中國(guó)汽車(chē)工業(yè)協(xié)會(huì)軟件分會(huì)（以下簡(jiǎn)稱軟件分會(huì)）發(fā)布中國(guó)車(chē)用操作系統(tǒng)開(kāi)源計(jì)劃（以下簡(jiǎn)稱開(kāi)源計(jì)劃）。普華基礎(chǔ)軟件聯(lián)合軟件分會(huì)成員單位一汽、東風(fēng)、長(zhǎng)安、中汽創(chuàng)智、中電科32所、西部智聯(lián)、地平線、芯馳、先進(jìn)操作系統(tǒng)創(chuàng)新中心、電子科技大學(xué)等企業(yè)和高校，結(jié)成開(kāi)源共建伙伴，實(shí)施開(kāi)源計(jì)劃。此次開(kāi)源計(jì)劃的發(fā)布，標(biāo)志著中國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)在智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)發(fā)展模式上，走向更高水平開(kāi)放。

前言：軟件定義汽車(chē)背景下，操作系統(tǒng)是汽車(chē)生態(tài)發(fā)展的靈魂。隨著汽車(chē)電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化的發(fā)展，汽車(chē)操作系統(tǒng)已經(jīng)成為車(chē)輛中重要的組成部分之一，一定程度上決定了車(chē)輛的安全性、舒適度、智能化水平和整體性能。

1、汽車(chē)操作系統(tǒng)簡(jiǎn)介

汽車(chē)操作系統(tǒng)是運(yùn)行在異構(gòu)分布硬件架構(gòu)上的實(shí)時(shí)安全平臺(tái)軟件，提供整車(chē)及部件感知、規(guī)劃、控制等功能框架并向上支撐智能網(wǎng)聯(lián)駕駛生態(tài)的軟件集合，是汽車(chē)智能計(jì)算基礎(chǔ)平臺(tái)安全、實(shí)時(shí)和高效運(yùn)行的重要基礎(chǔ)和核心支撐。

汽車(chē)操作系統(tǒng)包括安全車(chē)載操作系統(tǒng)、智能駕駛操作系統(tǒng)和智能座艙操作系統(tǒng)。

① 安全車(chē)載操作系統(tǒng)

安全車(chē)載操作系統(tǒng)主要面向經(jīng)典車(chē)輛控制領(lǐng)域，如動(dòng)力系統(tǒng)、底盤(pán)系統(tǒng)和車(chē)身系統(tǒng)等，該類(lèi)操作系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性和安全性要求極高，生態(tài)發(fā)展已趨于成熟。

安全車(chē)載操作系統(tǒng)主要是實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)RTOS，主要應(yīng)用對(duì)象是 ECU。ECU對(duì)安全車(chē)載操作系統(tǒng)最基本的要求是高實(shí)時(shí)性，系統(tǒng)需要在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成資源分配、任務(wù)同步等指定動(dòng)作。嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)具有高可靠性、實(shí)時(shí)性、交互性以及多路性的優(yōu)勢(shì)，系統(tǒng)響應(yīng)極高，通常在毫秒或者微秒級(jí)別，滿足了高實(shí)時(shí)性的要求。

目前，主流的安全車(chē)載操作系統(tǒng)都兼容 OSEK/VDX 和 Classic AUTOSAR 這兩類(lèi)汽車(chē)電子軟件標(biāo)準(zhǔn)。其中，Classic 平臺(tái)基于 OSEK/VDX 標(biāo)準(zhǔn)，定義了安全車(chē)載操作系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范。

② 智能駕駛操作系統(tǒng)

隨著智能化、網(wǎng)聯(lián)化技術(shù)的發(fā)展，智能汽車(chē)感知融合、決策規(guī)劃和控制執(zhí)行功能帶來(lái)了更為復(fù)雜算法并產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，需要更高的計(jì)算能力與數(shù)據(jù)通信能力?；?OSEK/VDX 和 Classic AUTOSAR 軟件架構(gòu)的安全車(chē)載操作系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足未來(lái)自動(dòng)駕駛汽車(chē)的發(fā)展需求，AUTOSAR 組織為面向更復(fù)雜的域控制器和中央計(jì)算平臺(tái)的集中式電子電氣架構(gòu)推出 Adaptive AUTOSAR 平臺(tái)。

