車載組込みシステム向けSPFの動向 MBD中部コンファレンス 車載組込みシステム向け ソフトウェアプラットフォームの動向 2016年9月16日 高田 広章 名古屋大学 未来社会創造機構 教授 名古屋大学 大学院情報科学研究科 教授 附属組込みシステム研究センター長 APTJ株式会社 代表取締役会長・CTO Email: hiro@ertl.jp Hiroaki Takada URL: http://www.ertl.jp/~ hiro/ 1 車載組込みシステム向けSPFの動向 目次 SPF:ソフトウェアプラットフォーム 車載制御システム向けSPFの動向とAUTOSAR ▶ 車載制御システム向けSPFのこれまでと動向 ▶ AUTOSARの技術的課題 ▶ AUTOSAR SPFの利用状況・市場動向 ▶ 今後の予測と我々の問題意識 NCESにおけるコンソーシアム活動 APTJの取り組み ▶ APTJの設立経緯,目指す姿,強み ▶ APTJの性格と位置付け,エコシステム ▶ APTJの活動計画(第1フェーズ) おわりに ▶ オープンイノベーションとプラットフォーム Hiroaki Takada 2 車載組込みシステム向けSPFの動向 車載制御システム向けSPFの動向と AUTOSAR Hiroaki Takada 3 車載組込みシステム向けSPFの動向 車載制御システム向けSPFのこれまでと動向 車載制御システム向けSPFのこれまで ▶ 車載制御システム(ECU)の多くは,SPFやOSを使わずに 開発されてきた ▶ 大規模なECUでは,OSEK/VDX仕様(AUTOSARの前身 の仕様)のOSや,独自のSPFを使っていたものもある ▶ 海外企業(Vectorなど)製のOSEK/VDX仕様OSもある が,国内で開発されているものも多い(ルネサス製, TOPPERS/ATK1など) ▶ 規模が小さく,サプライヤが独自で開発することも可能 車載制御システム向けSPFの動向 ▶ 車載制御システムの複雑化に伴い,SPFも大規模化・複雑 化.開発には大きいリソースがかかる ▶ AUTOSAR仕様が標準として広まっていく流れ Hiroaki Takada 4 車載組込みシステム向けSPFの動向 午前の復習 AUTOSAR (AUTomotive Open System ARchitecture) ▶ 自動車,自動車部品,エレクトロニクス,半導体,ソフトウェ ア企業によるグローバルパートナーシップ(2003年に設立) ▶ ソフトウェアの複雑性を軽減するために,ソフトウェア基 盤(infrastructure)の業界標準を作成 ▶ コアパートナー(2016年時点) BMW Daimler PSA Peugeot Citroen Bosch Ford トヨタ自動車 Continental GM Volkswagen ▶ 最新の仕様書(群)はRelease 4.2 Revision 2 ▶ 約100のソフトウェア仕様書と約110の関連ドキュメント, その他多くのファイルが含まれており,全体で19600 ページ(と言われている) ▶ “Cooperate on standards, compete on implementation”(標 準化で協調し,実装で競争する)をポリシーに Hiroaki Takada 5 車載組込みシステム向けSPFの動向 AUTOSARの標準化と仕様 午前の復習 3つの領域で標準化 ▶ ソフトウェアアーキテクチャ ▶ ソフトウェアプラットフォーム(SPF)の構成 ▶ RTE仕様 ▶ BSWモジュール(OS,デバイスドライバ群,ミドルウェア 群)毎のインタフェース(API)仕様 ▶ 方法論とテンプレート(Methodology and Templates) ▶ アプリケーションシステムの構築手順 ▶ アプリケーションインタフェース ▶ SW-C(アプリケーション毎のソフトウェア部品)間で受け 渡すデータのカタログ ▶ 初期は,SW-Cのインタフェースそのものの標準化を目 指したが,断念(競争領域で標準化になじまない) Hiroaki Takada 6 車載組込みシステム向けSPFの動向 AUTOSARアプローチ ▶ アプリケーションシステム を,Virtual Functional Bus で接続されたソフトウェア 部品(SW-C)群の形で論 理的に記述 ▶ 各SW-Cを,ECUにマッピ ングする(現時点では手 動)と,ECUの構成ファイ ルをツールにより生成 ▶ その際に,ECU記述とシ ステム制約記述(処理の 時間制約など)を与える ▶ ソフトウェアプラットフォー ム(SPF)は,RTEとBSW で構成 Hiroaki Takada 午前の復習 AUTOSAR Virtual