Optimisation des distributions multicœurs AUTOSAR : considérations pratiques pour les logiciels automobiles

Le passage au multicœur dans l'automobile

L'industrie automobile adopte rapidement les architectures multicœurs afin de répondre à la demande croissante en fonctionnalités avancées et en architectures centralisées pour les véhicules. À l'instar de la révolution informatique des années 2000, les systèmes logiciels actuels doivent évoluer pour exploiter pleinement le potentiel des microcontrôleurs multicœurs (MCU) et des systèmes sur puce (SoC). Cette transition pose des défis importants et oblige les développeurs à repenser leur approche de la conception, de la configuration et de l'optimisation des logiciels. ETAS, leader dans le domaine des solutions logicielles pour l'automobile, est à la pointe de cette évolution. En 2009, l'entreprise a développé la première pile AUTOSAR multicœur au monde pour la production en série de véhicules. Avec plus de 4 milliards d'ECU dans le monde qui s'appuient sur ETAS RTA-CAR (RTA-Classic AUTOSAR), l'entreprise a acquis une vaste expérience dans l'accompagnement de ses clients du secteur automobile pour les aider à naviguer dans les complexités des implémentations multicœurs.

Les défis de la parallélisation et des systèmes profondément intégrés

Le simple fait d'ajouter des cœurs supplémentaires ne se traduit pas automatiquement par des gains de performances linéaires. Des facteurs tels que la surcharge de synchronisation, le changement de contexte, les conflits d'accès aux ressources, les temps d'accès à la mémoire et les limites inhérentes à la loi d'Amdahl contribuent tous à la difficulté d'obtenir une parallélisation optimale. La clé réside dans la maximisation des opérations parallèles, la minimisation des tâches séquentielles et l'optimisation de l'utilisation de la mémoire afin d'éviter les goulots d'étranglement.

Les systèmes profondément intégrés dans les véhicules doivent répondre à des exigences strictes en matière de sécurité, de fiabilité et de comportement en temps réel. Historiquement, ces systèmes ont été construits sur des architectures monocœur. La migration du code monocœur existant vers des environnements multicœurs est difficile. La migration des systèmes existants vers le multicœur est souvent préférée à la conception d'un nouveau système à partir de zéro. ETAS a été l'un des premiers à introduire la prise en charge multicœur dans la norme AUTOSAR et a simultanément développé la pile ETAS RTA-CAR BSW afin de rendre cette fonctionnalité utilisable. La pile RTA-CAR BSW a progressivement été développée pour devenir une gamme complète de piles offrant diverses options architecturales pour la distribution BSW, y compris le modèle « maître/satellite », conçu pour optimiser l'utilisation des cœurs dans les systèmes partitionnés.

Mises en œuvre pratiques : exemples concrets

Ce livre blanc explore les considérations pratiques pour optimiser les distributions multicœurs AUTOSAR à travers des exemples concrets issus du secteur automobile. Il examine trois scénarios distincts :

• Optimisation de la répartition de la charge : un équipementier rencontrait des problèmes d'exécution sur un cœur de son calculateur ECU multicœur. ETAS a aidé à redistribuer la charge en déplaçant la pile Com du cœur surchargé vers un cœur moins sollicité. Cela a permis d'obtenir une meilleure répartition de la charge de travail. Il est essentiel de comprendre les objectifs d'optimisation spécifiques afin de déterminer la meilleure configuration pour le système.

• Réduction des pics d'exécution :un fournisseur de rang 1 a rencontré des goulots d'étranglement au niveau des performances lors de pics d'exécution dans un calculateur de freinage. ETAS a optimisé la pile Com en divisant la fonction Com_MainFunctionRx en plusieurs fonctions avec des périodes différentes, en fonction des exigences de synchronisation du logiciel d'application (ASW). La division a été effectuée à partir des couches proches de la communication par bus vers l'ASW. Il est avantageux de traiter le déclencheur dans la pile du bus et de laisser les couches supérieures interroger les messages qui doivent être envoyés ou reçus.
• Approche maître/satellite et multi-maître pour la distribution des modules BSW : AUTOSARgère la distribution des modules BSW entre les cœurs à l'aide du modèle maître/satellite. Lorsque l'ASW doit accéder à une fonction dans une partition différente, le maître contrôle les couches inférieures et les satellites fournissent l'accès à l'ASW sur d'autres cœurs. ETAS propose également l'approche multi-maître. Grâce à cette approche, les projets peuvent mapper des bus complets vers d'autres cœurs.
• Mise en place d'un projet multicœur innovant à partir de zéro : unclient a chargé ETAS de concevoir une nouvelle génération d'ECU passerelles avec mise en miroir de bus et une pile Com hautement distribuée. Ce scénario entièrement nouveau a permis une répartition sur mesure entre cinq cœurs, optimisant ainsi les performances et la mise en œuvre d'exigences novatrices dans un délai très court. ETAS a adopté une approche différente pour garantir l'intégrité des données. La mise en œuvre de l'interface PduR via le module propriétaire ETAS RTA-CAR BSW XCoreCDD (Cross-Core Complex Device Driver) ne nécessite plus de verrous et permet d'optimiser encore davantage le processus.

ETAS RTA-CAR : optimiser le développement de logiciels automobiles multicœurs

ETAS RTA-CAR est une solution logicielle de pointe à faible encombrement conçue pour la production en série dans les applications automobiles. Utilisé par des centaines d'entreprises dans le monde entier, RTA-CAR équipe des milliards d'ECU automobiles dans des millions de véhicules. Il convient aux projets monocœur et multicœur. RTA-CAR offre des solutions qui vont au-delà des exigences AUTOSAR.

Il s'agit notamment des éléments suivants :

• Lock-free XCoreCDD : implémentation d'un canal sans verrouillage qui relie les instances PduR.
• Adaptateur Com : découple la distribution ASW de la distribution de la pile Com.
• Multi-maître pour WdgM : en plus du maître/satellite classique, WdgM prend en charge le multi-maître.

Perspectives d'avenir

Une distribution multicœur efficace est essentielle pour les architectures automobiles de nouvelle génération. ETAS enrichit en permanence les capacités multicœur de RTA-CAR, notamment avec des outils permettant de comprendre et d'optimiser les performances multicœur. Les prochaines versions introduiront de nouvelles fonctionnalités et optimisations afin de permettre aux équipementiers et aux fournisseurs de premier rang de maximiser le potentiel des architectures automobiles actuelles et futures. Le nouvel éditeur de configuration de zone exclusif utilise l'analyse statique pour aider les utilisateurs à optimiser leur projet.