittstellen auf dem Eval-Board integriert. _ Android Patches durch Freescale. Mobilfunktagung A Android for Automotive Uelschen, Rakers 14

15 Android im Fahrzeug CAN Interface _ PEAK System PCAN _ CAN-to-USB Adapter _ USB 1.1 (2.0) _ CAN Spezifikation 2.0A/B _ Linux-Treiber (GPL) verfügbar für Kernel Mobilfunktagung A Android for Automotive Uelschen, Rakers 15

16 Socket-CAN _ CAN Implementierung für Linux-Kernel Projekt der Volkswagen Forschung Offizieller Bestandteil seit Kernel Konfiguration über make menuconfig _ BSD-Sockets API socket(), bind(), read(), write(), close() _ CAN-Frame definiert in <linux/can.h> struct can_frame ping; ping.can_id = 0x123; ping.can_dlc = 1; ping.data[0] = 0xFF; Mobilfunktagung A Android for Automotive Uelschen, Rakers 16

17 Native CANComLib Implementierung _ Shared library CANComLib (~ 200 LOC) kapselt die Socket-Aufrufe wie socket(), bind(), read(), write(), close() _ Bereitstellung einer einfachen Schnittstelle zum Senden und Empfangen von CAN-Nachrichten: int initialize(); struct can_frame receive_can(struct can_filter filter); void send_can(struct can_frame sendframe); int terminate(); _ Android Applikationen verwenden die native Bibliothek durch das Android NDK. Mobilfunktagung A Android for Automotive Uelschen, Rakers 17

18 Software Komponenten Application Layer Java Bestandteile im Projekt emobility Lade-Applikation Android Runtime Environment DVM (Dalvik Virtual Machine) JNI (Java Native Interface) CANComLib - Shared Library Send/Receive CAN messages Linux-Kernel Network Interfaces - SocketCAN (z.b. can0, vcan0) C/C++ Mobilfunktagung A Android for Automotive Uelschen, Rakers 18

19 Android im Fahrzeug LADEAPPLIKATION FÜR ELEKTROFAHRZEUGE Mobilfunktagung A Android for Automotive Uelschen, Rakers 19

20 Vehicle-to-Grid Kommunikation _ Die Kommunikation zwischen Elektrofahrzeug und Ladesäule ist definiert durch ISO61851 und ISO _ Unterschiedliche Dienste sind definiert Batterie Laden Internet Zugang Benutzerdefinierte Dienste _ App zur Initialisierung, Steuerung und Visualisierung des Ladevorgangs basierend ISO Standards. Mobilfunktagung A Android for Automotive Uelschen, Rakers 20

21 Android im Fahrzeug System Übersicht (Entwicklung) Elektrofahrzeug Touch Screen Head- Unit USB Peak-Box CAN-Netzwerk Lade- ECU Powerline Communication (PLC) PC Freescale i.mx51 CANcaseXL USB PC Restbussimulation mit CANoe Mobilfunktagung A Android for Automotive Uelschen, Rakers 21

22 System Übersicht (Komponenten) Mobilfunktagung A Android for Automotive Uelschen, Rakers 22

23 System Übersicht (Bus Simulation) Mobilfunktagung A Android for Automotive Uelschen, Rakers 23

24 Android im Fahrzeug ERGEBNISSE Mobilfunktagung A Android for Automotive Uelschen, Rakers 24

25 Android im Fahrzeug Zustandsdiagramm UI -- Willkommen m Zustandsmaschine Initial Lade-Applikation starten Start Unbekannte Ladesäule angeschlossen Dienst Authentifizierung Ladeparameter Ladetarife Ladeparameter eingegeben Laden Ladevorgang manuell beendet Ladeziel erreicht Ladeziel erreicht Lade-Applikation beendet Final Mobilfunktagung A Android for Automotive Uelschen, Rakers 25

26 m Zustandsmaschine Android im Fahrzeug Zustandsdiagramm UI -- Parameter Initial Lade-Applikation starten Start Unbekannte Ladesäule angeschlossen Dienst Authentifizierung Ladeparameter Ladetarife Ladeparameter eingegeben Laden Ladevorgang manuell beendet Ladeziel erreicht Ladeziel erreicht Lade-Applikation beendet Final Mobilfunktagung A Android for Automotive Uelschen, Rakers 26

27 Android im Fahrzeug Zustandsdiagramm UI -- Laden m Zustandsmaschine Initial Lade-Applikation starten Start Unbekannte Ladesäule angeschlossen Dienst Authentifizierung Ladeparameter Ladetarife Ladeparameter eingegeben Laden Ladevorgang manuell beendet Ladeziel erreicht Ladeziel erreicht Lade-Applikation beendet Final Mobilfunktagung A Android for Automotive Uelschen, Rakers 27

28 Android im Fahrzeug Zustandsdiagramm UI Laden beendet m Zustandsmaschine Initial Lade-Applikation starten Start Unbekannte Ladesäule angeschlossen Dienst Authentifizierung Ladeparameter Ladetarife Ladeparameter eingegeben Laden Ladevorgang manuell beendet Ladeziel erreicht Ladeziel erreicht Lade-Applikation beendet Final Mobilfunktagung A Android for Automotive Uelschen, Rakers 28

29 Android im Fahrzeug ZUSAMMENFASSUNG Mobilfunktagung A Android for Automotive Uelschen, Rakers 29

30 Zusammenfassung _ Android-System integriert in die Kommunikation in einem CAN-Netzwerk im Fahrzeug. _ Ansatz lässt sich übertragen in andere Bereiche, in denen CAN benutzt wird (z.b. Automatisierung). _ Produktentwicklung erfordert eine höhere Integration der Komponenten (insb. CAN Controller). Mobilfunktagung A Android for Automotive Uelschen, Rakers 30

31 Ausblick _ Einheitliche Fahrzeug-API erforderlich, um Android Apps herstellerübergreifend entwickeln zu können. _ Anpassung der Bedienschnittstelle an automotive Gegebenheiten, insb. Spracheingabe und Drehdrück-Steller. _ Entkoppelung der unterschiedlichen Anforderungen und Innovationszyklen durch Multicore und/oder Virtualisierung. Mobilfunktagung A Android for Automotive Uelschen, Rakers 31

32 Weiteres _ Anzeige und Steuerung eines [Android-] Smartphones lässt sich in Fahrerinformationssystem einbinden (Mirrorlink, RealVNC, Touch Life von Toyota). _ Renault hat angekündigt, integriertes Android-System anzubieten (R-Link) mit einem geschützten App-Store (50 Apps). Mobilfunktagung A Android for Automotive Uelschen, Rakers 32

33 Diskussion _ Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Mobilfunktagung A Android for Automotive Uelschen, Rakers 33

34 Kontaktinformation Prof. Dr.-Ing. Michael Uelschen Hochschule Osnabrück Fakultät Ingenieurwissenschaften und Informatik Laborbereich Technische Informatik Barbarastraße 16, Osnabrück Postalische Adresse: Postfach 1940, Osnabrück Tel.: +49 (0)541 / Raum: SI0212 Mobilfunktagung A Android for Automotive Uelschen, Rakers 34

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