Embedded World 2020

••• 12••• Branchennews Sicher auf der Straße Safety und Security in Zeiten autonomer Fahrzeuge E mbedded-Systeme überneh- men zunehmend komplexe Steuerungsaufgaben, die bislang dem Menschen vorbehalten wa- ren. Das Thema Künstliche Intel- ligenz in Embedded-Systemen – ob Mikrocontroller, FPGA oder dedizierte Hardware – nimmt im Automobilbereich beeindruckend schnell an Fahrt auf, während gleichzeitig Connectivity und Cloud Services wesentliche Technologien für die Verarbeitung der dabei an- fallenden Datenmengen bilden. Was bedeutet das für die Entwick- lung? Da bei einer Fehlfunktion dieser Systeme Menschenleben gefährdet werden können, müs- sen sie unter Berücksichtigung der entsprechenden Sicherheits- normen entwickelt werden. Während Normen wie die ISO 26262 oder IEC 61508 für die ver- gleichsweise „einfache“ Welt von Antiblockiersystem, elektro- nischem Spurhalteassistent und Ähnlichem durchaus gute Vor- gehensweisen beschreiben, an denen sich ein Entwickler orien- tieren kann, bringen die zukünf- tigen komplexen Algorithmen neue Herausforderungen mit sich. Grundmuster, wie etwa die Forde- rung nach Redundanz, haben oh- ne Zweifel nach wie vor ihre Be- rechtigung, aber wie weist man beispielsweise die ausreichende Qualifikation eines selbstlernen- den Systems nach, das sich je nach „Lernkurve“ anders verhal- ten wird? Aufgrund der deutlich höheren Komplexität und Dyna- mik von intelligenten Embedded- Systemen wird man sich über neue Methoden und Strategien in der Entwicklung und Qualifikation Gedanken machen müssen. Eine noch größere Herausforde- rung ist der Bereich Informati- onssicherheit oder Security. Im- mer mehr eingebettete Systeme haben eine Schnittstelle in die Cloud. Gerade bei komplexen Sys- temen sind diese Schnittstellen unbedingt notwendig, damit bei einem Fehler schnell ein Update eingespielt werden kann bezie- hungsweise zunehmend auch re- chenintensive Dienste zur Fahrt- zeit angeboten werden können. Es ist zu erwarten, dass solche Over-the-air-Dienste bei zukünfti- gen intelligenten Systemen noch stärker an Bedeutung gewinnen werden. Gleichzeitig bieten die- se Schnittstellen eine mögliche Angriffsfläche für Hacker, die im Worst-case-Fall darüber komplet- te Flotten manipulieren können. Besonders kritisch wird es, wenn über eine solche Schnittstelle si- cherheitskritische Funktionen wie Lenkung, Motor oder Bremse manipuliert werden können. Das bedeutet, dass der Informations- sicherheit in Zukunft ein deutlich höherer Stellenwert eingeräumt werden muss und Security eine wesentliche Architekturanforde- rung von Beginn an sein wird. Ei- ne spannende Frage ist in diesem Zusammenhang auch das Thema „post quantum Security“. Auch wenn aktuell noch niemand vor- hersagen kann, ob und wann ein erster Quantencomputer real ver- fügbar sein wird, kann mit einer solchen Technologie die Informa- tionssicherheit und damit auch die funktionale Sicherheit von Fahrzeugflotten massiv gefähr- det werden. Es ist nicht unwahr- scheinlich, dass aktuelle Fahrzeu- ge solche Angriffsszenarien noch erleben werden. Autonome Fahrzeuge müssen Sicherheit garantieren. Foto: Max Rovensky Embedded hardware: everything standard? Standard solutions make the implementation easier, but are not enough for a competitive advantage You might think that everything about hardware for embedded systems is available from the shelf. Reach in, develop housings and circuit boards and you only have to take care of the software after- wards. True and false. The readily available solutions, be it proces- sors, memory, power supplies, communication interfaces, sen- sors, cameras or displays, almost always make it possible to imple- ment your system without major hardware innovations. But that alone does not give you a compet- itive advantage. If you can do what everyone else can do with the hardware, your software alone must provide the competitive advantage. On the one hand, this is a really strong or- der for the software developers, on the other hand, there are al- ways use cases where you have to make the most of everything that the hardware can do – not off the shelf – so that we can get the sys- tem with the software it contains to work under these conditions. Be it performance, installation space or reliability requirements, or the desire to make a system im- possible to copy, or only at dispro- portionately high expense: Know your possibilities to realise more than just the shelf solutions with the hardware! Embedded systems are becom- ing smaller and smaller and their areas of application more and more distributed. In more and more cases, energy must come from other sources than clas- sic power supply: Batteries have to last very long, data transmis- sion technology has to serve as a power source (or energy sup- ply as a communication channel, both sides are creative), wireless energy transmission becomes a requirement for moving or non- contacting components, or the energy comes from the environ- ment and has to be converted to electrical in the first place. Here the hardware engineer should know his physics. With the avail- ability of economically justifiable semiconductor memories in the capacity range of hard disk drives, a big step towards miniaturisation and robustness of systems was made: no more housings in the en- closure for the drives and no more mechanically moving parts. Today, mass storage can also be integrat- ed into the PCB, no special treat- ment in the mechanical design is necessary. But we also know the shadow in this light: The number of write cycles is limited depend- ing on the storage technology, the aging of the components is sta- tistical and faster than with hard disks. So special attention has to be paid to the memory architec- ture and the household with the write cycles of the individual cells. The range of classic microcon- trollers is large and offers a lot up to multiprocessor cores. The RISC- V architecture has a certain spe- cial position. As an open source project, it offers the possibility of having its hardware completely disclosed on the one hand, and on the other hand to participate in the further development of own product ideas in an open commu- nity. Standard applications can help. Photo: NuernbergMesse