Šajā emuāra ierakstā mēs aplūkosim, kā automašīnas — kādreiz tīri mehāniskas ierīces — ir kļuvušas elektroniskas un inteliģentas, pateicoties iegulto sistēmu un programmatūras integrācijai, un kā tās, sākot ar 2026. gadu, attīstās par programmatūras definētiem transportlīdzekļiem.
Automašīnas pamatfunkcijas ir kustība uz priekšu, nospiežot akseleratora pedāli, virziena maiņa, pagriežot stūri, un apstāšanās, nospiežot bremzi. Raugoties uz pagātnes automašīnām, lielāko daļu funkciju veica fiziskas mehāniskas ierīces: nospiežot pedāli, tika iedarbināts dzinējs, pagriežot stūri, mainījās riteņu griešanās virziens, un, nospiežot bremzi, riteņi tika apturēti berzes dēļ. Tomēr tagad automašīnas attīstās no vienkāršām mehāniskām ierīcēm uz mašīnām, kas apvieno sarežģītas elektroniskas sistēmas un programmatūru. Mūsdienu automašīnas palīdz uzturēt nemainīgu distanci no priekšā braucošā transportlīdzekļa braukšanas laikā, palīdz novietot automašīnu un izmanto dažādus sensorus, lai uzraudzītu apkārtējo vidi un transportlīdzekļa stāvokli, sniedzot informāciju vadītājam vai kontrolējot transportlīdzekļa kustību. Viens no galvenajiem elementiem, kas nodrošina šīs funkcijas, ir automašīnā uzstādītā iegultā sistēma.
Iegultā sistēma ir datorsistēma, kas paredzēta ierobežotu funkciju veikšanai konkrētam mērķim. Tipisks personālais dators (PC) var veikt dažādas funkcijas, instalējot dažādas programmas. Ja instalējat tekstapstrādes programmu, varat to izmantot dokumentu izveidei; ja instalējat spēli, varat to izmantot kā spēļu konsoli. Turpretī dators, kas iegults iegultā sistēmā, ir vērsts uz konkrētas ierīces vai sistēmas nepieciešamo funkciju veikšanu. Jūs varētu domāt, ka jo vairāk funkciju ir datoram, jo labāk, bet ņemsim par piemēru ledusskapi. Lai gan mūsdienu ledusskapjos tiek izmantoti datori, nav nepieciešams darbināt tekstapstrādes programmu vai spēlēt augstas veiktspējas spēles ledusskapī iebūvētajā datorā. Samazinot nevajadzīgās funkcijas un koncentrējoties uz nepieciešamajām, var samazināt ierīces izmēru un enerģijas patēriņu, un tā var droši un efektīvi veikt tai paredzētās funkcijas. Elektroniskie komponenti, piemēram, iegultās datoru mikroshēmas, veido iegultās sistēmas aparatūru, savukārt dažādās uz tām darbojošās programmas veido programmatūru.
Kāpēc automašīnas sāka aprīkot ar datoriem? Tas ir tāpēc, ka automašīnas tiek aprīkotas ar arvien vairāk elektroniskām ierīcēm, un vienlaikus ir nepieciešamas sarežģītākas un inteliģentākas vadības sistēmas. Arī automašīnās izmantotajiem datoriem ir nepieciešamas sistēmas, kas specializētas konkrētām lomām, atšķirībā no universālajiem personālajiem datoriem. Tas ir tāpēc, ka automašīnas veicamās funkcijas nav bezgalīgi paplašināmas, piemēram, teksta redaktora vai videospēles funkcijas; drīzāk tās galvenokārt ir definētas, ņemot vērā braukšanas, drošības un ērtības funkcijas. Automašīnā ir ļoti svarīgi precīzi izmērīt informāciju, piemēram, transportlīdzekļa ātrumu, dzinēja vai elektromotora stāvokli, akumulatora un degvielas līmeni, kā arī apkārtējo vidi, un atbilstoši vadīt transportlīdzekli, pamatojoties uz šo informāciju. Tāpēc ir izdevīgāk izmantot iegultās sistēmas, kas īpaši izstrādātas automašīnas vajadzībām un videi, nevis universālos datorus.