Adaptive AUTOSAR 定義采用了基于 POSIX 標(biāo)準(zhǔn)的操作系統(tǒng)，可以為支持 POSIX 標(biāo)準(zhǔn)的操作系統(tǒng)及不同的應(yīng)用需求提供標(biāo)準(zhǔn)化的平臺(tái)接口和應(yīng)用服務(wù)，主要是為了適應(yīng)汽車(chē)智能化的發(fā)展需求。Adaptive AUTOSAR 處于發(fā)展初期，其生態(tài)建設(shè)獲得 Tier1、主機(jī)廠的普遍認(rèn)可尚需時(shí)日。

智能駕駛操作系統(tǒng)主要面向智能駕駛領(lǐng)域，應(yīng)用于智能駕駛域控制器，該類(lèi)操作系統(tǒng)對(duì)安全性和可靠性要求較高，同時(shí)對(duì)性能和運(yùn)算能力的要求也較高。該類(lèi)操作系統(tǒng)目前在全世界范圍內(nèi)日趨成熟，但生態(tài)尚未完備。

③ 智能座艙操作系統(tǒng)

智能座艙操作系統(tǒng)主要為汽車(chē)信息娛樂(lè)服務(wù)以及車(chē)內(nèi)人機(jī)交互提供控制平臺(tái)，是汽車(chē)實(shí)現(xiàn)座艙智能化與多源信息融合的運(yùn)行環(huán)境，對(duì)操作系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性與可靠性要求并不嚴(yán)苛。

主流車(chē)型的智能座艙操作主要包括QNX、Linux、Android等，傳統(tǒng)智能座艙操作系統(tǒng)中QNX占據(jù)了絕大部分份額，近年來(lái)，智能座艙的娛樂(lè)與信息服務(wù)屬性越發(fā)凸顯，開(kāi)源的Linux以及在手機(jī)端擁有大量成熟信息服務(wù)資源的Android被眾多主機(jī)廠青睞，成為后起之秀。此外，國(guó)外少量車(chē)型還采用了Win CE等作為智能座艙操作系統(tǒng)。

隨著人們對(duì)車(chē)輛由單純交通工具向智能移動(dòng)終端轉(zhuǎn)變的需求，智能座艙操作系統(tǒng)需要支持多樣化的應(yīng)用與服務(wù)，并且具有豐富的生態(tài)資源。

2、國(guó)內(nèi)外主流汽車(chē)操作系統(tǒng)方案簡(jiǎn)介

隨著自動(dòng)駕駛技術(shù)的快速發(fā)展，汽車(chē)對(duì)軟件特別是操作系統(tǒng)的變革需求越來(lái)越高，主機(jī)廠、Tier1供應(yīng)商和自動(dòng)駕駛軟硬件技術(shù)方案提供商紛紛投入大量的人力、物力和財(cái)力進(jìn)行汽車(chē)操作系統(tǒng)的研發(fā)，希望在軟件定義汽車(chē)的時(shí)代能夠占據(jù)一席之地。下面對(duì)目前國(guó)內(nèi)外主流汽車(chē)操作系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用情況進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

①?特斯拉Autopilot自動(dòng)駕駛軟件架構(gòu)

眾所周知，特斯拉是自動(dòng)駕駛技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化的領(lǐng)跑者，其優(yōu)勢(shì)在于以計(jì)算平臺(tái)為核心，自研并領(lǐng)先芯片硬件、操作系統(tǒng)、平臺(tái)軟件等。特斯拉自動(dòng)駕駛軟件架構(gòu)如上圖所示，主要特點(diǎn)是其操作系統(tǒng)基于單一Linux內(nèi)核，打造了整套自動(dòng)駕駛的軟件方案，實(shí)現(xiàn)了感知、定位、融合、決策、規(guī)劃到控制的全流程。