Function Bus 2.0.0より 7 車載組込みシステム向けSPFの動向 ソフトウェアプラットフォームの構成 午前の復習 Runtime Environment(RTE) ▶ SW-C間,SW-CとBSW間の通信インタフェースを提供 ▶ SW-Cに対してBSWのサービスを提供(API抽象化層) ▶ SW-C間,SW-CとBSW間 の通信記述から,RTEの ソースコードをツールによ り生成 AUTOSARプラット フォームの最大の特徴 Basic Software(BSW) ▶ OS+デバイスドライバ+ ミドルウェア群 AUTOSAR Virtual Function Bus 2.0.0より Hiroaki Takada 8 車載組込みシステム向けSPFの動向 午前の復習 Basic Software(BSW)の構成 ▶ 4つの機能グループ(システム,メモリ,通信,I/O)のサー ビスが,それぞれ3つの階層(サービス層,ECU抽象化層, マイクロコントローラ抽象化層(MCAL))で構成 ▶ Complex Drivers:標準化の抜け道,階層をスキップ AUTOSAR Layered Software Architecture 3.0.0より Hiroaki Takada 9 車載組込みシステム向けSPFの動向 例)System Servicesを構成するモジュール ▶ AUTOSAR OS(構成図で下まで突き抜けているのがOS) ▶ ECU State Manager ▶ Basic Software Mode Manager ▶ Communication Manager ▶ Watchdog Manager ▶ Time Service ▶ Synchronized Time-Base Manager ▶ Crypto Service Manager ▶ Diagnostic Log and Trace ▶ Development Error Tracer ▶ Function Inhibition Manager ▶ Diagnostic Event Manager Hiroaki Takada 10 車載組込みシステム向けSPFの動向 例)CANのための通信スタックを構成するモジュール ▶ AUTOSAR COM ▶ Large Data COM ▶ Generic NM Interface ▶ CAN NM ▶ CAN State Manager ▶ PDU Router ▶ IPDU Multiplexer ▶ Secure Onboard Com. ▶ CAN Transport Protocol ▶ CAN Interface ▶ CAN Transceiver Driver ▶ CAN Driver など Hiroaki Takada AUTOSAR Layered Software Architecture 4.2.1より 11 車載組込みシステム向けSPFの動向 AUTOSARの技術的課題 大きいオーバヘッド ▶ 実行時オーバヘッドが大きく,ECUのコストアップに 機能安全への対応が非効率 ▶ 機能安全への対応が後付けで,非効率的 マルチコアへの対応が不十分 ▶ マルチコア向け拡張は,まだ大きい改良が必要 完成度の低い仕様 ▶ 曖昧な仕様や不整合が数多く残っている 難しいインテグレーションが必要 ▶ 理想から遠いコンフィギュレーションツール 技術を理解している技術者の不足(技術的課題ではないが) ▶ これらの課題克服のためには,AUTOSARの技術を正しく 理解している技術者の育成が必要 Hiroaki Takada 12 車載組込みシステム向けSPFの動向 AUTOSAR SPFの利用状況・市場動向 海外での利用状況 ▶ AUTOSARの中心メンバである欧州OEMやサプライヤは, 積極的にAUTOSARを活用 ▶ 米国OEMも使う方向 国際的な市場動向 ▶ AUTOSARベースのSPFで有力な企業は次の通り ▶ Vector(ドイツ) ▶ Elektrobit(グループ本社はフィンランド,AUTOSAR関 係はドイツ,2015年5月にContinentalが買収) ▶ ETAS(ドイツ,Boschの子会社) ▶ Mentor Graphics(米国,AUTOSAR技術はスウェーデ ンの企業から買収) ▶ KPIT(インド)… 独立系ソフトウェア企業 ▶ 上記の中でも,特にVectorのシェアが高い Hiroaki Takada 13 車載組込みシステム向けSPFの動向 国内の状況 ▶ 国内OEMの多くは,AUTOSARを使う方向性を出している が,現時点では採用が必須というわけではない ▶ 国内サプライヤは,海外OEMの要請により,AUTOSARを 