Betrieb eines Steuergeräts

Die Erfindung betrifft ein Steuergerät in einem Kraftahrzeug, aufweisend eine Kommunikationseinrichtung zur drahtlosen Kommunikation in einem wenigstens eine kraftfahrzeugexterne Einrichtung aufweisenden Netzwerk, ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Steuergeräts in einem Kraftfahrzeug.

Bei modernen Kraftfahrzeugen wird es immer üblicher, diese auch an externe Netze anzubinden, insbesondere an das Internet. Auf diese Weise können nicht nur Komfortfunktionen realisiert werden, sondern auch mit der Führung des Kraftfahrzeugs in unmittelbarer Verbindung stehende, aktuelle Informationen abgerufen werden, beispielsweise was den Straßenzustand, Wetterverhältnisse und dergleichen angeht. Dabei wird die Verbindung in das Internet meist über ein Mobilfunknetz hergestellt.

Um eine solche„Onlineverbindung" zu einem externen Netzwerk zu realisieren, ist es bekannt, ein spezielles Steuergerät vorzusehen, das beispielsweise als„Online Connectivity Unit" (OCU) bezeichnet werden kann. In einem solchen Steuergerät oder an dieses angeschlossen kann auch eine Kommunikationseinrichtung vorliegen, welche beispielsweise als ein Telefonmodul mit einer Antenne und entsprechender Elektronik realisiert sein kann. Derartige Kommunikationsmodule werden häufig auch als„Network Access Device" (NAD) bezeichnet. Eine Verbindung zu anderen Fahrzeugsystemen ausgehend von dem Steuergerät wird über ein Bussystem des Kraftfahrzeugs realisiert, wobei moderne Kraftfahrzeuge häufig mehrere Fahrzeugbusse (Bussysteme) aufweisen. Das Steuergerät weist üblicherweise mithin eine Verbindung zu einem dieser Bussysteme auf, um aus dem Netzwerk empfangene Daten an andere Fahrzeugsysteme übermitteln zu können oder von diesen an das Netzwerk gerichtete Daten zu empfangen und an die Kommunikationseinrichtung weiterzuleiten.

Immer dann, wenn eine Verbindung zu externen Netzwerken, insbesondere dem Internet, besteht, existiert auch ein Risiko für Angriffe auf der Elektronik- und Softwareebene, beispielsweise für Hacking- und/oder Jammingangriffe. Durch die Anbindung an das Netzwerk über das Steuergerät und den Fahrzeugbus steht bereits eine Hürde für potentielle Angreifer zur Verfügung, wobei dennoch eine Erhöhung der Sicherheit immer gewünscht ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Ausgestaltung eines Steuergeräts anzugeben, bei der eine erhöhte Sicherheit gegenüber Angriffen aus einem externen Netzwerk, insbesondere dem Internet, gegeben ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Steuergerät der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine Recheneinrichtung des Steuergeräts wenigstens zwei Prozessorkerne umfasst, wobei ein Datenaustausch zwischen der Kommunikationseinrichtung und einem ersten Prozessorkern ausschließlich über einen zweiten der Prozessorkerne erfolgt.

Das bedeutet, innerhalb des Steuergeräts wird ein Prozessorkern vorgesehen, der sich ausschließlich dem Datenaustausch zwischen wenigstens einem weiteren Prozessorkern und der Kommunikationseinrichtung widmet. Auf diese Weise ist ein mehrstufiges Sicherheitskonzept realisiert, das drei Domänen definiert, nämlich zum einen die fahrzeugunabhängige„backend- Domäne", die durch die Kommunikationseinrichtung realisiert ist, eine .Adaptions-Domäne", die durch den zweiten Prozessorkern gegeben ist, und schließlich die„Fahrzeug-Domäne", die durch den wenigstens einen ersten Prozessorkern gegeben ist und die fahrzeugseitigen Funktionen des Steuergeräts zur Verfügung stellt. Insbesondere kann der erste Prozessorkern mithin den Datenaustausch mit wenigstens einem Bussystem des Kraftfahrzeugs und/oder wenigstens eine weitere durch das Steuergerät zu erfüllende Funktion steuern. Regelt der erste Prozessorkern lediglich den Datenaustausch mit dem Bussystem des Kraftfahrzeugs, ist ein dediziertes Steuerge- rät für die Anbindung an das Netzwerk realisiert, beispielsweise als eine der bereits genannten„Online Connectivity Units". Relevanter wird der Sicherheitsaspekt, wenn das Steuergerät auch weitere Funktionen im Kraftfahrzeug erfüllen soll, auf die ein unberechtigter Zugriff von außen, also durch das externe Netzwerk, möglichst vermieden werden soll.

