Autobauer wie BMW oder Stellantis arbeiten bereits mit ihnen in der SDV-Entwicklung: Cloud-basierte Frameworks. Welche Chancen SDV Cloud Frameworks für die Entwicklung von Fahrzeugsoftware bieten, zeigt Oleksandr Syvashenko von GlobalLogic auf.
Cloud Frameworks in der SDV-Entwicklung: der Weg zu einer schnelleren Markteinführung
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Derzeit beträgt der Veröffentlichungszyklus in der Entwicklung für Automotive-Software von der ersten Idee bis zur fertig entwickelten, getesteten und in das Fahrzeug implementierten Software etwa drei Jahre. Dieser Zyklus ist hauptsächlich mit der Einführung neuer Automodelle verbunden. Aktuell sind die OEMs nicht in der Lage, offene Software bereitzustellen, die nicht an ein bestimmtes Fahrzeugmodell gebunden ist. Jedoch könnte sich dies in der Zukunft ändern.
Zonale Architekturen, Modularität und SDV-Trends (Software Defined Vehicle) führen die Branche in eine Zukunft, in der die Wiederverwendung von Softwarekomponenten möglich ist. Obwohl die zunehmende Modularität komplexer zu handhaben ist, verkürzt sie die Zeit bis zur Markteinführung neuer Modelle und erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass sich die Driver-Experience verbessert, da sie häufiger aktualisiert wird. Die Anschaffungskosten für die Fahrzeugsoftware reduzieren sich.
Aktuell ist die Fahrzeugsoftware noch weitgehend mit der Hardware verknüpft, was zu Problemen führt. Es wäre jedoch effizienter, wenn die Software wiederverwendbar bleibt, unabhängig vom jeweiligen Fahrzeugmodell und dessen spezifischen Eigenschaften.
Entkopplung von Hardware und Software eröffnet Einsparpotenziale
Erschwerend kommt die Tatsache hinzu, dass die Kopplung von Software und Hardware aufgrund des begrenzten Siliziumangebots und des intensiven Wettbewerbs um diesen Rohstoff allmählich zu einem unerwünschten Kostenfaktor führt. Außerdem verschärfen die langen Lieferzeiten der Hardwarelieferanten dieses Problem. Diese Verzögerungen sorgen ebenfalls für erhöhte Kosten in der Forschung, Entwicklung und bei Fahrzeugtests.
Die Entkopplung von Software und Hardware ermöglicht die Durchführung von Softwaretests in der Cloud-Umgebung, ohne das gesamte Hardwaresystem zu benötigen. Spezifische Anwendungsfälle und Komponenten können einzeln simuliert werden, zum Beispiel das Testen einer Android-basierten HMI oder sicherheitskritischen Software auf adaptiven Plattformen. Damit entfällt die Notwendigkeit, auf die Lieferung physischer Hardware zu warten, wodurch dieser Zyklus umgangen und die Markteinführung neuer Softwarefunktionen und -aktualisierungen beschleunigt wird.
Die größere Unabhängigkeit von physischer Hardware vereinfacht den Softwareentwicklungsprozess. Entscheidend ist jedoch, die Software nach den Grundsätzen des Software-definierten Fahrzeugs (SDV) unter Verwendung geeigneter Abstraktionsebenen zu entwickeln. Dadurch lässt sich sicherstellen, dass dieselbe Software sowohl in virtuellen Umgebungen als auch in realen Hardwarezielen ausgeführt werden kann und sich dabei konsistent verhält. Dieser entkoppelte Ansatz bietet eine größere Flexibilität bei der Reaktion auf Änderungen bei den Zulieferern. Außerdem ermöglicht er eine effizientere Nutzung und Wiederverwendbarkeit von Software-Assets über verschiedene Fahrzeugmodelle und Produktlinien hinweg.
Um die potenziellen Kosteneinsparungen und Wettbewerbsvorteile eines softwaredefinierten Fahrzeugkonzepts zu erschließen, müssen die Automobilunternehmen viel Zeit und Ressourcen investieren. Alternativ können sie sich mit erfahrenen Unternehmen zusammenschließen, die ihr Fachwissen zur Verfügung stellen, um Unternehmen bei der Umstellung auf diese neue softwarezentrierte Realität mit weniger Unterbrechungen und weniger Aufwand zu unterstützen.