從公開(kāi)的信息可知，系統(tǒng)基于Ubuntu進(jìn)行裁剪，對(duì)Linux內(nèi)核進(jìn)行了實(shí)時(shí)性改造，這個(gè)內(nèi)核也開(kāi)源在Github上，深度學(xué)習(xí)框架基于PyTorch，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理基于開(kāi)源流處理平臺(tái)Kafka，擁有48個(gè)獨(dú)立的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行多維度數(shù)據(jù)處理，并且具備強(qiáng)大的OTA升級(jí)能力。其FSD（Full Self-Driving）計(jì)算平臺(tái)硬件集成了智能座艙域和自動(dòng)駕駛域，操作系統(tǒng)通過(guò)OTA軟件升級(jí)，充分利用數(shù)據(jù)、云計(jì)算生態(tài)，開(kāi)創(chuàng)汽車(chē)產(chǎn)品價(jià)值和服務(wù)的新模式。

②?大眾中央集中式軟件架構(gòu)

大眾汽車(chē)為了加速自動(dòng)駕駛技術(shù)的應(yīng)用，組建了龐大隊(duì)伍自主開(kāi)發(fā)汽車(chē)操作系統(tǒng)vw.OS。vw.OS采用的是基于Adaptive AUTOSAR 面向服務(wù)的軟件架構(gòu)，其中，中央集中式軟件架構(gòu)如上圖所示。

大眾新一代EE架構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)主要有：

??采用高性能處理器、高速網(wǎng)絡(luò)

??兼容POSIX的內(nèi)核（Linux/QNX等）+Adaptive AUTOSAR

??應(yīng)用軟件和I/O功能解耦，減少整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜性和應(yīng)用之間的依賴性

??高效、快速地開(kāi)發(fā)用戶功能

??采用面向服務(wù)的通信

③ 華為MDC智能駕駛計(jì)算平臺(tái)架構(gòu)

華為MDC（Mobile Data Center：移動(dòng)數(shù)據(jù)中心）定位為智能駕駛的計(jì)算平臺(tái)。平臺(tái)集成了華為在ICT領(lǐng)域30多年的研發(fā)與生產(chǎn)制造經(jīng)驗(yàn)，基于CPU與AI處理器芯片，搭載智能駕駛OS，兼容AUTOSAR，支持L2~L5平滑演進(jìn)，結(jié)合配套的完善工具鏈，客戶或生態(tài)合作伙伴可開(kāi)發(fā)出針對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)景的智能駕駛應(yīng)用。

華為的MDC智能駕駛計(jì)算平臺(tái)架構(gòu)主要特點(diǎn)有：

??提供軟硬件解決方案，且高度解耦，可獨(dú)立升級(jí)，硬件升級(jí)路線和軟件升級(jí)路線分別獨(dú)立；

??對(duì)主流傳感器的適配性好，支持主流GNSS、IMU、攝像頭、激光雷達(dá)和毫米波雷達(dá)等傳感器的數(shù)據(jù)接入，且支持?jǐn)z像頭和激光雷達(dá)點(diǎn)云的前融合；

??對(duì)主流中間層軟件的適配性很好，可兼容ROS和AUTOSAR，支持Caffe和TensorFlow等常用深度學(xué)習(xí)框架核心組件（芯片、操作系統(tǒng)內(nèi)核）自主可控；

??華為是業(yè)界唯一同時(shí)擁有CPU與AI芯片研發(fā)能力的廠家，MDC平臺(tái)硬件集成具有CPU與AI計(jì)算能力的強(qiáng)大SoC芯片，為智能駕駛提供可擴(kuò)展的異構(gòu)算力；

??功能軟件基于SOA架構(gòu)，遵循AUTOSAR規(guī)范，定義了智能駕駛基本算法組件的調(diào)用框架與組件之間的軟件接口；上層場(chǎng)景應(yīng)用可以靈活選擇不同的算法組件組合，實(shí)現(xiàn)具體的場(chǎng)景應(yīng)用功能。

④?英偉達(dá)自動(dòng)駕駛平臺(tái)架構(gòu)

英偉達(dá)（NVIDIA）是全球領(lǐng)先的人工智能計(jì)算公司，利用其先進(jìn)的硬件芯片開(kāi)發(fā)優(yōu)勢(shì)，以行業(yè)較領(lǐng)先的高性能安全芯片為核心，提供完整的硬件平臺(tái)和基礎(chǔ)軟件平臺(tái)，其架構(gòu)如上圖所示。NVIDIA計(jì)算平臺(tái)硬件目前處在Xavier階段，下一代平臺(tái)Orin已發(fā)布但并未上市。Xavier是NVIDIA首次生產(chǎn)的車(chē)規(guī)級(jí)系統(tǒng)級(jí)芯片，該芯片采用了六種不同類(lèi)型的處理器。