In diesem Zusammenhang sieht eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung vor, dass das Steuergerät ein Vernetzungssteuergerät mit einer Anschlusseinrichtung an mehrere, insbesondere alle, zur Kommunikation zwischen unterschiedlichen Fahrzeugsystemen vorgesehenen Bussysteme ist und der erste Prozessorkern zur Steuerung des Austausche von Daten zwischen den Bussystemen und zwischen den Bussystemen und dem Netzwerk ausgebildet ist. Derartige Vernetzungssteuergeräte, die häufig auch als„Gateway" bezeichnet werden, sind bereits bekannt, nachdem Kraftfahrzeuge häufig mehrere Bussysteme aufweisen und bestimmte Daten in mehreren dieser Bussysteme vorliegen müssen. Ein Vernetzungssteuergerät betreibt also prinzipiell Routing, wobei die beschriebene besonders vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung nun auch vorsieht, den Zugang zu dem externen Netzwerk mit in das Vernetzungssteuergerät zu integrieren, so dass jeglicher Datenaustausch an einem einzigen Ort geregelt werden kann. Dabei sind jedoch auch höhere Anforderungen an die Sicherheit denkbar, nachdem das Vernetzungssteuergerät ja zu bevorzugt allen Bussystemen des Kraftfahrzeugs Zugang hat, mithin eine zentrale Position einnimmt, die nicht korrumpiert werden sollte. Hier erweist sich das Vorsehen des speziell zur Anbindung an das externe Netzwerk gedachten zweiten Prozessorkerns als besonders zweckmäßig, da ein hervorragendes Sicherheitskonzept gegeben ist. Denn selbst ein Kompromittieren des zweiten Prozessorkerns führt noch zu keiner Beeinflussung des eigentlichen Gateway-Prozessorkerns, also des wenigstens einen ersten Prozessorkerns, nachdem zweckmäßigerweise stark angreifbare Teile der Software, beispielsweise ein TCP/IP-Stack, auf dem zweiten Prozessorkern gekapselt sind. Hierzu kommen die Vorteile einer Integration von dem Vernetzungssteuergerät und der Anbindung an das externe Netzwerk, beispielsweise, dass eine Anbindung an bevorzugt alle Fahrzeugbusse vorliegt und mithin Daten aus dem Netzwerk unmittelbar auf das Ziel-Bussystem gegeben werden können. Es ist mithin eine breitbandige Anbindung gegeben. Würde ein spezielles, nur an ein einziges Bussystem, beispielsweise einen CAN-Bus, angeschlossenes Steuergerät verwendet, müsste der gesamte Verkehr zu dem und von dem externen Netzwerk über dieses eine Bussystem laufen, welches zu stark ausgelastet würde, nachdem die meisten Bussysteme in ihrer Bandbreite begrenzt sind. Besteht Kommunikationsbedarf zwischen dem externen Netzwerk und einem anderen Bussystem, wären bei einem nur an ein Bussystem angeschlossenen Steuergerät zwei Fahrzeugbusse„wach" zu halten, so dass ein höherer Ruhestrom gegeben wäre. Bei der hier vorgestellten integrierten Lösung ist mithin ein besseres Ruhestromverhalten zu erreichen. Die Integration bietet zudem ein monetäres Einsparpotential, nachdem bestimmte Hardwarebestandteile nicht mehr benötigt werden.

