Welche Vorteile bietet das Modul, speziell die CPU, aus Sicht von Cetitec?
Dr. Michael Back: Ein Alleinstellungsmerkmal des Prozessors sind die dedizierten Beschleuniger für Sicherheitsverarbeitung und Netzwerkkommunikation. Bei NXP® wird dies auch als FlexLLCE (Low-Latency Communication Engine) oder PFE (Packet Forwarding Engine) bezeichnet. Durch diese spezialisierten Engines ist die CPU in der Lage, Domänen- und Zonensteuerungsaufgaben in Fahrzeugarchitekturen effizient zu übernehmen. Die Verarbeitung erfolgt mit minimaler Latenz, wodurch sich sicherheitskritische Anwendungen wie Steuergeräte-Kommunikation oder Echtzeit-Datenverarbeitung in Fahrzeug-Gateways erheblich beschleunigen lassen. Häufig wird in dem Zusammenhang von Hardware-Beschleunigung gesprochen, tatsächlich basiert die Optimierung auf einer speziell entwickelten Firmware, die genau auf die zugrunde liegende Architektur abgestimmt ist.

Die Architektur ist zudem hochskalierbar und erlaubt es Entwicklern, unterschiedliche Betriebssysteme auf den Kernen zu implementieren. Neben QNX für hochleistungsfähige Steuerungssysteme lässt sich auch AUTOSAR OS für ressourcenschonende Echtzeitverarbeitung adaptieren. Durch die parallele Nutzung mehrerer Betriebssysteme lässt sich jede Softwarekomponente optimal für ihre jeweiligen Aufgabenbereiche ausführen.

Welche Anforderungen gibt es hinsichtlich Safety & Security und was kann die CPU dazu beitragen?
Dr. Michael Back: Um den hohen Anforderungen an die funktionale Sicherheit und Cybersecurity gerecht zu werden, verfügt der S32Z2-Prozessor über eine dedizierte Hardware Security Engine (HSE), die sicherstellt, dass das Modul authentifiziert bootet, sodass nur signierte und geprüfte Firmware ausgeführt wird. Durch die Integration einer sicheren Boot-Chain ist das Modul vor manipulierten Software-Updates oder Cyberangriffen auf das Steuergerät geschützt. Das ist insbesondere in Fahrzeugen von Bedeutung, die Over-the-Air-Updates (OTA) erhalten, da lediglich über eine verifizierte Signatur sichergestellt werden kann, dass ausschließlich autorisierte Software-Versionen aufgespielt werden.

Zusätzlich sorgt ein dedizierter Mikrocontroller für die Spannungsüberwachung, um das System zuverlässig gegen unerwartete Spannungsschwankungen oder fehlerhafte Stromversorgungen abzusichern. Diese Funktion erhöht die Betriebssicherheit in sicherheitskritischen Anwendungen und erfüllt die Anforderungen der ISO 26262.

Frau Schindler, in modernen Fahrzeugarchitekturen ist eine umfassende Konnektivität immer wichtiger, Stichwort: Car-to-X-Kommunikation. Wie erfüllt das Modul diese Anforderungen?
Ina Schindler: Für höchste Ansprüche an die Konnektivität im Automobil oder in Baumaschinen, bietet das Modul unter anderem zweifach Gigabit-Ethernet-, 16 CAN- oder drei I3C-Schnittstellen. Auch Zipwire, FlexRay, LIN sowie Aurora unterstützen wir – denn diese Kommunikationsstandards decken sowohl traditionelle als auch moderne Vernetzungsarchitekturen ab und ermöglichen eine effiziente Anbindung an bestehende Steuergeräte und Sensorik.

Während CAN weiterhin für viele klassische Steuergeräte und Sensoren zum Einsatz kommt, gewinnen moderne Hochgeschwindigkeits-Bussysteme wie FlexRay und Ethernet-basierte Kommunikationsprotokolle an Bedeutung. Aurora, ein serielles Hochgeschwindigkeitsprotokoll, dient zum Übertragen hochfrequenter Datenströme mit minimaler Latenz direkt zwischen FPGAs, Prozessoren oder anderen Beschleunigern. Durch die Unterstützung von I3C ist das Modul zudem in der Lage, moderne Sensoren für Fahrerassistenzsysteme und Umweltwahrnehmung effizient anzubinden.