基于Xavier芯片，NVIDIA提供面向自動(dòng)駕駛開(kāi)發(fā)的DRIVE AGX Xavier，算力達(dá)到30 TOPS，面向L2+和L3級(jí)自動(dòng)駕駛；提供的DRIVE AGX Pegasus使用兩塊Xavier系統(tǒng)級(jí)芯片和兩塊Turing GPU，算力達(dá)到320 TOPS，面向L4級(jí)和L5級(jí)自動(dòng)駕駛。NVIDIA Drive系統(tǒng)軟件層融合了第三方RTOS+AUTOSAR，設(shè)有Hypervisor層，第三方量產(chǎn)RTOS方案通過(guò)了ASIL D認(rèn)證。

⑤ 百度Apollo開(kāi)放平臺(tái)架構(gòu)

百度Apollo是一套軟件平臺(tái)，其依賴的計(jì)算平臺(tái)硬件需要采用第三方的IPC，Apollo開(kāi)放平臺(tái)架構(gòu)如上圖所示。百度自行研發(fā)了兩款輔助性硬件ASU（Apollo傳感器單元）和AXU（Apollo擴(kuò)展單元）。其中，ASU用于收集各傳感器的數(shù)據(jù)，通過(guò)PCIe傳輸至IPC，此外，IPC對(duì)車(chē)輛的控制指令也需通過(guò)ASU向CAN發(fā)送；AXU用于滿足額外算力、存儲(chǔ)的需求，以GPU、FPGA形式接入已有硬件平臺(tái)。

百度Apollo的主要特點(diǎn)有：

??為網(wǎng)聯(lián)云控（V2X）進(jìn)行軟硬件端到端的開(kāi)發(fā)

??很好地融入了云服務(wù)，其中包括眾多百度自家的其他產(chǎn)品，如：基礎(chǔ)百度云服務(wù)、在線仿真產(chǎn)品、高精度地圖、小度助手（Duer OS），各產(chǎn)品間彼此受益

??由于開(kāi)源，核心的算法模塊在Github進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間優(yōu)化后已充分產(chǎn)品化

??主要側(cè)重系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā)，包含定制優(yōu)化的操作系統(tǒng)、系統(tǒng)中間件及算法功能模塊，大部分硬件則采用第三方方案

??產(chǎn)品沒(méi)有涉及到AUTOSAR架構(gòu)的額外開(kāi)發(fā)適配，也無(wú)需對(duì)車(chē)輛現(xiàn)有的ECU/MCU進(jìn)行改變。

3、汽車(chē)操作系統(tǒng)現(xiàn)狀

① 安全車(chē)載操作系統(tǒng)

安全車(chē)載操作系統(tǒng)國(guó)外發(fā)展較早，目前已經(jīng)開(kāi)展了一系列的標(biāo)準(zhǔn)化工作，國(guó)內(nèi)目前主要處于跟隨狀態(tài)。

歐洲在 20 世紀(jì) 90 年代發(fā)展出用于汽車(chē)電子上分布式實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的開(kāi)放式系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn) OSEK/VDX，主要包括四部分標(biāo)準(zhǔn)：操作系統(tǒng)規(guī)范、通信規(guī)范、網(wǎng)絡(luò)管理規(guī)范、OSEK 實(shí)現(xiàn)語(yǔ)言。但隨著技術(shù)、產(chǎn)品、客戶需求等的升級(jí)，OSEK 標(biāo)準(zhǔn)逐漸不能支持新的硬件平臺(tái)。

2003年，寶馬、博世、大陸、戴姆勒、通用、福特、標(biāo)志雪鐵龍、豐田、大眾9家企業(yè)作為核心成員，成立了一個(gè)汽車(chē)開(kāi)放系統(tǒng)架構(gòu)組織（簡(jiǎn)稱AUTOSAR組織），致力于建立一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)，獨(dú)立于硬件的分層軟件架構(gòu)，制定各種車(chē)輛應(yīng)用接口規(guī)范和集成標(biāo)準(zhǔn)。為應(yīng)用開(kāi)發(fā)提供方法論層面的指導(dǎo)，以減少汽車(chē)軟件設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，提高汽車(chē)軟件的靈活性和開(kāi)發(fā)效率，以及在不同汽車(chē)平臺(tái)的復(fù)用性。AUTOSAR以O(shè)SEK/VDX為基礎(chǔ)，但涉及的范圍更廣。

