За последние двадцать лет электроника кардинально изменила опыт взаимодействия с автомобилем. По данным Deloitte, на электронные системы сегодня приходится 40% стоимости новой машины (в 2000 году — 18%). Количество электронных блоков управления (ECU) в одном автомобиле варьируется от 50 до 100 и более, а объем управляющего кода достигает 150 миллионов строк.
Эти изменения предъявляют новые требования к инженерам. Разработчик, создающий программное обеспечение для блока управления двигателем, уже не может ограничиваться знанием языков программирования — владеть аналоговой и цифровой схемотехникой, системотехникой, электродинамикой, радиотехникой, методами преобразования и обработки сигналов автоэлектронных блоков и комплексов, воплощая функциональные Embedded-решения в печатные конструкции радиомодулей, интерфейсно связанных в единую бортовую киберфизическую архитектуру. Подготовкой таких специалистов — на стыке программирования и радиоинженерии — занимается меглаборатория телематики и автоэлектроники РТУ МИРЭА.
«Компьютерра» разобралась, как устроено обучение в этой лаборатории, почему CAN-шина остается уязвимой спустя десятилетия после своего появления и какие навыки превращают инженера в специалиста, способного управлять сложнейшей электронной системой современного автомобиля. Подробности — в нашем материале.
Физика для программиста
В отличие от традиционного ИТ-кластера, отладка и результат работы программных алгоритмов здесь интерпретируются непосредственно на цифровом радиоинженерном оборудовании анализа и диагностики бортовых сигналов. По словам заведующего кафедрой радиоволновых процессов и технологий РТУ МИРЭА Михаила Костина, от современного разработчика встраиваемых систем потребуются знания не только программной алгоритмистики, но и владение радиотехническими и электрофизическими параметрами устройства. Так, например, бортовые cигналы телеметрии от датчиков или периферийных блоков автоэлектронной сети на пути к головному ECU могут искажаться из-за наводимых помех, временных задержек, а также нелинейных, реактивных и переходных процессов электронных цепей и шин. Эти и другие эффектны, в конечном итоге, должны быть учтены инженером-программистом при создании программного кода, выборе протоколов обмена данными, а также сигнальных параметров автоэлектронных модулей и их сенсорной периферии.
Поэтому Embedded-разработчик должен понимать, не только законы прикладной информатики, но и как устроена плата, каким образом передаются сигналы и какие ограничения есть у конкретного микроконтроллера или программируемой логической схемы, на базе которых реализуется архитектура автоэлектронной системы. Области прикладных направлений в мегалаборатории включают изучение специальных дисциплин: кроссплатформенное программирование встраиваемых систем; разработка смарт-приложений встраиваемых систем; cистемная инженерия встраиваемых систем; программно-аппаратная алгоритмистика, а также другие.
«Когда Вы программируете микроконтроллер выбранного семейства с конкретной архитектурой или программируемую логическую интегральную схему, на базе которой построена скоростная ОСРВ бортового компьютера, нужно не забывать учитывать радиофизические и радиотехнические характеристики печатного узла и ЭКБ.
В некоторых случаях даже материал печатной платы, например, бортового GPS/GLONASS модуля или ППМ с цифровым управлением, может быть выбран в исполнении гибридной конфигурации по технологии PCB-Rogers. Иными словами, реализуемая стратегия подготовки Embedded-разработчика носит междисциплинарную направленность, связывающую прикладное программирование с радиоинженерией».
Михаил Костин, заведующий кафедрой радиоволновых процессов и технологий РТУ МИРЭА
Реальная электроника в учебной аудитории
Особенность учебно-научной мегалаборатории составляют автоматизированные программно-аппаратные комплексы, построенные на базе автоэлектронных Embedded-модулей управления, приборных панелей с борт-компьютером в составе головного устройства, многоканальных сенсорных групп с эмулятором бортовой периферии CAN-шин, отладочных плат на микроконтроллерах и ПЛИС, анализаторов и многоканальных систем сбора и обработки данных, выпускаемых НПП «ИТЭЛМА» для отечественной автоэлектроники. Кроме того, на базе мегалаборатории действует интерактивная стендовая экспозиция с образцами самых передовых новинок радиоэлектронных изделий, выпускаемых НПП «ИТЭЛМА», в том числе для сектора биомедицинской электроники и инфраструктурной автоматики.
Обучающиеся имеют выделенный доступ к некоторым принципиальным схемам, технической документации, сервисным мануалам и моделям (цифровым двойникам) автоэлектронных и цифровых устройств. Для диагностики и моделирования используются анализаторы интерфейсов, оборудование для работы с CAN-шиной (Controller Area Network — специальная проводная сеть в автомобилях и технике, которая соединяет между собой все электронные блоки) и эмуляторы датчиков телеметрии ДВС. Реальный автомобиль для эксперимента не требуется — сигналы от отдельных узлов можно воспроизвести с помощью измерительного и эмулирующего оборудования.