Automobiļu iegultās sistēmas var iedalīt vairākās jomās, pamatojoties uz to funkcijām, tostarp šasiju, spēka pārvadu, virsbūvi un multimediju. Šasijas jomā funkcijas, kas saistītas ar transportlīdzekļa kustību, piemēram, bremzēšanu, stūrēšanu un piekari, tiek kontrolētas, pamatojoties uz dažādiem datiem, tostarp transportlīdzekļa ātrumu un attālumu līdz apkārtējiem transportlīdzekļiem. Spēka pārvada jomā šīs funkcijas kontrolē jaudas ģenerēšanu un pārvadi, ņemot vērā šo informāciju, kā arī dzinēja, transmisijas un akumulatora stāvokli. Virsbūves joma pārvalda funkcijas, kas saistītas ar vadītāja un pasažieru ērtībām un drošību, piemēram, sēdekļus, instrumentu paneli, apgaismojumu un durvis, savukārt multimediju joma apstrādā navigāciju, telemātiku, audio un video, kā arī dažādas transportlīdzekļa informācijas un komunikācijas funkcijas. Mūsdienās arvien svarīgākas kļūst programmatūras funkcijas, piemēram, vadītāja palīdzības sistēmas, braukšanas automatizācija, transportlīdzekļu tīkli un savienojamība.
Katra no šīm sistēmām apkopo nepieciešamo informāciju no sensoriem un citām elektroniskām vadības ierīcēm (ECU), apstrādā šo informāciju un atbilstoši reaģē uz situāciju. Lai gan pagātnes automašīnas bija vairāk kā mašīnas, kas pārvietojās, pamatojoties uz lietotāja tiešu ievadi, automašīnas, kas aprīkotas ar iegultām sistēmām, ir attīstījušās par aktīvām sistēmām, kas spēj veikt noteiktas funkcijas, pamatojoties uz transportlīdzekļa stāvokli un apkārtējo vidi, pat bez lietotāja tiešu spriedumu izdarīšanas vai to darbināšanas. Protams, nebūtu pilnīgi precīzi šādus transportlīdzekļus nekavējoties apzīmēt kā mākslīgā intelekta sistēmas tādā pašā nozīmē kā cilvēka intelektu; tomēr tiem nepārprotami piemīt atšķirīgas īpašības no pagātnes mehāniskajiem transportlīdzekļiem, jo tie izmanto sensorus un datorus, lai novērtētu situācijas un kontrolētu transportlīdzekļa funkcijas, pamatojoties uz šiem novērtējumiem.
Lai automašīna šādā veidā darbotos “gudri”, iegultās sistēmas programmatūrai ir jābūt ieviestai stabili un sarežģīti. Automobiļu programmatūra nav vienkārši viena programma; drīzāk tā ir strukturēta vairākos slāņos, lai tā varētu kontrolēt aparatūru, nodrošināt dažādu programmatūras komponentu savstarpēju saziņu un veikt lietojumprogrammu funkcijas. Agrāk to varēja izskaidrot ar iegultām operētājsistēmām, iegultu starpprogrammatūru un iegultu lietojumprogrammatūru. Operētājsistēma nodrošina pamata izpildes vidi, kas ļauj lietojumprogrammām darboties aparatūrā; starpprogrammatūra abstrahē atšķirības starp lietojumprogrammām, operētājsistēmu un aparatūru vai nodrošina nepieciešamos pakalpojumus; un lietojumprogrammatūra veic funkcijas, kas nepieciešamas faktiskajā transportlīdzeklī. AUTOSAR, viens no mūsdienu vadošajiem automobiļu programmatūras standartiem, ir attīstījies arī, sadalot programmatūru vairākos slāņos un komponentos, lai samazinātu atkarības starp aparatūru un lietojumprogrammatūru un uzlabotu programmatūras atkārtotu lietojamību un sadarbspēju.