Vorteilhaft ist es ferner, wenn die Prozessorkerne Teil eines Mehrkernprozessors sind. Derartige Mehrkernprozessoren sind im Stand der Technik bereits bekannt und bieten die grundsätzliche Hardwarestruktur, die es erlaubt, einzelnen Prozessorkernen bestimmte auf die Sicherheit bezogene Funktionen zuzuordnen und diese weitgehend abzuschotten. Beispielsweise kann ein sogenannter Dual Core-Prozessor eingesetzt werden.

Insbesondere kann also durch den zweiten Prozessorkern eine demilitarisierte Zone geschaffen sein. Die demilitarisierten Zonen sind im Stand der Technik bereits bekannt und stellen eine Art aus Sicherheitsgründen vorgesehene Pufferregion dar, deren Korruption von außen unkritisch ist, da nur klar definierte Zugänge zum eigentlichen System, realisiert durch den wenigstens einen ersten Prozessorkern, gegeben sind, auf deren Realisierung im Folgenden noch näher eingegangen wird. Anders ausgedrückt kann man sich im übertragenen Sinne den zweiten Prozessorkern auch als eine Art „Firewall" vorstellen, die die eigentlichen Fahrzeugsysteme gegenüber dem externen Netzwerk, insbesondere dem Internet, schützt. Eine konkrete, besonders bevorzugte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die Recheneinrichtung eine Speichereinrichtung aufweist, wobei ein von dem zweiten Prozessorkern ausschließlich adressierbarer Speicherbereich zur Kommunikation zwischen dem ersten und dem zweiten Prozessorkern vorgesehen ist. Es wird also ein geteilter Speicher („shared memory") eingesetzt, um die Kommunikation zwischen dem ersten und dem zweiten Prozessorkern zu ermöglichen. Der Einsatz von Mehrkernprozessoren in der Recheneinrichtung ist dabei besonders vorteilhaft, da die Grundlagen für die entsprechende Funktionalität dort bereits gegeben sind. Mehrkernprozessoren weisen meist eine Speichereinrichtung (RAM) auf, die von allen Prozessorkernen des Mehrkernprozessors grundsätzlich verwendet werden kann und durch eine Steuereinheit verwaltet wird. Mithin ist es realisierbar, dass ein bestimmter Speicherbereich der Speichereinrichtung nur durch den zweiten Prozessorkern angesprochen werden kann, wobei zudem der zweite Prozessorkern auch keinerlei Zugriff auf andere Speicherbereiche der Speichereinrichtung als den geteilten Speicherbereich erhält. Auf diese Weise kann der Datenaustausch zwischen den Prozessorkernen auf eine definierte Art und Weise erfolgen.

Die Recheneinrichtung kann mithin insbesondere als Teil eines Mehrkernprozessors eine zur Steuerung des Zugriffs auf die Speichereinrichtung ausgebildete Steuereinheit umfassen, die insbesondere ausschließlich über den ersten Prozessorkern konfigurierbar ist. Derartige Steuereinheiten sind auch unter dem Namen„Memory Protection Unit" (MPU) bekannt. Vorliegend ist eine Konfiguration bevorzugt nur über den ersten Prozessorkern erlaubt, so dass auch bei kompromittiertem zweiten Prozessorkern dessen Zugriffsrechte nicht erweiterbar sind.

Eine zweckmäßige Weiterbildung sieht vor, dass die Prozessorkerne zur Kommunikation durch den geteilten Speicherbereich über Ein- /Ausgabepuffer ausgebildet sind. Die entsprechenden Datenobjekte/ Datenpakete, die in dem Ein-/Ausgabepuffer abgelegt werden, sind dabei zweckmäßigerweise von einem bestimmten, der Sicherheit zuträglichen Format und können seitens des ersten Prozessorkerns bzw. also eines speziellen dort vorgesehenen Softwaremoduls gegebenenfalls noch überprüft werden. Der Ein-/Ausgabepuffer stellt mithin die einzige, klar definierte Schnittstelle dar, über die die idealerweise bereits aufbereiteten Daten aus dem externen Netzwerk empfangen bzw. an dieses weitergegeben werden können, so dass eine äußerst hohe Sicherheit gegeben ist.