Die Anforderungen hinsichtlich Safety & Security betreffen neben der CPU auch die Software. Wie stellt Cetitec die nötige Konformität der Software sicher?
Dr. Michael Back: Die Security-Architektur von Cetitec basiert auf einem strikten Ausschluss von Wildcards, sodass die Software ausschließlich validierte Botschaften verarbeitet. Alle Nachrichten sind in einer Sicherheitsmatrix mit definierten Zugriffsrechten, Nachrichtenlängen und Parametern hinterlegt und werden über einen gesicherten Prozess mit den Firmware-Containern übertragen. Das minimiert Manipulationsrisiken erheblich, da Angriffe nur bei einer vollständigen Kompromittierung der Update-Kette des Herstellers möglich wären.

Auch in puncto funktionale Sicherheit (Safety) erfüllt Cetitec mit der ISO 26262 höchste Standards. Sicherheitszertifizierte out-of-context Safety-Elemente, wie die Safetycore-Bausteine, ermöglichen die ASIL-konforme Integration sicherheitskritischer Funktionen und bieten eine flexible Lösung für anspruchsvolle Steuerungssysteme.

Gibt es weitere Vorteile, die Software betreffend?
Dr. Michael Back: Ein wesentlicher Vorteil der Cetitec-Software ist ihre Betriebssystem-Agnostik. Durch die Post-Build-Konfigurierbarkeit können Entwickler systemkritische Eigenschaften anpassen, ohne den Quellcode neu zu kompilieren. Cetitec stellt hierfür eine entwicklerfreundliche Toolchain bereit, die eine flexible Konfiguration ermöglicht.

Die Software kann sowohl Bare Metal als auch auf statischen Systemen, Linux oder POSIX betrieben werden, was sie breit skalierbar macht. Um den Übergang zwischen verschiedenen Betriebssystemen zu erleichtern, bietet Cetitec zudem Middleware Frameworks, die eine nahtlose Kommunikation zwischen Linux, AUTOSAR und Bare Metal ermöglichen.

Herr Dr. Back, können Sie anhand eines konkreten Anwendungsfalles beschreiben, wie die Hardware von MicroSys und die Software von Cetitec zusammenarbeiten?
Dr. Michael Back: Für hochdynamische Steuer- und Regelprozesse spielt die Wahl der richtigen Abtastrate eine entscheidende Rolle. Eine zu niedrige Abtastrate führt zu Aliasing-Effekten, die Regelalgorithmen verfälschen und zu instabilen Steuerprozessen führen können. Dies ist besonders in Hochgeschwindigkeitsanwendungen bedeutend. Beispielhaft kann die Steuerung von Drohnen genannt werden, die Geschwindigkeiten von rund 500 Knoten erreichen. Hier müssen die Sensoren mit einer erhöhten Grenzfrequenz arbeiten, um präzise Fluglagenkorrekturen in Echtzeit zu berechnen. Der DSP des S32Z2-Prozessors ermöglicht eine hocheffiziente Echtzeit-Signalverarbeitung, um Dateninterpolation und Rauschfilterung durchzuführen, womit sich die Steuer- und Regelgenauigkeit signifikant verbessert.

Die erste Plattform, die MicroSys für Automotive und Co. adaptiert hat, war NXPs® S32G CPU. Wie können beide Plattformen bestmöglich zusammenarbeiten?
Ina Schindler: Wie erwähnt, bieten wir neben dem S32Z2-Prozessor auch die S32G-Plattformen von NXP® an, die als Companion-Chip für spezifische Anwendungen nutzbar ist. Kunden profitieren von einer einheitlichen Architektur mit nur einem Chip-Hersteller, was die Systemintegration vereinfacht.

Während der S32G-Prozessor für Kommunikations- und Gateway-Funktionen optimiert ist, übernimmt der S32Z-Prozessor das Echtzeit-Controlling. Die Kombination ermöglicht eine effiziente Datenaggregation, -verteilung und verarbeitung – gesteuert durch die enge Integration von MicroSys und Cetitec. In der Praxis zeigt sich oft, dass nicht alle Anwendungsfälle mit einem einzelnen Chip abzudecken sind, insbesondere wenn im Entwicklungsprozess neue Sensoren oder Steuerfunktionen hinzukommen. Durch ein Re-Design mit zusätzlicher Z-Controller-Integration lassen sich alle funktionalen Anforderungen flexibel und effizient umsetzen.