使わざるをえない状況 ▶ 国内ソフトウェア企業で,AUTOSAR SPFをビジネス化して いた例もあるが,SPFの一部分のみで,シェアは小さい ▶ イーソル(eSOL ECUSAR) ▶ ヴィッツ(Owls –AUTOSAR Package–) ▶ 最近になって,複数の企業の連合によりAUTOSAR SPF を開発・販売する活動/企業が立ち上がっている ▶ SCSK+5社(QINeS-BSW)… 2014年立ち上げ ▶ APTJ … 2015年設立,後で詳しく紹介 ▶ オーバス(デンソー,イーソル,NCOS)… 2016年設立 Hiroaki Takada 14 車載組込みシステム向けSPFの動向 今後の予測と我々の問題意識 今後の予測 ▶ 何も手を打たないと,近い将来に,車載制御システム向け SPFを有力(海外)企業に寡占されてしまう可能性が高い 海外企業に寡占されることによる問題 ▶ 開発速度が律速されるおそれ ▶ ノウハウが活用できなくなる/流出するおそれ ▶ コストの上昇,交渉力の弱さがハンディになる可能性 我々の問題意識 ▶ SPFを海外メーカに寡占されることにより,我が国の自動車 産業(まずはサプライヤ,次いでOEM)のものづくり力の低 下につながるのでは? ▶ SPFが海外製になることで,その上で動作するアプリケー ションも海外で開発した方が有利になり,国内の車載組込 みソフトウェア産業が縮小するのでは? Hiroaki Takada 15 車載組込みシステム向けSPFの動向 NCESにおけるコンソーシアム活動 Hiroaki Takada 16 車載組込みシステム向けSPFの動向 ATK2コンソーシアムの概要 正式名称 ▶ 次世代車載システム向けRTOS(リアルタイムOS)の仕様 検討及び開発に関するコンソーシアム型共同研究 コンソーシアム型共同研究とは? ▶ 名古屋大学 大学院情報科学研究科 附属組込みシステム 研究センター(NCES)が設定した研究開発テーマに,複 数の企業の参加を得て研究・開発を進める共同研究 実施内容 ▶ AUTOSAR OS仕様をベースとしたRTOSとその検証ス イートの研究・開発 ▶ CAN通信スタック,RTEジェネレータの開発 実施期間 ▶ 2011年度∼2013年度の3年間で実施(名古屋大学と参加 企業との間の共同研究契約は年度単位) Hiroaki Takada 17 車載組込みシステム向けSPFの動向 研究開発成果の取扱い ▶ 開発したRTOS,CAN通信スタック,RTEジェネレータは, TOPPERSプロジェクトからオープン化 ▶ 検証スイートと設計書は,コンソーシアム参加企業は自由 に使用できる.参加企業以外には有償でライセンス 参加企業 ▶ (株)豊田自動織機 ▶ (株)ヴィッツ ▶ 日本電気通信システム(株)〔2012 ▶ (株)永和システム 年度まで〕 マネジメント ▶ パナソニック アドバンストテクノロ ▶ (株)OTSL ジー(株) ▶ (株)サニー技研 ▶ 富士通VLSI(株)〔2012年度まで〕 ▶ (株)デンソー ▶ 富士ソフト(株) ▶ (株)東芝 ▶ ルネサス エレクトロニクス(株) ▶ トヨタ自動車(株) Hiroaki Takada 18 車載組込みシステム向けSPFの動向 APコンソーシアムの概要 ※ AP = Automotive Platform 正式名称 ▶ 車載制御システム向け高品質プラットフォームに関するコ ンソーシアム型共同研究 コンソーシアム型共同研究とは? ▶ 名古屋大学 大学院情報科学研究科 附属組込みシステム 研究センター(NCES)が設定した研究開発テーマに,複 数の企業の参加を得て研究・開発を進める共同研究 実施内容 ▶ AUTOSAR仕様をベースとして,高品質な車載制御システ ム向けプラットフォームに関する研究開発を行う ▶ ATK2コンソーシアム(2011年度∼2013年度に実施)の成 果をベースに,品質向上・開発範囲拡大を行う 実施期間 ▶ 2014年度に開始.3年程度の継続実施を予定 Hiroaki Takada 19 車載組込みシステム向けSPFの動向 研究開発の目標 ▶ AUTOSAR仕様をベースとして,その問題を解決し,日本 の自動車産業のニーズに合致した,軽量で高品質なSPF を開発する ▶ AUTOSAR仕様に対して大幅な修正(改良)を行うよう な研究開発も実施する ▶ 開発するSPFを,グローバルに有力な車載制御システム 向けSPFのトップ3の内の1つとすることを目指す 目標に向けてのアプローチ ▶ 開発したSPFは,TOPPERSプロジェクトからオープン化す ることを基本とする ▶ 目標達成のためには,多くの企業の協力を得る必要が