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全球車用操作系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

2022-01-08 19:07:19·  來源：汽車縱橫AutoReview  作者：李魯苗 周瑋  
　
我國車控操作系統(tǒng)起步晚，總體上還處于跟隨狀態(tài)，但在智能駕駛系統(tǒng)和信息娛樂系統(tǒng)上國內(nèi)外操作系統(tǒng)差距較小，可以從頂層設(shè)計、技術(shù)創(chuàng)新、標準檢測和推廣應用等方
我國車控操作系統(tǒng)起步晚，總體上還處于跟隨狀態(tài)，但在智能駕駛系統(tǒng)和信息娛樂系統(tǒng)上國內(nèi)外操作系統(tǒng)差距較小，可以從頂層設(shè)計、技術(shù)創(chuàng)新、標準檢測和推廣應用等方面推進自主車用操作系統(tǒng)發(fā)展。
隨著電動化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化技術(shù)應用和跨鏈式融合發(fā)展，汽車產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)轉(zhuǎn)向動力電池、驅(qū)動電機、電機控制器“大三電”，并向軟硬解耦的電子電氣架構(gòu)技術(shù)延伸，其中安全可控的操作系統(tǒng)成為全新技術(shù)生態(tài)的重要內(nèi)容。國家層面也逐步加強政策引導和支持，推動車用操作系統(tǒng)自主研發(fā)和應用推廣。2017年4月，《汽車產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》中提出“重點支持傳感器、控制芯片、北斗高精度定位、車載終端、操作系統(tǒng)等核心技術(shù)的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化”。2020年4月，《關(guān)于完善新能源汽車推廣應用財政補貼政策的通知》中提出“鼓勵企業(yè)進一步提升整車安全性、可靠性，研發(fā)生產(chǎn)具有先進底層操作系統(tǒng)、電子電氣架構(gòu)和智能化網(wǎng)聯(lián)化特征的新能源汽車產(chǎn)品”。2020年10月，《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》中明確了智能化相關(guān)的技術(shù)方向，主要包括車規(guī)級芯片、車用操作系統(tǒng)、新型電子電氣架構(gòu)等關(guān)鍵技術(shù)突破。在軟件定義汽車發(fā)展趨勢下，車用操作系統(tǒng)地位將尤為重要。
國內(nèi)外車用操作系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀
按照開發(fā)類型劃分，車用操作系統(tǒng)主要分為兩大類：一是底層操作系統(tǒng)，專指內(nèi)核，主要功能包括內(nèi)存管理、文件管理、CPU調(diào)度管理、輸入輸出管理等；二是基于底層操作系統(tǒng)進行開發(fā)，除了內(nèi)核外，還包括應用程序框架、運行時環(huán)境等，主要包括定制型操作系統(tǒng)和ROM型操作系統(tǒng)。根據(jù)汽標委發(fā)布的《車用操作系統(tǒng)標準體系》劃分，車用操作系統(tǒng)按照應用功能細分為三類：安全車控操作系統(tǒng)，主要面向車輛動力系統(tǒng)、底盤系統(tǒng)、車身系統(tǒng)等傳統(tǒng)控制領(lǐng)域，要求極高的實時性、可靠性、計算能力和（功能和信息）安全性；智能駕駛操作系統(tǒng)，主要面向智能駕駛（域控制器）領(lǐng)域，要求較高的安全性和可靠性；車載操作系統(tǒng)，主要面向信息娛樂和智能座艙（中控系統(tǒng)），對安全性和可靠性要求低于車控操作系統(tǒng)和智能駕駛操作系統(tǒng)。
面向車控和智能駕駛的
AUTOSAR架構(gòu)及操作系統(tǒng)
AUTOSAR聯(lián)盟致力于為汽車電子電氣架構(gòu)建立一種開放式的行業(yè)標準，成員包括全球主流汽車制造商、零部件供應商、標準軟件供應商、開發(fā)工具和服務提供商、半導體供應商以及高校、研究機構(gòu)等。目前，AUTOSAR已成為全球主流的車載電子系統(tǒng)標準軟件架構(gòu)，根據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求已發(fā)布了兩個平臺：一是基于OSEK/VDX標準的Classic AUTOSAR平臺，定義了安全車控操作系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范，以處理控制系統(tǒng)的電子控制單元（ECU）為主要對象；二是采用了基于POSIX標準操作系統(tǒng)的Adaptive AUTOSAR平臺，適應于新的集中式的高性能計算需求，以自動駕駛和先進駕駛輔助系統(tǒng)等需要高性能計算的ECU為目標。