Pieter Edelman
9 June 2006

Twaalf jaar geleden lanceerde het Eindhovense ontwikkelcentrum van Siemens VDO een platform voor navigatiesystemen. Onlangs kwam de vierde generatie hiervan op de markt met de Crusader-Asic als hart. In de tussentijd is de focus verschoven van basisfunctionaliteit naar connectiviteit met de auto en de buitenwereld.

Een RF-module is de enige externe component die de Crusader-Asic nodig heeft voor gps-plaatsbepaling. Baseband-functionaliteit is in de nieuwste generatie in het circuit zelf getrokken. Deze voortdurende integratie is het leidende thema in de evolutie van Siemens VDO‘s navigatieplatform dat in de Eindhovense vestiging wordt ontwikkeld. Hiermee kunnen OEM‘s hun navigatiesystemen bouwen. Verschillende grote automerken behoren tot de afnemers. Het hart van het systeem is een zelfontwikkelde Asic. De jongste versie – de Crusader – biedt een compleet platform voor plaatsbepaling, navigatie en integratie met de infotainmentsystemen in de auto.

De Asic is gebouwd rondom een generieke Mips-kern. Daarnaast kan het IC onder meer kleuren- of monochrome beeldschermen aansturen, gegevens van cd- en dvd-drives ophalen, via USB communiceren met externe componenten en gyro- en tachosensoren uitlezen. De cd-functionaliteit is nodig voor het inlezen van geografische kaarten. ’Een dvd is het handigst, want daar kan heel Europa op. Automobilisten kunnen dan bijvoorbeeld een specifiek gebied tijdelijk ontgrendelen als ze op vakantie gaan‘, zegt Donald Zeegers, projectleider Asic-design van Siemens VDO. Het circuit is gemaakt met 130-nanometertechnologie. ’Bij de ontwikkeling van elektronica voor de automotive-industrie komen hele andere eisen kijken dan bij consumentenelektronica‘, aldus Zeegers. ’De omstandigheden zijn aanzienlijk stringenter. Het temperatuurbereik waar de elektronica aan blootstaat, is bijvoorbeeld een stuk groter. Dat vereist maturity van de technologie. Daarom loopt de automotive-industrie altijd wat achter bij de consumentenelektronica.‘ Ook zijn de wettelijke veiligheidseisen groter bij systemen die direct zijn geïntegreerd in de auto. De gevolgen van bijvoorbeeld stralingsinterferentie of fouten in de software kunnen hier grotere gevolgen hebben dan in een typische thuissituatie. ’Draagbare navigatiesystemen hebben daar veel minder last van, want gebruikers zetten het apparaat zelf in de auto, dus is het hun eigen verantwoordelijkheid‘, zegt Zeegers.

Een ander probleem waar automotive-elektronica mee te kampen heeft, zijn de lange life cycles. Deze zijn afhankelijk van de levensduur van het voertuig. Die ligt meestal tussen de twaalf en vijftien jaar. Maar consumentenelektronica ontwikkelt zich aanzienlijk sneller, dus ligt het gevaar voor obsolescence van onderdelen op de loer. ’Je wilt niet worden gedwongen om na drie jaar een nieuwe auto te kopen omdat de elektronica niet meer leverbaar is‘, zegt Zeegers. Een goed voorbeeld is dat van geheugenmodules. ’DDR is in korte tijd vervangen door DDR2, en leveranciers voor het oude type zijn dun gezaaid. Als ze dan ook nog aan de strenge eisen voor de automotive-sector moeten voldoen is het helemaal een nichemarkt‘, meent Zeegers. ’Daar moet je dus goed rekening mee houden tijdens het ontwerp. Eén van de dingen die je kunt doen, is modulair te werk gaan waardoor je onderdelen kan inwisselen.‘

Een ander obstakel is het verschil in levensduur met andere onderdelen in de auto, terwijl de algemene trend is om de verschillende systemen in de auto steeds meer samen te laten werken. Dit probleem kunnen ontwerpers gedeeltelijk ondervangen door zo veel mogelijk gestandaardiseerde interfaces te gebruiken. ’Het is verleidelijk om voor een specifiek target te ontwikkelen, dus je moet echt de discipline opbrengen om op platformniveau te blijven ontwikkelen‘, zegt Roland van Venrooy van Siemens VDO.

0669153053000
Het Crusader-navigatieplatform van Siemens VDO gebruikt een zelfontwikkelde Asic voor gps-functionaliteit en communicatie met externe onderdelen.

