• Ein einziges System für die genaue Wiedergabe von Sensordaten in mehrere SUTs parallel
• Geringere Komplexität und einfachere Wartung des gesamten Testaufbaus
• Data Replay mit geringeren Kosten und geringerem Platzbedarf ohne Qualitätseinbußen
• Einfacher Wechsel von weniger komplexen zu komplexeren Perzeptionssteuergeräten ohne Wechsel der Prüfmittel

Aufgabe

Die Gewährleistung der Sicherheit und Zuverlässigkeit der Fahrzeugsensorik unter allen Fahrbedingungen ist eine entscheidende Aufgabe für ADAS/AD-Systeme auf höheren Autonomiestufen. Genaue Perzeption ist eine zwingende Voraussetzung für alle nachfolgenden Schritte in der Datenverarbeitungskette autonomer Fahrzeuge (AV), von der Datenfusion und Lokalisierung bis hin zur Bahnplanung und Fahrzeugsteuerung. Unabhängig davon, ob es sich um einen kleinen intelligenten Sensor wie Radar oder Lidar, einen Domain-Controller oder einen Hochleistungscomputer (HPC) handelt, muss die Perzeption auf der Zielhardware anhand von realen Daten validiert werden, um eine angemessene Leistung und Robustheit in verschiedenen Verkehrs- und Umgebungsszenarien zu gewährleisten.

Herausforderung 

Die Validierung eines intelligenten Sensors oder eines kleinen Perzeptionssteuergeräts mit nur einer Kamera und wenigen CAN-Kanälen erfordert ein weniger komplexes Hardware-in-the-Loop (HIL)-Replay-System als für einen ADAS/AD-Domain-Controller mit einer größeren Anzahl von Kameras und Ethernet-Kanälen für die Bereitstellung von Radar- und Lidar-Sensordaten. Eine der größten Herausforderungen für den Kunden ist die Wahl der richtigen Testumgebung. Ein möglicher Ansatz besteht darin, mit einem Replay-System der Einstiegsklasse zu beginnen, um die geringen Anforderungen an das Replay in intelligenten Sensoren zu erfüllen, und dann mehr Geld und Zeit in die Entwicklung einer umfassenderen Replay-Lösung zu investieren, um ADAS/AD-Steuerungen oder HPCs in späteren Projekten zu validieren. Eine andere Strategie könnte darin bestehen, einmalig in ein flexibles Hardware-Reprocessing-System zu investieren, das für den Test eines breiten Spektrums komplexer Perzeptionseinheiten in einer Vielzahl von Projekten verwendet werden kann, um die Investition über einen langen Zeitraum zu sichern.

Lösung

dSPACE bietet eine modulare Data-Replay-Lösung als Kombination skalierbarer Komponenten, bestehend aus einem Replay-PC, Rohsensordaten und Busdaten-Injektionseinheiten, die eine variable Anzahl von Replay-Kanälen für den flexiblen Einsatz bieten.
Eine kosteneffiziente und auf maximale Effizienz ausgerichtete Option ist das gleichzeitige Data Replay in mehrere zu testende Systeme (SUT) unter Verwendung eines einzigen Hardware-Reprocessing-Systems. Die validierten Perzeptionseinheiten können vom gleichen Typ sein oder sich in der Anzahl der Rohdatenschnittstellen wie Kamera- und Buskanäle zur Einspeisung einer Lidar-Punktwolke, Radar-Objektlisten und weiteren Sensor-Nutzlasten unterscheiden. Die Dateninjektion in jedes einzelne Steuergerät erfolgt über separate Kanäle mit unabhängiger Zeitsynchronisation. Im ersten Schritt werden die aufgezeichneten und annotierten Sensordaten in der Regel vorab auf lokale SSDs heruntergeladen oder können direkt aus der Cloud auf den Replay-PC gestreamt werden. RTMaps, das hochperformante dSPACE Ausführungsframework für Multisensoranwendungen, läuft auf dem Replay-PC als Replay-Software, um die aufgezeichneten Datenströme in einer Vielzahl von Dateiformaten wie MDF4, rosbags, MCAP oder PCAP auszulesen und die Daten in die Dateninjektionsschnittstellen, die Environment Sensor Interface (ESI) Unit oder die SCALEXIO zu transferieren. Um ein unabhängiges Replay zu gewährleisten, wird für jeden Prüfling (Device under Test, DUT) eine eigene Replay-Einheit von RTMaps als Prozess oder in einem Docker-Container ausgeführt. dSPACE bietet auch Dienste für die Konvertierung von Daten von einem Format in ein anderes, das zum jeweiligen SUT passt, sowie für die verlustfreie und verlustbehaftete Dekompression von Daten, z. B. mit H.265 auf GPU. RTMaps kann auch zur Berechnung von Leistungskennzahlen (Key Performance Indicators, KPIs) nach dem Replay verwendet werden, indem die Ausgabe der SUTs mit den Referenzdaten verglichen wird. Das gesamte Data-Replay-System kann über gRPC und XIL API fernbedient und überwacht werden.