あり,オープン化(無償公開)はそのための手段 ▶ ただし,品質確保に用いる開発成果については,コンソー シアムメンバ以外には有償でライセンスする Hiroaki Takada 20 車載組込みシステム向けSPFの動向 APコンソーシアムの参加企業 (28社) ▶ ▶ ▶ ▶ ▶ ▶ ▶ ▶ ▶ ▶ ▶ ▶ ▶ ▶ ▶ アイシンコムクルーズ(株) イーソル(株) (株)ヴィッツ (株)永和システムマネジメント† SCSK(株) APTJ(株) (株)OTSL† オムロン オートモーティブエレ クトロニクス(株)† 京セラ(株)† (株)サニー技研 (株)ジェイテクト スズキ(株) (株)デンソー * 東海ソフト(株)† (株)東海理化電機製作所 * Hiroaki Takada *は部分参加 †はオブザーバ参加 ▶ (株)東芝 ▶ (株)豊田自動織機 ▶ (株)豊通エレクトロニクス† ▶ 日本電気通信システム(株) ▶ パナソニック(株)† ▶ パナソニック アドバンストテク ▶ ▶ ▶ ▶ ▶ ▶ ▶ ノロジー(株) 富士通テン(株) 富士ソフト(株) マツダ(株) ルネサス エレクトロニクス(株) 矢崎総業(株) ヤマハ発動機(株)† 菱電商事(株)† (2015年度末時点) 21 車載組込みシステム向けSPFの動向 APTJの取り組み Hiroaki Takada 22 車載組込みシステム向けSPFの動向 APTJの設立経緯 APTJの必要性 ▶ AUTOSARが国際標準になる流れの中で,車載制御シス テム向けのSPFが海外製だけになるおそれ ▶ APコンソの活動だけでは不十分という認識 ▶ 2014年夏頃から,APコンソを拡大する方策を模索 ▶ 株式会社の形で活動するのがベストと判断 設立以降のスケジュール ▶ 2015年10月1日:APTJ設立をプレス発表,活動開始 ▶ 2015年12月1日:第3者割当増資の実施,共同開発サプラ イヤ3社との契約締結をプレス発表 ▶ 2016年4月:開発技術者が30名を超えた ▶ 2016年5月9日:2回目の第3者割当増資の実施,共同開 発OEMとの契約締結をプレス発表 Hiroaki Takada 23 車載組込みシステム向けSPFの動向 APTJが目指す姿 車載制御システム向けのSPF開発・普及 ▶ 品質が高く,自由に改変可能で,国内でサポートできる SPFを開発し,国際的に普及させる ▶ 国内でのサポートを考えると,国内で開発するのが望まし いが,必須ではない ! 海外有力企業に対抗して生き残れることが必須 ベースとする仕様 ▶ AUTOSAR仕様が国際的に広く採用されつつある現状か ら,開発するSPFは,AUTOSAR仕様をベースとする ▶ ただし,我が国のOEMやサプライヤのニーズに合致する ような修正を加える ! AUTOSAR仕様をそのまま実装したのでは不十分 独立テスト機関の設置(オプション) ▶ 開発者と独立したテスト機関があるとベター Hiroaki Takada 24 車載組込みシステム向けSPFの動向 APTJの強み 高いリアルタイムOS技術 ▶ リアルタイムOSに関する長い開発経験と高い技術 ▶ 特にマルチコア対応において技術的な優位性 ▶ TOPPERS/ATK2は,他のAUTOSARベンダのOSと比べ ても高い性能を達成している 機能安全,セキュリティ技術に関する知見 ▶ 機能安全とセキュリティ技術に関する知見を有する 品質の確保と人材育成 ▶ 我が国の産業界の品質要求にこたえられる開発能力 ▶ SPF開発技術者の人材育成に実績 業界をまとめる力と決める力 ▶ 各社の(技術的な)意見の食い違いを調整し,開発の方向 性を決める能力 Hiroaki Takada 25 車載組込みシステム向けSPFの動向 APTJの性格と位置付け 国産SPF開発のための組織 ▶ パートナーソフトウェア企業からの協力を受け,共同開発 サプライヤと共同で,AUTOSARベースのSPFを開発 ▶ 名古屋大学発のベンチャ企業として設立 共同開発サプライヤ/OEM ▶ 開発するSPFに対する要求を出す ▶ 開発費の一部を負担(共同開発費) ▶ 開発成果物のライセンスを得る パートナーソフトウェア企業 ▶ APTJに対して出資(資金面での協力) ▶ APTJに開発技術者を送る(人材面での協力) ▶ 共同開発サプライヤ以外に対するSPFのライセンス提供 は,パートナーソフトウェア企業経由で行う Hiroaki Takada 26 車載組込みシステム向けSPFの動向 APTJを取り巻く組織間の関係(エコシステム) サブライセンス権 APTJ 研究開発成果 APコンソ 開発成果 オープン化 Hiroaki Takada 富士ソフト サニー技研 ライセンス 出資 