截至目前，AUTOSAR組織已發(fā)布Classic和Adaptive兩個(gè)平臺(tái)規(guī)范，分別對(duì)應(yīng)安全控制類(lèi)和自動(dòng)駕駛的高性能類(lèi)。Classic平臺(tái)基于OSEK/VDX標(biāo)準(zhǔn)，定義了安全車(chē)載操作系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范。Classic AUTOSAR的軟件架構(gòu)如下圖所示，其主要特點(diǎn)是面向功能的架構(gòu)（FOA），采用分層設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用層、基礎(chǔ)軟件層和硬件層的解耦。

Classic AUTOSAR分層軟件架構(gòu) （R20-11）

AUTOSAR標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)由于采用開(kāi)放式架構(gòu)和縱向分層、橫向模塊化架構(gòu)，不僅提高了開(kāi)發(fā)效率、降低開(kāi)發(fā)成本，同時(shí)保障了車(chē)輛的安全性與一致性。AUTOSAR組織發(fā)展至今，得到了越來(lái)越多的行業(yè)認(rèn)可，目前已有超過(guò)280家的整車(chē)、零部件、軟件、硬件等領(lǐng)域的成員。AUTOSAR目前已經(jīng)成為國(guó)際主流的標(biāo)準(zhǔn)軟件架構(gòu)，基于AUTOSAR 標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)，擁有完整的汽車(chē)軟件解決方案的企業(yè)主要有Vector、KPIT、ETAS、DS以及被大陸收購(gòu)的Elektrobit和被西門(mén)子收購(gòu)的MentorGraphics。此外，寶馬、沃爾沃等汽車(chē)廠商都相繼推出了基于AUTOSAR標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)的車(chē)型。

日本汽車(chē)軟件平臺(tái)架構(gòu)組織JasPar（Japan Automotive Software Platform Architecture）成立于2004年，旨在聯(lián)合企業(yè)橫向定制兼顧汽車(chē)軟硬件的通信標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)現(xiàn)汽車(chē)操作系統(tǒng)的通用化，提高基礎(chǔ)軟件的再利用率等。JasPar組織成員包括絕大多數(shù)的日系汽車(chē)及配套軟硬件產(chǎn)品廠商。

日本汽車(chē)軟件平臺(tái)架構(gòu)組織JasPar

我國(guó)主機(jī)廠及零配件供應(yīng)商目前主要使用Classic AUTOSAR標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)。一汽集團(tuán)、長(zhǎng)安集團(tuán)等主機(jī)廠于2009年開(kāi)始利用Classic AUTOSAR標(biāo)準(zhǔn)的工具進(jìn)行ECU的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、驗(yàn)證。2011年4月，上汽集團(tuán)、一汽集團(tuán)、長(zhǎng)安集團(tuán)、奇瑞集團(tuán)等主機(jī)廠和部分高校成立了CASA聯(lián)盟，旨在中國(guó)推廣和發(fā)展AUTOSAR架構(gòu)。目前江淮汽車(chē)也是主要基于Classic AUTOSAR標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行軟件和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。

在產(chǎn)品方面，普華軟件是中國(guó)電子科技集團(tuán)的國(guó)產(chǎn)操作系統(tǒng)戰(zhàn)略平臺(tái)，并作為牽頭單位承擔(dān)了關(guān)于汽車(chē)電子操作系統(tǒng)的十一五、十二五核高基重大專(zhuān)項(xiàng)，所形成的汽車(chē)操作系統(tǒng)在車(chē)身控制模塊（BCM）、新能源整車(chē)控制器（VCU/HCU）、電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）等關(guān)鍵零部件得到量產(chǎn)應(yīng)用，并已被德國(guó)博世的先進(jìn)輔助駕駛系統(tǒng)（ADAS）量產(chǎn)使用。