Starp tām iegultā operētājsistēma un izpildes vide kalpo kā kritisks pamats automobiļu programmatūras stabilai darbībai. Operētājsistēmu var raksturot kā izpildes laika vides veidu, kas pārvalda resursus, kas nepieciešami, lai programmas, kuras tieši izpilda lietotājs, vai dažādas transportlīdzekļa vadības programmatūras funkcionētu. Šo koncepciju ir viegli saprast, ja iedomājaties sporta laukumu. Ja laukums ir sadalīts sekcijās dažādām aktivitātēm, piemēram, basketbolam, futbolam un skriešanai, un tiek pārvaldīts tā, lai vairāki cilvēki varētu izmantot nepieciešamo laiku un telpu, vienlaikus vingrojot, katra aktivitāte var noritēt efektīvi, netraucējot viena otrai. Līdzīgi tipiska operētājsistēma pārvalda vairākas programmas, lai tās nekonfliktētu viena ar otru, efektīvi izmantotu sistēmas resursus un darbotos stabili.
Automobiļu iegulto sistēmu programmatūrai ir nepieciešamas atšķirīgas īpašības nekā programmām, kas darbojas vispārējas nozīmes datoros. Jo īpaši, transportlīdzekļa kustības laikā bieži rodas situācijas, kad steidzama vai kritiska informācija ir jāapstrādā noteiktā laika posmā. Tāpēc automobiļu sistēmās izšķiroša nozīme ir reāllaika operētājsistēmas (RTOS) īpašībām, kas var apstrādāt konkrētus uzdevumus ierobežotā laikā, un sistēmai ir jāspēj pareizi apstrādāt ievades datus no dažādiem sensoriem un vadības ierīcēm. Tas ir tāpēc, ka, ja informācija par ātrumu, stūrēšanu, bremzēšanu un transportlīdzekļa stāvokli netiek apstrādāta atbilstošā laikā, sekas var pārsniegt vienkāršas programmas kļūdas un tieši ietekmēt transportlīdzekļa drošību. AUTOSAR, automobiļu programmatūras standarts, nodrošina programmatūras arhitektūru, kas ņem vērā reāllaika veiktspēju un drošību, pamatojoties uz transportlīdzekļa funkcijām un prasībām; Classic Platform jo īpaši tiek izmantota iegultajām sistēmām ar stingriem reāllaika un drošības ierobežojumiem.
Izmantojot šīs īpašības, iegulto operētājsistēmu un programmatūras izstrāde automašīnām ir kļuvusi par kritisku jomu, kas tieši ietekmē transportlīdzekļu veiktspēju un drošību. Ja agrāk transportlīdzekļa galveno konkurētspēju lielā mērā noteica mehāniskā veiktspēja, piemēram, dzinēja, transmisijas un virsbūves, elektroniskās vadības bloki, programmatūra, transportlīdzekļu tīkli, sensori un skaitļošanas platformas tagad ir kļuvušas par galvenajiem konkurences faktoriem. AUTOSAR, vadošais automobiļu programmatūras standarts, kopš 2003. gada tiek izstrādāts lielu uzņēmumu autobūves un programmatūras nozarēs, lai izveidotu atvērtu standartu automobiļu elektriskajai un elektroniskajai (E/E) arhitektūrai. Pašlaik tā piedāvā ne tikai klasisko platformu, kas paredzēta mikrokontrolleru reāllaika vadībai un drošības prasībām, bet arī adaptīvo platformu tādām lietojumprogrammām kā augstas veiktspējas skaitļošanas ECU un autonomā braukšana.
Jo īpaši, tā kā autobūves nozare turpina ieviest programmatūru, autobūves programmatūras loma ir ievērojami palielinājusies nekā iepriekš. Lai gan agrāk tipiskā struktūra ietvēra vairākus vadības blokus (ECU), kas atbildēja par konkrētām funkcijām un darbojās relatīvi neatkarīgi, automobiļu elektriskās un elektroniskās arhitektūras tagad attīstās, integrējot vairākas funkcijas un izmantojot augstas veiktspējas skaitļošanas resursus. Līdz ar to autobūves programmatūra attīstās tālāk par vienkārši vadības programmām, kas piesaistītas konkrētai aparatūrai; arvien svarīgāka kļūst struktūra, kurā dažādi programmatūras komponenti sazinās viens ar otru un var nepārtraukti paplašināties un pārvaldīt transportlīdzekļa funkcijas. AUTOSAR līdztekus klasiskajai platformai izstrādā arī adaptīvo platformu augstas veiktspējas vadības blokiem un nesen ir attīstījis izpildāmās platformas un saistītās tehnoloģijas, lai atbalstītu programmatūras definētus transportlīdzekļus (SDV).