其中，Autosar OS是AUTOSAR標準軟件架構(gòu)的操作系統(tǒng)，被劃分在基礎(chǔ)軟件層中的服務層里的系統(tǒng)服務，與OSEK兼容，是面向車輛的安全車控操作系統(tǒng)，對實時性、安全性、穩(wěn)定性要求很高。國外在安全車控操作系統(tǒng)方面發(fā)展較早，我國企業(yè)目前主要使用Classic AUTOSAR標準的工具進行設(shè)計開發(fā)。2020年7月，中國汽車工業(yè)協(xié)會組織成立了中國汽車基礎(chǔ)軟件生態(tài)委員會（簡稱AUTOSEMO）。AUTOSEMO基于AUTOSAR現(xiàn)有軟件架構(gòu)，開展自動駕駛、新能源的應用程序接口標準研究制定，系統(tǒng)軟件和測試標準與AUTOSAR標準保持一致。
綜合來看，在高安全、高穩(wěn)定、開發(fā)要求極高的車控操作系統(tǒng)方面，國內(nèi)外大部分企業(yè)均基于AUTOSAR開發(fā)各自的車控操作系統(tǒng)，我國由于起步晚在車控操作系統(tǒng)上較國外企業(yè)存在一定的差距。
面向智能駕駛和信息娛樂的
底層操作系統(tǒng)
底層操作系統(tǒng)主要包括QNX、Linux、WinCE等（見表1）。QNX是遵從POSIX規(guī)范的類UNIX實時操作系統(tǒng)，是全球第一款達到ASIL D級別的車載操作系統(tǒng)，主要用于遠程信息處理系統(tǒng)、信息娛樂和導航等，目前黑莓已開發(fā)了車載信息娛樂系統(tǒng)、數(shù)字座艙系統(tǒng)和駕駛輔助系統(tǒng)平臺。Linux是定制開發(fā)靈活度較強、基于POSIX和UNIX的開源操作系統(tǒng)，主要用于支持更多應用和接口的信息娛樂系統(tǒng)場景。AGL、GENIVI等協(xié)會或聯(lián)盟致力于將開源Linux操作系統(tǒng)推廣至汽車領(lǐng)域。其中，AGL目前集中在車載信息娛樂系統(tǒng)，未來將向輔助駕駛、座艙域、自動駕駛等領(lǐng)域延伸；GENIVI致力于基于開源的標準車載信息娛樂平臺，基本每半年對車載信息娛樂系統(tǒng)規(guī)范進行更新。WinCE是微軟開發(fā)的嵌入式操作系統(tǒng)，主要應用于車載主機、車載導航和車載娛樂系統(tǒng)，已逐步退出汽車操作系統(tǒng)市場。目前，QNX憑借優(yōu)勢占據(jù)汽車嵌入式操作系統(tǒng)市場率第一，基于Linux內(nèi)核的OS在智能座艙OS市場中占據(jù)約20%份額。
底層操作系統(tǒng)研發(fā)是一個系統(tǒng)工程，開發(fā)難度大、開發(fā)周期較長，需要投入大量的人力、財力，基本沒有企業(yè)會全新開發(fā)底層操作系統(tǒng)。目前底層操作系統(tǒng)主要被國外壟斷，國內(nèi)主要是基于現(xiàn)有底層操作系統(tǒng)進行開發(fā)。
面向智能駕駛和信息娛樂的
定制型操作系統(tǒng)
在電動化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化汽車產(chǎn)業(yè)變革趨勢下，科技公司、傳統(tǒng)車企、新造車勢力均積極打造自主研發(fā)的定制型操作系統(tǒng)，主要面向車載信息娛樂系統(tǒng)（IVI）和智能駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS），比如谷歌安卓、大眾VW.OS、特斯拉Version、華為鴻蒙、阿里巴巴AliOS等（見表2、表3）。

Android是谷歌基于Linux內(nèi)核開發(fā)的開源操作系統(tǒng)，主要應用在車載信息娛樂系統(tǒng)、導航領(lǐng)域，在國內(nèi)車載信息娛樂系統(tǒng)領(lǐng)域占據(jù)主流地位?；ヂ?lián)網(wǎng)企業(yè)、傳統(tǒng)自主企業(yè)、造車新勢力企業(yè)又基于Android進行定制化改造，推出了專屬汽車操作系統(tǒng)，如百度小度車載OS、比亞迪Dilink、吉利GKUI、蔚來NIO OS、小鵬Xmart OS等。
Version是特斯拉基于Linux內(nèi)核深度改造獨立開發(fā)的操作系統(tǒng)，支持信息娛樂系統(tǒng)和駕駛輔助系統(tǒng)，并通過OTA技術(shù)不斷進行優(yōu)化升級。對于信息安全問題，特斯拉啟用Linux系統(tǒng)中的內(nèi)核模塊-安全增強型Linux（SELinux），通過“訪問權(quán)限控制”來增強操作系統(tǒng)的安全性。
鴻蒙系統(tǒng)是華為研發(fā)的首個擁有Security（CC EAL5+）& Safety（ASIL-D）雙高認證的開源操作系統(tǒng)，具備Linux內(nèi)核和Lite微內(nèi)核等多個內(nèi)核，并基于此發(fā)布了鴻蒙座艙操作系統(tǒng)HOS、智能駕駛操作系統(tǒng)AOS以及智能車控操作系統(tǒng)VOS（兼容AUTOSAR）三大車載操作系統(tǒng)。
