The future roadmap of in-vehicle network processing: a HW-centric (R-)evolution

© 2022 IEEE. Personal use of this material is permitted. Permission from IEEE must be obtained for all other uses, in any current or future media, including reprinting/republishing this material for advertising or promotional purposes,creating new collective works, for resale or redistribution to servers or lists, or reuse of any copyrighted component of this work in other works.The automotive industry is undergoing a deep revolution. With the race towards autonomous driving, the amount of technologies, sensors and actuators that need to be integrated in the vehicle increases exponentially. This imposes new great challenges in the vehicle electric/electronic (E/E) architecture and, especially, in the In-Vehicle Network (IVN). In this work, we analyze the evolution of IVNs, and focus on the main network processing platform integrated in them: the Gateway (GW). We derive the requirements of Network Processing Platforms that need to be fulfilled by future GW controllers focusing on two perspectives: functional requirements and structural requirements. Functional requirements refer to the functionalities that need to be delivered by these network processing platforms. Structural requirements refer to design aspects which ensure the feasibility, usability and future evolution of the design. By focusing on the Network Processing architecture, we review the available options in the state of the art, both in industry and academia. We evaluate the strengths and weaknesses of each architecture in terms of the coverage provided for the functional and structural requirements. In our analysis, we detect a gap in this area: there is currently no architecture fulfilling all the requirements of future automotive GW controllers. In light of the available network processing architectures and the current technology landscape, we identify Hardware (HW) accelerators and custom processor design as a key differentiation factor which boosts the devices performance. From our perspective, this points to a need - and a research opportunity - to explore network processing architectures with a strong HW focus, unleashing the potential of next-generation network processors and supporting the demanding requirements of future autonomous and connected vehicles.Peer ReviewedPostprint (published version

Proceedings of the Linux Audio Conference 2018

These proceedings contain all papers presented at the Linux Audio Conference 2018. The conference took place at c-base, Berlin, from June 7th - 10th, 2018 and was organized in cooperation with the Electronic Music Studio at TU Berlin

Time-sensitive autonomous architectures

Autonomous and software-defined vehicles (ASDVs) feature highly complex systems, coupling safety-critical and non-critical components such as infotainment. These systems require the highest connectivity, both inside the vehicle and with the outside world. An effective solution for network communication lies in Time-Sensitive Networking (TSN) which enables high-bandwidth and low-latency communications in a mixed-criticality environment. In this work, we present Time-Sensitive Autonomous Architectures (TSAA) to enable TSN in ASDVs. The software architecture is based on a hypervisor providing strong isolation and virtual access to TSN for virtual machines (VMs). TSAA latest iteration includes an autonomous car controlled by two Xilinx accelerators and a multiport TSN switch. We discuss the engineering challenges and the performance evaluation of the project demonstrator. In addition, we propose a Proof-of-Concept design of virtualized TSN to enable multiple VMs executing on a single board taking advantage of the inherent guarantees offered by TSN

System-on-chip architecture for secure sub-microsecond synchronization systems

213 p.En esta tesis, se pretende abordar los problemas que conlleva la protección cibernética del Precision Time Protocol (PTP). Éste es uno de los protocolos de comunicación más sensibles de entre los considerados por los organismos de estandarización para su aplicación en las futuras Smart Grids o redes eléctricas inteligentes. PTP tiene como misión distribuir una referencia de tiempo desde un dispositivo maestro al resto de dispositivos esclavos, situados dentro de una misma red, de forma muy precisa. El protocolo es altamente vulnerable, ya que introduciendo tan sólo un error de tiempo de un microsegundo, pueden causarse graves problemas en las funciones de protección del equipamiento eléctrico, o incluso detener su funcionamiento. Para ello, se propone una nueva arquitectura System-on-Chip basada en dispositivos reconfigurables, con el objetivo de integrar el protocolo PTP y el conocido estándar de seguridad MACsec para redes Ethernet. La flexibilidad que los modernos dispositivos reconfigurables proporcionan, ha sido aprovechada para el diseño de una arquitectura en la que coexisten procesamiento hardware y software. Los resultados experimentales avalan la viabilidad de utilizar MACsec para proteger la sincronización en entornos industriales, sin degradar la precisión del protocolo

Demystifying Internet of Things Security

Break down the misconceptions of the Internet of Things by examining the different security building blocks available in Intel Architecture (IA) based IoT platforms. This open access book reviews the threat pyramid, secure boot, chain of trust, and the SW stack leading up to defense-in-depth. The IoT presents unique challenges in implementing security and Intel has both CPU and Isolated Security Engine capabilities to simplify it. This book explores the challenges to secure these devices to make them immune to different threats originating from within and outside the network. The requirements and robustness rules to protect the assets vary greatly and there is no single blanket solution approach to implement security. Demystifying Internet of Things Security provides clarity to industry professionals and provides and overview of different security solutions What You'll Learn Secure devices, immunizing them against different threats originating from inside and outside the network Gather an overview of the different security building blocks available in Intel Architecture (IA) based IoT platforms Understand the threat pyramid, secure boot, chain of trust, and the software stack leading up to defense-in-depth Who This Book Is For Strategists, developers, architects, and managers in the embedded and Internet of Things (IoT) space trying to understand and implement the security in the IoT devices/platforms