東軟睿馳發(fā)布了NeuSAR產(chǎn)品，其基于AUTOSAR研發(fā)制作，為自主研發(fā)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的OEM整車(chē)企業(yè)及零部件供應(yīng)商提供的面向下一代汽車(chē)通訊和計(jì)算架構(gòu)的系統(tǒng)平臺(tái)，包含Classic AUTOSAR、Adaptive AUTOSAR及系列開(kāi)發(fā)系統(tǒng)工具。

②?智能駕駛操作系統(tǒng)

智能駕駛操作系統(tǒng)將會(huì)成為自動(dòng)駕駛汽車(chē)發(fā)展的核心競(jìng)爭(zhēng)力之一。智能駕駛操作系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)和特點(diǎn)是縱向分層，以實(shí)現(xiàn)層與層之間的解耦，方便快速開(kāi)發(fā)和移植，如下圖所示。

智能駕駛操作系統(tǒng)縱向分層示意圖

各層之間各司其職，分工不同：

操作系統(tǒng)：負(fù)責(zé)對(duì)硬件提供線程創(chuàng)建等服務(wù)；

中間件/開(kāi)發(fā)框架：負(fù)責(zé)和不同操作系統(tǒng)對(duì)接，并給上面應(yīng)用提供通訊，資源管理等服務(wù)；

應(yīng)用/功能軟件：剩下都是它的事。

目前行業(yè)普遍采用的智能駕駛操作系統(tǒng)主要是Linux、QNX和其他RTOS（如FreeRTOS、ThreadX、VxWorks等）。

三者之間的主要特點(diǎn)對(duì)比如下圖所示：

智能駕駛操作系統(tǒng)比較

Linux最初是作為通用操作系統(tǒng)而設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的，但提供了一些實(shí)時(shí)處理支持，這包括大部分POSIX標(biāo)準(zhǔn)中的實(shí)時(shí)功能，支持多任務(wù)、多線程，具有豐富的通信機(jī)制等。除此之外，Linux社區(qū)有實(shí)時(shí)性增強(qiáng)patch，在Linux內(nèi)核原有RT功能上，增加了中斷線程化、優(yōu)先級(jí)默認(rèn)繼承等功能。Linux也提供了符合POSIX標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)度策略，包括FIFO調(diào)度策略、時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度策略和靜態(tài)優(yōu)先級(jí)搶占式調(diào)度策略。另外，Linux還提供了內(nèi)存鎖定功能，以避免在實(shí)時(shí)處理中存儲(chǔ)頁(yè)面被換出，同時(shí)提供了符合POSIX標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)時(shí)信號(hào)機(jī)制。

QNX是一種商用的遵從POSIX規(guī)范的類(lèi)Unix實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，其主要特點(diǎn)是符合分布式、嵌入式、可規(guī)模擴(kuò)展的硬實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。QNX遵循POSIX.1(程序接口)和POSIX.2(Shell和工具)、部分遵循POSIX.1b(實(shí)時(shí)擴(kuò)展)。QNX的微內(nèi)核結(jié)構(gòu)是它區(qū)別于其它操作系統(tǒng)的顯著特點(diǎn)。QNX的微內(nèi)核結(jié)構(gòu)，內(nèi)核獨(dú)立自處于一個(gè)被保護(hù)的地址空間；驅(qū)動(dòng)程序、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和應(yīng)用程序處于程序空間中。

在底層操作系統(tǒng)之上，軟件中間件在智能駕駛領(lǐng)域也備受關(guān)注。中間件的主要目標(biāo)是為上層應(yīng)用提供數(shù)據(jù)通信、協(xié)議對(duì)齊、計(jì)算調(diào)度、模塊化封裝等常用功能，為應(yīng)用開(kāi)發(fā)提供標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的開(kāi)發(fā)框架，實(shí)現(xiàn)模塊解耦和代碼復(fù)用。

接下來(lái)介紹兩種自動(dòng)駕駛的中間件方案：Adaptive AUTOSAR和ROS

Adaptive AUTOSAR

Adaptive AUTOSAR架構(gòu)邏輯視圖（R20-11）

AUTOSAR組織為應(yīng)對(duì)自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展推出了Adaptive AUTOSAR（AP）架構(gòu)，如上圖所示。其主要特點(diǎn)是采用面向服務(wù)的架構(gòu)（SOA），服務(wù)可根據(jù)應(yīng)用需求動(dòng)態(tài)加載，可通過(guò)配置文件動(dòng)態(tài)加載配置，并可進(jìn)行單獨(dú)更新。相對(duì)于Classic AUTOSAR（CP），可以滿足更強(qiáng)大的算力需求，更安全，兼容性好，可進(jìn)行敏捷開(kāi)發(fā)。