その他の 永和システム 販売 マネジメント サプライヤ/ 開発技術者 サポート OEM 菱電商事 東海ソフト キヤノンソフトウェア 他1社(非公表) 共同 (2016年8月時点) サポート 開発費 ライセンス サポート TOPPERS パートナー ソフトウェア企業 共同開発 サプライヤ/OEM 豊田自動織機 ジェイテクト 東海理化 スズキ (2016年8月時点) 27 車載組込みシステム向けSPFの動向 TOPPERS,APコンソーシアム,APTJの関係 APTJ (約10社) APコンソーシアム (約20社(オブザーバ参加を除く), 年間の研究費 770万円) TOPPERSプロジェクト (約100社,年会費 10万円) ▶ 上のレイヤほど,共通の思い・目標,大きいリソース負担 Hiroaki Takada 28 車載組込みシステム向けSPFの動向 APTJの活動計画 (第1フェーズ) 2つの活動を並行して進める ▶ AUTOSAR SPFの開発(コア資産開発) ▶ 共同開発サプライヤのサポート ▶ 共同開発サプライヤがAPTJ SPFを利用する当初2つ程 度のECUの開発をサポートする コア資産開発の対象 ▶ AUTOSAR SPFの全体を開発対象とする ▶ ただし,必要性が極めて低いものは除外する ▶ MCAL(マイコン抽象化層)については別に検討 ▶ AUTOSAR Release 4.2.xをベースとする ▶ ジェネレータ,コンフィギュレータは範囲内.上流設計ツー ルは範囲外 Hiroaki Takada 29 車載組込みシステム向けSPFの動向 機能安全・セキュリティへの対応方針 ▶ 機能安全対応(全ASIL)は最初から対応する ▶ 情報セキュリティについても考慮する MCALの扱い ▶ まずは,共同開発サプライヤ/OEMが要望する1種類のマ イコンに対して,最低限の機能を持ったMCALを開発する ▶ それで不十分な場合は,半導体メーカ製のMCALを使用 することを推奨する ▶ この場合でも,APTJがMCALまで含めてサポートできる 体制がとれるように,半導体メーカと協議中 実用化の時期 ▶ 2020年販売の車両に無理なく載せられるスケジュールで 進める ▶ 最初の適用車両は,これよりも1∼2年早い時期に Hiroaki Takada 30 車載組込みシステム向けSPFの動向 投入予定の開発リソース ▶ 開発の前提と開発期間 ▶ APコンソの開発成果(TOPPERS/ATK2等)を活用する ▶ 当初の開発を3年間で実施する ▶ 開発技術者:30∼50名 ▶ 海外有力企業は少なくとも100人規模だが,SPFの共通 部分の開発に絞り,この1/3∼1/2程度で対応 ▶ 2016年4月時点で30名を超えた.さらに増員の計画 ▶ 開発資金:20億円程度 ▶ 半分程度を出資金で確保 ▶ 半分程度を共同開発サプライヤ/OEMからの開発資金 で確保する計画(もう1∼2社,共同開発サプライヤ /OEMを増やしたい) Hiroaki Takada 31 車載組込みシステム向けSPFの動向 おわりに Hiroaki Takada 32 車載組込みシステム向けSPFの動向 オープンイノベーションとプラットフォーム ! 第5期科学技術基本計画においても,オープンイノベー ションとプラットフォームが重視されている 我が国の情報産業の弱み ▶ 特にプラットフォームの領域で,国際標準となるものを出 せていない → プラットフォームを握ることのビジネスインパクト ▶ (そこそこの)技術を持った企業が乱立.国の力が分散 … 情報産業に限らずすべての産業分野に言えること 我々の挑戦 ▶ プラットフォームを協調領域と捉えて,オープンイノベー ションに向けた研究開発を実施 ▶ コンソーシアム(組合),コンソーシアム型共同研究,コン ソーシアム型のベンチャ企業を活用 Hiroaki Takada 33 車載組込みシステム向けSPFの動向 参考)第5期科学技術基本計画の概要 オープンイノベー ションの重視 世界に先駆けた「超スマート 社会」の実現(Society 5.0) 共通的なプラットフォーム(超スマート社会サービ スプラットフォーム)構築に必要となる取組を推進 超スマート社会サービスプラットフォームに必要 となる技術(サイバーセキュリティ、IoTシステム 構築、ビッグデータ解析、AI、デバイスなど)と… Hiroaki Takada 34 車載組込みシステム向けSPFの動向 オープンイノベーションを 推進する仕組みの強化 産業界の人材・知・資金を投入した本格的連携 Hiroaki Takada 35
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