Kostenreduktion mit Cloud-Frameworks
Da die Softwareentwicklung zunehmend mehr Entwicklungskosten aufwirft und Arbeitskraft bindet, stellt sich die Frage nach Cloud Frameworks, die den Kostendruck reduzieren und mit denen sich die Ressourcen der Hersteller effizienter einsetzen lassen. Ein solches Framework könnte den Herstellern ein Toolkit bieten, das Tests auf verschiedenen Ebenen ermöglicht: ein Standalone-Tool für den Hersteller und ein Server-Tool für spezifische Anforderungen. Dadurch erhalten die Hersteller umfassende Testberichte bei weniger Aufwand pro Software-Testmuster und können die Markteinführung schneller voranbringen. In der Praxis verlangsamt die enge Verknüpfung des Entwicklungszyklus mit der Hardware häufig noch die Markteinführung.
Denn die Entwicklung und Tests auf der Hardware-Ebene sind oft problematisch, da die Hardware nicht für die Integration in CI/CD-Systeme konzipiert (begrenzte Menge führt meist zu Verzögerungen) und fehleranfällig ist. Hier kommt die Virtualisierung über Cloud-Frameworks ins Spiel, die eine Schlüsselrolle bei der Erstellung digitaler Zwillinge einnimmt. Per Virtualisierung können Hardware-Anbieter beginnen, digitale Kopien ihrer Hardware in der Cloud zu entwickeln, um Tests schneller durchführen zu können.
Bei Verzögerungen in der Hardwarelieferung kann eine digitale Kopie des Systems erstellt und leicht verteilt werden, wodurch die Notwendigkeit der physischen Herstellung zwar nicht entfällt. Dadurch sorgen Cloud-Frameworks für eine bessere und fehlerresistentere Entwicklungsumgebung, die gleichbedeutend ist mit einer höheren Zeitersparnis bei der Dauer bis zur Markteinführung. Denn die Virtualisierung in der Cloud gestattet die Durchführung von Tests auf stabilen Cloud-Servern anstelle von Entwicklungs-HW-Mustern.
Digitale Zwillinge ermöglichen eine effektivere Teststrategie
Digitale Zwillinge sind ein wichtiger Teil des Cloud-Frameworks in der SDV-Entwicklung. Die Idee von SDV-Software der nächsten Generation besteht darin, sie modular zu gestalten. Aktuell sind viele Plattformen monolithisch, was das Testen erschwert, was den Feedbackkreislauf extrem verlängert.
Testläufe sind in der Regel zeitaufwändig und führen oft zu fehlerhaften Ergebnissen. Ein modularer Software-Aufbau könnte dagegen schneller Ergebnisse aus Tests gewinnen. Dies würde die Behebung von Problemen erleichtern. Dank des Cloud-Frameworks können Entwickler und Hersteller die für sie relevanten Tests auswählen und sie auf das gewünschte Element des Systems anwenden, ohne das gesamte System testen und prüfen zu müssen. Bislang bestand eine gängige Teststrategie aus drei Stufen: Komponententests, Integrationstest und Softwarequalifizierung.
Zunächst werden kleinste Einheiten der Anwendung in einer spezifischen Laufzeitumgebung getestet. Im Integrationstest werden alle Abhängigkeiten einer Anwendung ausgeführt, um die Systembedingungen zu simulieren und die Integration der Komponente zu prüfen.
Schließlich werden im Systemtest alle Anwendungen und ihre Abhängigkeiten ausgeführt, um das gesamte System zu emulieren und zu überprüfen, ob die Zusammensetzung der Softwarekomponenten auf der simulierten Plattform wie erwartet funktioniert. Leistungs- und Ausdauertests sind jedoch weiterhin nur auf der realen Hardware im HIL-Verfahren möglich.
Einheitliche Entwicklungsumgebung beschleunigt Prozesse
Auch hier sollte das Ziel sein, mittels Cloud-Framework den Entwicklungszyklus zu optimieren, um die Zeitspanne bis zur Markteinführung zu verringern. Eine einheitliche Entwicklungsumgebung in der Cloud als Teil einer wirksamen Strategie des Konfigurationsmanagement verkürzt die Onboarding-Zeit, erleichtert die Software-Zertifizierung und hilft zudem, Fehler in der Entwicklung zu vermeiden. Ein effektiver Build-Prozess in der Cloud verbindet alle Repositories mit den richtigen Build-Machines und vergleicht visuell verschiedene Builds der Software.
Abschließend sollte ein weiterer Fokus des Cloud-Frameworks auf einem effektiven Release-Management liegen. Ohne eine angemessene Integrations- und Verzweigungsstrategie ergeben sich ansonsten Probleme während des Release-Managements. Das Framework erlaubt jedoch die effiziente Einführung von Anpassungen wie Bugfixes und Hotfixes, da sich im Framework sämtliche Versionen der Fahrzeugsoftware testen lassen und der Status aller Versionen sichtbar wird. Neben dem Schwerpunkt in der Entwicklung erleichtern Cloud-Frameworks somit die Einrichtung des Release Managements als letzten Schritt vor der Markteinführung.