Adaptive AUTOSAR系統(tǒng)主要適應(yīng)于新的集中式的高性能計(jì)算平臺(tái)，滿足車(chē)內(nèi)部件之間的高速通信需求和智能駕駛的高計(jì)算能力需求。AP平臺(tái)采用了服務(wù)化的架構(gòu)，系統(tǒng)由一系列的服務(wù)組成，應(yīng)用和其他軟件模塊可以根據(jù)需求調(diào)用其中的一個(gè)或者多個(gè)服務(wù)，而服務(wù)可以是平臺(tái)提供的，也可以是遠(yuǎn)程其他部件提供，OEM可以按照功能設(shè)計(jì)需求定義自己的服務(wù)組合。

AP平臺(tái)沒(méi)有設(shè)計(jì)新的操作系統(tǒng)內(nèi)核，所有符合POSIX PSE51接口的操作系統(tǒng)內(nèi)核都可以使用，AP平臺(tái)重點(diǎn)是在操作系統(tǒng)內(nèi)核之上的系統(tǒng)服務(wù)中間層，主要分為平臺(tái)基礎(chǔ)功能和平臺(tái)服務(wù)功能兩部分。AP平臺(tái)主要的三個(gè)支撐和演進(jìn)方向是：安全（包含信息安全和功能安全），連接（包括車(chē)內(nèi)和車(chē)外各種新的通信機(jī)制），可升級(jí)（包含OTA，靈活的軟件設(shè)計(jì)和管理等）。AP平臺(tái)仍采用傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)方式，每年一個(gè)版本集中進(jìn)行新的功能發(fā)布。

ROS

ROS 架構(gòu)

ROS作為最早開(kāi)源的機(jī)器人軟件中間件，很早就被機(jī)器人行業(yè)使用。ROS的首要設(shè)計(jì)目標(biāo)是在機(jī)器人研發(fā)領(lǐng)域提高代碼復(fù)用率。ROS是一個(gè)分布式的進(jìn)程（也就是“節(jié)點(diǎn)”）框架，這些進(jìn)程被封裝在易于被分享和發(fā)布的程序包和功能包中。整個(gè)智能駕駛系統(tǒng)和機(jī)器人系統(tǒng)有很強(qiáng)的相似度，ROS的開(kāi)源特性，豐富的開(kāi)源庫(kù)和工具鏈，特別在智能駕駛的研究領(lǐng)域有著較為廣泛的應(yīng)用，很多自動(dòng)駕駛的原型系統(tǒng)中都能夠看到ROS 的身影，例如AUTOWARE，百度Apollo 最初也是使用了ROS，直至Apollo 3.5 版本才切換至自研的車(chē)載中間件CyberRT。

ROS在發(fā)展過(guò)程中主要有兩個(gè)版本，ROS1和ROS2，ROS1的通信依賴中心節(jié)點(diǎn)的處理，無(wú)法解決單點(diǎn)失敗等可靠性問(wèn)題。為了更好的符合工業(yè)級(jí)的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，ROS2 最大的改變是，取消Master中央節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的分布式發(fā)現(xiàn)，發(fā)布/訂閱，請(qǐng)求/響應(yīng)；底層基于DDS （數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)）這個(gè)工業(yè)級(jí)的通信中間件通信機(jī)制，支持多操作系統(tǒng)，包括Linux、windows、Mac、RTOS等。

雖然ROS2基于ROS1有了很大的改進(jìn)，但是距離完全車(chē)規(guī)應(yīng)用還有很大的距離，有些公司如APEX.AI也在對(duì)ROS進(jìn)行車(chē)規(guī)級(jí)的改造嘗試。

③?智能座艙操作系統(tǒng)

在智能座艙操作系統(tǒng)領(lǐng)域，目前還沒(méi)有統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，智能座艙操作系統(tǒng)主要掌握在幾家國(guó)外軟件企業(yè)手中，包括黑莓的QNX、諸多基于Linux的定制操作系統(tǒng)以及基于Android開(kāi)源項(xiàng)目的操作系統(tǒng)（其本身也基于Linux）。