Eine einzige FPGA-basierte Environment Sensor Interface Unit (ESI Unit) bietet eine Kapazität für die Einspeisung von Sensorrohdaten in bis zu 16 Kameraschnittstellen unter Verwendung von MFC-Modulen aller relevanten Typen, z. B. FPD-Link, GMSL, ASA Motion Link oder MIPI CSI. Die Module können unabhängig voneinander betrieben werden, was es der ESI-Unit ermöglicht, Rohdatenströme in mehreren SUTs parallel wiederzugeben. Im Gegensatz dazu sorgt das Echtzeitsystem SCALEXIO LabBox oder, falls mehr Rechenleistung erforderlich ist, die SCALEXIO Processing Unit, für ein jitterarmes Echtzeit-Data-Replay von Frame-basierten Sensordaten, zum Beispiel Lidar-Punktwolken, und erstellt die erforderliche Restbussimulation, um Fahrzeugstatusinformationen zu liefern und das DUT während der gesamten Antwort im erwarteten Betriebspunkt zu halten. SCALEXIO unterstützt Standard- und Automotive-Ethernet (UDP, TCP/IP, SOME/IP), CAN/CAN-FD-Busnetzwerke, LIN und sogar FlexRay. Ähnlich wie bei der ESI Unit kann jeder Buskanal in SCALEXIO unabhängig betrieben werden, was die Injektion von Busdaten in mehrere DUT gleichzeitig mit einer einzigen SCALEXIO Unit ermöglicht. Die SCALEXIO LabBox bzw. SCALEXIO Processing Unit hält das Data Replay dank der HW-basierten gPTP-Synchronisation aller Datenströme akkurat, was eine wesentliche Voraussetzung für die erfolgreiche Validierung der Perzeption ist. Die SCALEXIO Unit fungiert typischerweise als PTP timeTransmitter und stellt eine separate Synchronisation der Wiedergabe mit einzelnen SUTs auf der Grundlage ihrer Echtzeituhr her. Die ESI Unit und möglicherweise auch die SUTs sind PTP timeReceiver. Dies funktioniert jedoch auch auf andere Weise, wenn ein DUT als PTP timeTransmitter fungiert. Eine Kombination aus einer einzigen, modularen ESI Unit und einem SCALEXIO-System, das mit gPTP für das Replay in mehreren SUTs synchronisiert wird, bietet hohe Effizienz und ein optimiertes Preis-Leistungs-Verhältnis. Ohne Kompromisse bei der Qualität einzugehen, ist es auch weniger komplex, verbraucht weniger Platz und erfordert weniger Wartungsaufwand im Vergleich zum Einsatz mehrerer paralleler Low-Level-Replay-Systeme, die jeweils Daten in ein einziges SUT injizieren.

Ein weiterer Vorteil ist die Flexibilität beim Wechsel von einem Projekt zum anderen, wenn komplexere Perzeptionssteuergeräte wie ein ADAS/AD-Domain-Controller oder HPC validiert werden müssen. In solchen Fällen können die bewährten Prüfmittel unverändert bleiben, da es bereits über eine ausreichende Leistung verfügt, um eine hohe Anzahl von Datenströmen für die Roh- und Busdateneinspeisung aufzubauen. Auch wenn der Bedarf in Zukunft weiter steigen sollte, kann der Aufbau dank seiner hohen Skalierbarkeit problemlos um weitere ESI- und SCALEXIO-Komponenten erweitert werden, um diesen Bedarf zu decken. Ein weiterer Vorteil der dSPACE Hardware-Reprocessing-Lösungen ist, dass das Testsystem mit geringem Aufwand für Closed-Loop-Simulationen und szenariobasierte Tests angepasst werden kann.