Kommunikation und Bildverarbeitung in der Automation

In diesem Open Access-Tagungsband sind die besten Beiträge des 11. Jahreskolloquiums "Kommunikation in der Automation" (KommA 2020) und des 7. Jahreskolloquiums "Bildverarbeitung in der Automation" (BVAu 2020) enthalten. Die Kolloquien fanden am 28. und 29. Oktober 2020 statt und wurden erstmalig als digitale Webveranstaltung auf dem Innovation Campus Lemgo organisiert. Die vorgestellten neuesten Forschungsergebnisse auf den Gebieten der industriellen Kommunikationstechnik und Bildverarbeitung erweitern den aktuellen Stand der Forschung und Technik. Die in den Beiträgen enthaltenen anschauliche Anwendungsbeispiele aus dem Bereich der Automation setzen die Ergebnisse in den direkten Anwendungsbezug

Kommunikation und Bildverarbeitung in der Automation

In diesem Open-Access-Tagungsband sind die besten Beiträge des 9. Jahreskolloquiums "Kommunikation in der Automation" (KommA 2018) und des 6. Jahreskolloquiums "Bildverarbeitung in der Automation" (BVAu 2018) enthalten. Die Kolloquien fanden am 20. und 21. November 2018 in der SmartFactoryOWL, einer gemeinsamen Einrichtung des Fraunhofer IOSB-INA und der Technischen Hochschule Ostwestfalen-Lippe statt. Die vorgestellten neuesten Forschungsergebnisse auf den Gebieten der industriellen Kommunikationstechnik und Bildverarbeitung erweitern den aktuellen Stand der Forschung und Technik. Die in den Beiträgen enthaltenen anschaulichen Beispiele aus dem Bereich der Automation setzen die Ergebnisse in den direkten Anwendungsbezug

System-on-chip architecture for secure sub-microsecond synchronization systems

213 p.En esta tesis, se pretende abordar los problemas que conlleva la protección cibernética del Precision Time Protocol (PTP). Éste es uno de los protocolos de comunicación más sensibles de entre los considerados por los organismos de estandarización para su aplicación en las futuras Smart Grids o redes eléctricas inteligentes. PTP tiene como misión distribuir una referencia de tiempo desde un dispositivo maestro al resto de dispositivos esclavos, situados dentro de una misma red, de forma muy precisa. El protocolo es altamente vulnerable, ya que introduciendo tan sólo un error de tiempo de un microsegundo, pueden causarse graves problemas en las funciones de protección del equipamiento eléctrico, o incluso detener su funcionamiento. Para ello, se propone una nueva arquitectura System-on-Chip basada en dispositivos reconfigurables, con el objetivo de integrar el protocolo PTP y el conocido estándar de seguridad MACsec para redes Ethernet. La flexibilidad que los modernos dispositivos reconfigurables proporcionan, ha sido aprovechada para el diseño de una arquitectura en la que coexisten procesamiento hardware y software. Los resultados experimentales avalan la viabilidad de utilizar MACsec para proteger la sincronización en entornos industriales, sin degradar la precisión del protocolo

System-on-chip architecture for secure sub-microsecond synchronization systems

213 p.En esta tesis, se pretende abordar los problemas que conlleva la protección cibernética del Precision Time Protocol (PTP). Éste es uno de los protocolos de comunicación más sensibles de entre los considerados por los organismos de estandarización para su aplicación en las futuras Smart Grids o redes eléctricas inteligentes. PTP tiene como misión distribuir una referencia de tiempo desde un dispositivo maestro al resto de dispositivos esclavos, situados dentro de una misma red, de forma muy precisa. El protocolo es altamente vulnerable, ya que introduciendo tan sólo un error de tiempo de un microsegundo, pueden causarse graves problemas en las funciones de protección del equipamiento eléctrico, o incluso detener su funcionamiento. Para ello, se propone una nueva arquitectura System-on-Chip basada en dispositivos reconfigurables, con el objetivo de integrar el protocolo PTP y el conocido estándar de seguridad MACsec para redes Ethernet. La flexibilidad que los modernos dispositivos reconfigurables proporcionan, ha sido aprovechada para el diseño de una arquitectura en la que coexisten procesamiento hardware y software. Los resultados experimentales avalan la viabilidad de utilizar MACsec para proteger la sincronización en entornos industriales, sin degradar la precisión del protocolo