QNX CAR 應(yīng)用平臺(tái)

QNX 是一種商用的遵從POSIX規(guī)范的類(lèi)Unix實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，目標(biāo)市場(chǎng)主要是面向嵌入式系統(tǒng)，具備高運(yùn)行效率、高可靠性的特點(diǎn)，并在工控領(lǐng)域擁有近40年的使用經(jīng)驗(yàn)，被廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、軌道交通、航空航天等對(duì)安全性、實(shí)時(shí)性要求較高的領(lǐng)域。QNX是全球第一款通過(guò)ISO 26262 ASIL D安全認(rèn)證的智能座艙操作系統(tǒng)，已匹配全球超過(guò)40個(gè)汽車(chē)品牌，并應(yīng)用于6000多萬(wàn)輛汽車(chē)，是目前市場(chǎng)占有率第一的智能座艙操作系統(tǒng)，全球市場(chǎng)份額超過(guò)75%。

AGL（Automotive Grade Linux）

Linux 功能較 QNX 更強(qiáng)大，組件也更為復(fù)雜，因此 Linux常用于支持更多應(yīng)用和接口的信息娛樂(lè)系統(tǒng)中。協(xié)會(huì)或聯(lián)盟致力于將開(kāi)源 Linux 操作系統(tǒng)推廣至汽車(chē)領(lǐng)域中，典型代表如 AGL、GENIVI。例如，特斯拉在Linux基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出了完全適配旗下車(chē)輛的操作系統(tǒng)；阿里的AliOS也是基于Linux開(kāi)發(fā)，目前已經(jīng)應(yīng)用在上汽榮威、上汽名爵等多款車(chē)型上。2016年，由Linux基金會(huì)贊助的開(kāi)源車(chē)載系統(tǒng)AGL（Automotive Grade Linux）項(xiàng)目發(fā)布2.0版本，致力于為汽車(chē)軟件行業(yè)提供全新的智能座艙系統(tǒng)支持。

Android 憑借國(guó)內(nèi)豐富的應(yīng)用生態(tài)切入汽車(chē) IVI 系統(tǒng)。雖然安全性、穩(wěn)定性不足，但由于車(chē)載信息娛樂(lè)系統(tǒng)對(duì)安全性要求相對(duì)較低，Android仍然憑借其上述優(yōu)點(diǎn)在國(guó)內(nèi)車(chē)載信息娛樂(lè)系統(tǒng)領(lǐng)域占據(jù)主流地位。尤其是各大互聯(lián)網(wǎng)巨頭、自主品牌、造車(chē)新勢(shì)力紛紛基于Android進(jìn)行定制化改造，推出了自己的汽車(chē)操作系統(tǒng)，如阿里AliOS、百度小度車(chē)載OS、比亞迪DiLink、蔚來(lái)NIO OS、小鵬Xmart OS 等。

結(jié)束語(yǔ)

智能座艙和自動(dòng)駕駛的發(fā)展，特斯拉的突飛猛進(jìn)，讓各大主機(jī)廠越來(lái)越重視汽車(chē)操作系統(tǒng)。但車(chē)企現(xiàn)在所做的軟件定義汽車(chē)，大都是通過(guò)軟硬件解耦來(lái)降低造車(chē)成本、豐富新車(chē)功能，在操作系統(tǒng)層面大都還停留在市場(chǎng)調(diào)研和學(xué)習(xí)借鑒階段。

鑒于美國(guó)不斷封鎖打壓中國(guó)高科技企業(yè)，從國(guó)家層面來(lái)說(shuō)，擁有自主可控的車(chē)載芯片和操作系統(tǒng)是一個(gè)必然的要求。但研發(fā)一個(gè)新的操作系統(tǒng)，有足夠的時(shí)間、人力、財(cái)力和技術(shù)能力嗎？研發(fā)失敗了怎么辦？開(kāi)發(fā)出來(lái)之后只為了供給自己使用？怎么盈利？如果投入市場(chǎng)能有一席之地嗎？這些都是需要考慮的問(wèn)題。

編輯：黃飛

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