Студенты должны научиться моделировать работу бортовой сети, подключаться к блокам управления, диагностировать оборудование и составлять диагностические карты. Подход позволяет приблизить учебную задачу к производственной: инженер разбирается в принципиальной схеме, технических характеристиках, сервисной документации, а затем проверяет работу устройства на практике.
CAN-шина как точка входа
Отдельный пласт подготовки связан с внутренними сетями автомобиля, в первую очередь — с CAN-шиной. Через нее электронные блоки обмениваются данными: двигатель, тормозная система, подушки безопасности, навигация — все это общается по единой сети.
Эта технология создавалась для надежности и скорости, а не для безопасности. CAN не имеет встроенных средств аутентификации, шифрования и проверки целостности сообщений. Как отмечается в исследованиях, классический CAN остается уязвимым для атак, несмотря на свою широкую распространенность.
Ранее мы рассказывали, как эксперт из «Лаборатории Касперского» на «ИТ-Пикнике 2026» предупреждал о растущих киберрисках для автомобилей. Подробнее читайте тут.
Так, совместная образовательная программа «Аппаратное программирование встраиваемых систем» РТУ МИРЭА и ИТЭЛМА также включает разделы по специальным дисциплинам, связанным с обеспечением безопасности информационных и аппаратных систем бортовой автоэлектроники.
Такой подход соответствует международному стандарту ISO/SAE 21434, который рассматривает кибербезопасность не как отдельную проверку готового автомобиля, а как процесс, сопровождающий разработку на всем жизненном цикле — от проектирования до утилизации. Стандарт охватывает программное обеспечение, аппаратные компоненты и коммуникационные интерфейсы.
Стандарт распространяется не только на автомобиль, но и на его цифровую инфраструктуру. Так, например, драйвер электропитания бортовой сети — это не просто точка подключения системы автоэлектронных блоков и модулей, а еще один элемент цифровой системы, через который проходит обмен данными. Например, при зарядке электромобиль и станция обмениваются сертификатами и параметрами сессии, поэтому такой интерфейс также может стать точкой для кибератаки и поврежденная станция может выдавать себя за фантомную инфраструктуру. Иммобилайзер с системой беспроводного управления и трекер-навигацией автомобиля также можно отнести к беспроводным интерфейсам, к которым предъявляются особые требования и международные регламенты по кибербезопасности.
Специалист на стыке двух областей
В РТУ МИРЭА подготовку специалистов для работы со встраиваемыми системами ведут в рамках совместной программы РТУ МИРЭА и НПП ИТЭЛМА «Аппаратное программирование встраиваемых систем». Она объединяет программирование и аппаратную инженерию. По словам Михаила Костина, около половины обучения занимает усиленная подготовка по программированию, включая низкоуровневое, а также языки аппаратного описания HDL. Все это необходим для понимания архитектуры цифровых устройств и микропроцессоров. Остальная часть связана с аппаратной составляющей — студенты разрабатывают и исследуют программно-аппаратные систем и комплексы, реализуемые на базе сигнальных интерфейсов, высокопроизводительных микроконтроллеров, ПЛИС, одноплатных компьютеров, нейросетевых модулей, РЧ-модулей и их гибридных конфигураций.
Так инженер-программист создает схемоархитектурные решения и программный код приложений, драйверов или сервисов с учетом характеристик аппаратной части устройства или системы. Такие специалисты востребованы в компаниях и на предприятиях радиоэлектронного и ИТ-сектора, занимающихся созданием программно-аппаратных платформ реального времени.
Как показывает международный опыт, совместная с промышленностью подготовка инженерных кадров значительно повышает способность студентов решать реальные технические задачи и сокращает объем дополнительного обучения уже после трудоустройства.
Несмотря на ориентацию на отечественную промышленность, программа не ограничивается конкретными моделями автомобилей или продукцией одного предприятия. В подготовке используются международные промышленные стандарты, изучается современная компонентная база. Значительная часть технических руководств и описаний микроконтроллеров выпускается на английском языке, поэтому студенты работают с оригинальной документацией.
Мегалаборатория как модель будущего
Создаваемые в РТУ МИРЭА площадки — это не просто учебно-научные и технологические полигоны, а новая модель инженерного образования, в котором границы между специальностями становятся менее заметными.
Переход автомобильной отрасли к зональным архитектурам требует специалистов, которые одинаково хорошо понимают программный код и устройство аппаратной части. Поэтому РТУ МИРЭА реализует образовательную программу в области Embedded-разработки с погружением студентов в три ключевые области: программирование, схемотехника и цифровая обработка сигналов.
Сегодня автомобиль, интегрирующий физические процессы от механики, гидравлики, пневматики, акустики, теплотехники до радиоэлектроники, связи, телевидения, сенсорики, навигации, алгоритмистики и искусственного интеллекта, хорошо показывает, почему такой подход становится необходимым. Для его разработки уже недостаточно отдельно разбираться в электронике и программировании. Embedded-разработчику нужно видеть систему целиком на междисциплинарном уровне — от сигнала на плате и работы микроконтроллера до протоколов сетевого обмена, диагностики, обновления программного обеспечения, его кибербезопасности и так далее.