Vorzugsweise ist der zweite Prozessorkern zur Durchführung wenigstens einer Sicherheitsüberprüfung und/oder zu einer die Sicherheit erhöhenden Formatumwandlung der von der Kommunikationseinrichtung empfangenen Daten ausgebildet. Insbesondere kann dann, wenn Daten mit dem TCP/IP- Protokoll empfangen werden, eine Überprüfung und Formatumwandlung innerhalb des zweiten Prozessorkerns erfolgen, was die Gesamtsicherheit des Systems weiter erhöht und die Möglichkeiten des zweiten Prozessorkerns weiter ausnutzt.

Allgemein sind die Kommunikationseinrichtung und die Recheneinrichtung selbstverständlich über eine Kommunikationsverbindung verbunden, die beispielsweise als eine SPI-Verbindung oder eine USB-Verbindung zwischen dem zweiten Prozessorkern und der Kommunikationseinrichtung realisiert werden kann.

Schließlich sei noch angemerkt, dass die Kommunikationseinrichtung zweckmäßigerweise eine WLAN-Schnittstelle und/oder eine Schnittstelle zu einem Mobilfunknetz sein kann, insbesondere mit der Absicht, eine Verbindung zum Internet herzustellen.

Neben dem Steuergerät betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug, das ein erfindungsgemäßes Steuergerät aufweist. Sämtliche Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen Steuergeräts lassen sich analog auf das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug übertragen, mit welchem mithin dieselben Vorteile erhalten werden können. Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Betrieb eines Steuergeräts in einem Kraftfahrzeug, aufweisend eine Kommunikationseinrichtung zur drahtlosen Kommunikation in einem wenigstens eine kraftfahrzeugexterne Einrichtung aufweisenden Netzwerk und eine Recheneinrichtung mit wenigstens zwei Prozessorkernen, wobei zum Datenaustausch zwischen der Kommunikationseinrichtung und einem ersten Prozessorkern ausschließlich ein zweiter der Prozessorkerne verwendet wird. Auch bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens gilt, dass sich die Ausführungen bezüglich des Steuergeräts sinngemäß übertragen lassen, so dass auch das erfindungsgemäße Verfahren Zugang zu den genannten Vorteilen erlaubt. Insbesondere kann es sich also um ein Verfahren zum Betrieb eines erfindungsgemäßen Steuergeräts handeln. '

Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Steuergeräts, und

Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug.

Fig. 1 zeigt eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Steuergeräts 1. Dabei handelt es sich vorliegend um ein Vernetzungssteuergerät (Gateway), welches mithin am Gehäuse 2 eine Anschlusseinrichtung 3 an verschiedene Bussysteme 4 des Kraftfahrzeugs, in dem das Steuergerät 1 verbaut ist, aufweist. Das Steuergerät 1 weist als Recheneinrichtung 5 einen Mehrkernprozessor 6 auf, hier einen Dual-Core-Prozessor mit zwei Prozessorkernen 7, 8.

In dem Steuergerät 1 verbaut, konkret im selben Gehäuse 2 wie die Recheneinrichtung 5, ist vorliegend auch eine Kommunikationseinrichtung 9 vorgesehen, konkret ein Telefonmodul 10 (häufig auch als NAD - Network Access Device bezeichnet). Auf diese Weise kann mittels einer geeigneten Antenne 11 , die innerhalb oder außerhalb des Steuergeräts 1 vorgesehen sein kann, über ein Mobilfunknetz eine Verbindung in ein externes Netzwerk 12, hier das Internet, aufgebaut werden.

Das als Vernetzungssteuergerät ausgebildete Steuergerät 1 kann mithin als „Connected Gateway" bezeichnet werden.

Um die Sicherheit im Hinblick auf Bedrohungen aus dem Netzwerk 12 zu verbessern, wird vorliegend ein zweiter Prozessorkern 8 des Mehrkernprozessors 6 ausschließlich zum Transport von Daten von der Kommunikationseinrichtung 9 zu dem ersten Prozessorkern 7 und umgekehrt genutzt. Der erste Prozessorkern ist dabei nicht nur zur Steuerung des Austausche von Daten zwischen dem Bussystem ausgebildet, sondern auch zur Steuerung des Austausche von Daten zwischen den Bussystemen 4 und dem Netzwerk 12.