Tāpat kā Google Android un Apple iOS ir konkurējušas viedtālruņu tirgū, kura centrā ir operētājsistēmas, arī autobūves nozarē pieaug programmatūras un operētājsistēmu platformu nozīme. Tomēr atšķirībā no viedtālruņiem, automašīnas nav produkti, kas sastāv tikai no programmatūras. Transportlīdzekļos programmatūrai ir jādarbojas kopā ar dažādiem sensoriem, izpildmehānismiem, elektroniskajām vadības blokiem (ECU), transportlīdzekļu tīkliem un elektrisko un elektronisko aparatūru, un drošības un uzticamības prasības ir ārkārtīgi augstas. Tāpēc spēja projektēt un integrēt aparatūru un programmatūru ir ļoti svarīga autobūves nozarē. AUTOSAR — standartizētas saskarnes, kas samazina atkarību starp lietojumprogrammām, aparatūru un ECU, vienlaikus palielinot programmatūras atkārtotas lietojamības iespējas, — izstrāde ir tieši saistīta ar šīm prasībām.
Ņemot vērā, ka Dienvidkorejas autobūves un elektronikas/IT nozares ir attīstījušās līdztekus, valsts, visticamāk, iegūs ievērojamas konkurences priekšrocības automobiļu iegulto sistēmu jomā. Automašīnām attīstoties no vienkāršām mašīnām par sistēmām, kas apvieno elektroniskas ierīces un programmatūru, arvien svarīgāka kļūst dažādu tehnoloģiju konverģence, tostarp ne tikai automobiļu ražošana, bet arī pusvadītāji, sensori, komunikācijas, operētājsistēmas, programmatūras platformas un mākslīgais intelekts. Jo īpaši, automašīnām attīstoties par programmatūras definētiem transportlīdzekļiem, spēja ieviest un pārvaldīt transportlīdzekļu funkcijas, izmantojot programmatūru, kļūst par vienu no galvenajiem faktoriem, kas nosaka konkurētspēju autobūves nozarē. Tādēļ, ja Dienvidkorejas autobūves uzņēmumi un elektronikas un IT firmas turpinās veidot tehniskās iespējas automobiļu programmatūras un iegulto sistēmu jomā, tās varēs demonstrēt jaunas konkurences priekšrocības pasaules autobūves tirgū.
Ja agrāk automašīna bija sarežģīta mašīna, ko galvenokārt darbināja dzinējs un mehāniskas detaļas, tagad tā vairāk līdzinās masīvai datorsistēmai, kurā daudzi sensori, elektroniskas vadības ierīces, sakaru sistēmas, skaitļošanas ierīces un programmatūra ir savstarpēji savienoti un darbojas kopā. Faktiski AUTOSAR pašlaik standartizē dažādas automobiļu programmatūras jomas, tostarp komunikāciju, izpildes vidi, diagnostiku, aparatūras atbalstu, programmatūras atjauninājumus, drošības, aizsardzības un krātuves funkcijas, savukārt adaptīvā platforma attīstās, lai risinātu jomas, kurās nepieciešama augstas veiktspējas skaitļošana, piemēram, autonomā braukšana.
Galu galā apgalvojums, ka “automašīna ir kļuvusi par datoru”, nenozīmē tikai to, ka transportlīdzeklī ir uzstādīts viens dators. Tas ir tuvāks idejai, ka, pieaugot programmatūras lomai, kas kontrolē transportlīdzekļa dažādās funkcijas un apstrādā informāciju, pats automobilis pārtop par milzīgu elektronisku un programmatūras sistēmu. Lai izprastu automobiļu nākotnes evolūciju, ir jāizpēta ne tikai mehāniskās tehnoloģijas, piemēram, dzinēji un transportlīdzekļu virsbūves, bet arī tādas tehnoloģijas kā iegultās sistēmas, operētājsistēmas, programmatūras platformas, sensori, transportlīdzekļu tīkli un mākslīgais intelekts. Automašīnas vairs nav tikai mašīnas, kas nogādā cilvēkus uz vēlamajiem galamērķiem; tās attīstās par inteliģentām mobilitātes sistēmām, kas uztver apkārtni, apstrādā datus un īsteno dažādas funkcijas, izmantojot programmatūru.