AliOS是阿里巴巴基于Linux Kernel自主研發(fā)的驅(qū)動萬物智能的操作系統(tǒng)，主要應用于智能座艙，通過云服務相關(guān)的模塊接入阿里巴巴的生態(tài)環(huán)境。阿里巴巴相繼在AliOS Things和AliOS Lite上進行開源，分步驟實現(xiàn)智能車機操作系統(tǒng)、智能座艙操作系統(tǒng)、智能整車操作系統(tǒng)。
綜上分析，定制型操作系統(tǒng)主要面向車載信息娛樂系統(tǒng)和智能駕駛輔助系統(tǒng)，國內(nèi)外操作系統(tǒng)大都基于Android、Linux和QNX開發(fā)，差距較小。隨著華為鴻蒙系統(tǒng)憑借開源、高安全等特征不斷完善系統(tǒng)生態(tài)，自主操作系統(tǒng)發(fā)展優(yōu)勢或?qū)⒅鸩酵癸@，自主化發(fā)展步伐加快。
我國車用操作系統(tǒng)問題和發(fā)展建議
在軟件定義汽車發(fā)展趨勢下，車用操作系統(tǒng)地位尤為重要。但是，當前我國車用操作系統(tǒng)發(fā)展面臨著一些突出問題：一是關(guān)鍵核心技術(shù)仍受制于人?，F(xiàn)有大部分操作系統(tǒng)是基于QNX、Linux、Android系統(tǒng)的二次開發(fā)，對其內(nèi)核等核心技術(shù)掌握不足，操作系統(tǒng)開發(fā)所需要的工具鏈、安全體系、程序庫等主要被國外機構(gòu)掌握。二是自主創(chuàng)新能力依然不足。我國車用操作系統(tǒng)發(fā)展仍處于初期階段，在智能車控、自動駕駛關(guān)鍵核心技術(shù)研發(fā)，以及軟硬件兼容適配等方面缺乏自主創(chuàng)新能力。三是未建立可持續(xù)的生態(tài)體系。由于國外操作系統(tǒng)已形成了較高的技術(shù)壁壘，自主操作系統(tǒng)很難快速打開市場，造成系統(tǒng)開發(fā)者、軟件開發(fā)者和使用者等各個主體難以有效聚焦，尚未形成良性循環(huán)生態(tài)圈。
在“軟件定義汽車”時代，車用操作系統(tǒng)涉及到網(wǎng)絡(luò)安全和信息安全，是下一代新能源汽車的根基。為了保持下一代新能源汽車競爭優(yōu)勢、建設(shè)汽車強國，發(fā)展自主的車用操作系統(tǒng)已是當務之急，建議從頂層設(shè)計、技術(shù)創(chuàng)新、標準檢測、推廣應用等方面推進自主操作系統(tǒng)的發(fā)展。
一是加強頂層設(shè)計和組織協(xié)調(diào)。參照新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展部際協(xié)調(diào)機制，成立中國汽車操作系統(tǒng)的領(lǐng)導小組，加強系統(tǒng)軟件與整車、芯片等關(guān)鍵零部件、網(wǎng)絡(luò)運營商等產(chǎn)業(yè)鏈各主體協(xié)同創(chuàng)新發(fā)展，打造完整的、可持續(xù)的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。
二是加強技術(shù)創(chuàng)新資金支持。通過核高基、國家重點研發(fā)計劃等專項加大技術(shù)攻關(guān)投入，并設(shè)立車用操作系統(tǒng)基礎(chǔ)軟件專項資金或基金等。加強產(chǎn)業(yè)投資引導，鼓勵社會資本重點投向車用操作系統(tǒng)等智能化關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域。
三是加快建立行業(yè)標準和測試認證。加快建立車用操作系統(tǒng)標準體系，涵蓋接口、功能軟件、信息安全、通信等標準規(guī)范制定。支持第三方機構(gòu)開展車用操作系統(tǒng)檢測認證業(yè)務，對功能安全、信息安全等按照安全性、可靠性、穩(wěn)定性等多個維度設(shè)置不同等級，引導行業(yè)不斷調(diào)優(yōu)操作系統(tǒng)性能、提高信息安全。
四是優(yōu)化市場推廣應用環(huán)境。對國內(nèi)有保密要求的關(guān)鍵應用領(lǐng)域，要求在用車輛采用擁有源碼的自主操作系統(tǒng)。對搭載自主操作系統(tǒng)的測試車輛，鼓勵地方優(yōu)先發(fā)放測試牌照。同時，要求在國內(nèi)使用的車用操作系統(tǒng)需要在國家相關(guān)主管部門登記備案，保障信息安全。
注：本文首發(fā)于《汽車縱橫》雜志2022年1月刊“業(yè)界視點”欄目，作者為中國汽車技術(shù)研究中心有限公司李魯苗、周瑋，敬請關(guān)注。
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