Webbrowser

De eerste versie van het navigatieplatform kwam in 1994 uit onder de naam Carin. De Asic was gebaseerd op gate-arraytechnologie, en het systeem was vrij Spartaans. ’Het enige doel was dat het überhaupt werkte‘, legt Zeegers uit. Bij de volgende generatie in 1996 verschoof de focus naar snelheid en kostenreductie en stapte Siemens VDO voor zijn Asic over naar Toshiba als producent. Dat was de eerste versie waarbij de CPU in het Asic zelf getrokken was. Bij het ontwikkelen van de chip werkt Siemens VDO nauw samen met het Philips IC-lab in Eindhoven. In elke generatie werd er steeds meer functionaliteit binnen de chip zelf ondergebracht. ’Je zal altijd wel een paar externe componenten houden, zoals het geheugen‘, vertelt Zeegers. ’Maar de algemene trend is dat de Asic zelf steeds meer kan.‘ Dat levert kostenbesparingen op, maar ook prestatievoordelen.

De toenemende integratie is mogelijk door de steeds krachtigere chiptechnologie. Dat betekent echter niet dat de ontwerpers over onbeperkte middelen beschikken. Zeegers: ’De buitenwereld zegt vaak dat we ons geen zorgen hoeven te maken over het beschikbare geheugen omdat de capaciteit hiervan zo snel groeit. Maar onze behoefte groeit harder, dus we moeten juist heel bewust met het geheugengebruik omspringen.‘ De krachtigere processoren hebben ook tot gevolg dat steeds meer functionaliteit uit software komt. Ook bereiken FPGA‘s ondertussen de prijs dat Siemens ze in hun uiteindelijke producten kan gebruiken. Dat maakt het makkelijker om het systeem achteraf aan te passen. Voor sommige technologieën, zoals draadloze protocollen, is dat essentieel. Deze blijven zich tijdens de levensduur van het product doorontwikkelen.

De focus van het huidige platform ligt op het uitbreiden met applicaties van derde partijen. ’Daar moet je het systeem een beetje voor openzetten‘, legt Zeegers uit. Zo zijn er al MP3-spelers ontwikkeld die op het platform draaien. ’Ook kun je denken aan hele specifieke routeplanners voor vrachtwagens die rekening houden met de doorrijhoogte en wegbelasting. Verder werken we aan abstractie van de onderliggende hardware zodat we bestaande applicaties kunnen draaien, zoals webbrowsers van derde partijen.‘ Bij de volgende generatie van het platform komt de nadruk meer op communicatie te liggen. Dat draait zowel om verbinding met andere systemen in de auto, als met auto‘s onderling en met het internet. Daar vraagt om het gebruik van standaardprotocollen. Binnen het voertuig is er Autosar. Siemens VDO is één van de core members van het Autosar-consortium, samen met BMW, Bosch, Continental, DaimlerChrysler, Ford, Opel, PSA Peugeot Citroën, Toyota en Volkswagen. Het open-source-raamwerk is speciaal ontwikkeld voor het modulair en schaalbaar opzetten van elektronische systemen in auto‘s. Communicatie met de buitenwereld gaat via TCP/IP, beveiligd via IPSec. De grote uitdaging daarbij is om de autosystemen goed te beveiligen tegen de buitenwereld. Zeegers: ’De firewall zal een stuk strikter zijn dan die op je pc.‘

Google Earth

Hoe de integratie met de andere systemen uit zal pakken voor de gebruiker is één van de grote vragen. ’Het begint nu nog allemaal met de autoradio‘, aldus Zeegers. Hiervoor is een aansluiting in het dashboard aanwezig, en de andere infotainmentapparaten moeten daarop aansluiten. De Eindhovense techneuten spelen hierop in met een Crusader-module die in radio‘s kan worden ingebouwd. Het printje communiceert via de Can-bus met de andere systemen en komt in twee versies. De meest geavanceerdere uitvoering heeft een radiotuner om verkeersinformatie via het Traffic Message Channel van RDS te ontvangen.

Aan de andere kant heeft navigatieapparatuur een eigen beeldscherm. Autofabrikanten zullen hier steeds meer op willen weergeven. Siemens VDO voorziet dat dit display op den duur standaard in het dashboard komt. De mogelijkheden voor integratie met andere systemen zijn volgens Zeegers onbegrensd: ’the sky is the limit‘. De auto zou in de toekomst bijvoorbeeld kunnen anticiperen op de route door het navigatiesysteem aan de controlesystemen van het voertuig te koppelen. Bij een bocht schakelt de auto dan terug en past de vering aan. Dat resulteert uiteindelijk in een lager brandstofverbruik.

De andere kant op kan het navigatiesysteem door internetcommunicatie integreren met de satellietbeelden van Google Earth, of driedimensionale beelden van de omgeving opvragen. Ook dynamisch verkeersmanagement behoort tot de mogelijkheden. ’Maar daarvoor moet de overheid kunnen intappen op de informatie van de voertuigen, en dat brengt weer privacyvraagstukken‘, aldus Zeegers. ’Dat zal dus goed moeten worden gereguleerd.‘