車載組込みシステム向けSPFの動向

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: [email protected]
Hiroaki Takada
URL: http://www.ertl.jp/~ hiro/
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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
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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
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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
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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
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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）
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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
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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
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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
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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
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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
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AUTOSAR Layered Software Architecture 4.2.1より
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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
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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
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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
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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？
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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
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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）
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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）
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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
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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
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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)
▶
▶
▶
▶
▶
▶
▶
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▶
▶
▶
▶
▶
▶
▶
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 *
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*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）
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車載組込みシステム向けSPFの動向
APTJの取り組み
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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
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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
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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
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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
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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）
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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
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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
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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
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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）
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車載組込みシステム向けSPFの動向
おわりに
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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
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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…
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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
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