Der zweite Prozessorkern 8 bildet somit eine Art Schutzwall, wobei konkret durch den zweiten Prozessorkern 8 eine demilitarisierte Zone (DMZ) geschaffen wird. Im zweiten Prozessorkern 8 werden, wie durch das Kästchen 13 angedeutet, Sicherheitsüberprüfungen und Sicherheitserhöhende Formatumwandlungen der von der Kommunikationseinrichtung 9 empfangenen Daten durchgeführt. Die Sicherheit wird ferner dadurch erhöht, dass in einer Speichereinrichtung 14 des Mehrkernprozessors 6 ein klar definierter Speicherbereich 15 zum Datenaustausch zwischen dem ersten Prozessorkern 7 und dem zweiten Prozessorkern 8 genutzt wird. Der zweite Prozessorkern 8 hat dabei lediglich Zugriff auf den Speicherbereich 15, nicht auf den restlichen Adressbereich der Speichereinrichtung 14. Hierfür sorgt eine Steuereinheit 16, die als MPU - Memory Protection Unit wirkt. Die Steuereinheit 16 ist so konfiguriert, dass sie nur durch den ersten Prozessorkern 7 angesteuert werden kann, es damit nicht möglich ist, seitens des zweiten Prozessorkerns 8 diese Speicherzuordnung zu verändern.

Der Datenaustausch über den Speicherbereich 15 erfolgt dabei über Ein-/ Ausgabepuffer, wobei ein klar vorgegebenes, Sicherheitserhöhendes Aus- tauschformat gegeben ist, welches sich beispielsweise durch bestimmte Paketgrößen und dergleichen auszeichnet.

Zwischen der Kommunikationseinrichtung 9 und der Recheneinrichtung 5, konkret dem zweiten Prozessorkern 8, besteht eine Kommunikationsverbindung, die vorliegend als SPI-Verbindung 22 realisiert ist, aber auch eine USB-Verbindung sein kann.

Damit ist letztlich eine Aufteilung und klare Trennung von Funktionalitäten innerhalb des Steuergeräts 1 gegeben, mithin ein Drei-Domänen-Prinzip. Eine erste Domäne ist die Fahrzeug-Domäne 17, die vorliegend für das Routing zwischen den Bussystemen 4 und von und zu dem Netzwerk 12 ausgebildet ist, wobei hinsichtlich letzterem der Datentransport klar definiert über den geteilten Speicherbereich 15, den zweiten Prozessorkern 8 und die Kommunikationseinrichtung 9 verläuft. Der zweite Prozessorkern 8 bildet die Adaptions-Domäne 18, in der Daten zwischen unterschiedlichen Formaten umgewandelt und Sicherheitsüberprüfungen vorgenommen werden können. Hier ist eine demilitarisierte Zone geschaffen, das bedeutet, selbst bei Korrumpierung des zweiten Prozessorkerns 8 erlangt ein Angreifer keinen Zugriff auf für das Fahrzeug relevante Funktionen, die im ersten Prozessorkern 7 durchgeführt würden, der nur über den geteilten Speicherbereich 15 eine klar definierte und gegebenenfalls weiteren Sicherheitsüberprüfungen unterworfene Kommunikation durchführt.

Die Kommunikationseinrichtung 9 bildet die fahrzeugunabhängige Backend- Domäne 19.

Fig. 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug 20 in einer Prinzipskizze. Dieses umfasst das Steuergerät 1 als Vernetzungssteuergerät, welches an sämtliche Fahrzeugbusse 4 zur Kommunikation mit weiteren, hier nur angedeuteten Fahrzeugsystemen 21 angeschlossen ist. Bei den Bussystemen 4 kann es sich dabei um Bussysteme unterschiedlicher Art handeln, beispielsweise umfassend CAN-Busse, Flexray-Busse und Ethernet-Busse. Über die Antenne 1 und die Kommunikationseinrichtung 9 sowie die im Prozessor- kern 8 gebildete demilitarisierte Zone ist zudem eine sichere Verbindung zum Internet möglich, so dass von extern ankommende Daten gleich am Knotenpunkt für die Fahrzeugbusse 4 vorliegen.