本文節(jié)選自：《中國汽車基礎軟件發(fā)展白皮書3.0》

基于一個整車平臺，車企可以衍生出多款車型，從而全面提升硬件資源的復用性?？v觀汽車工業(yè)的發(fā)展歷程，平臺化是驅(qū)動汽車行業(yè)高速發(fā)展的關(guān)鍵，它不僅有利于突破復雜技術(shù)、提升產(chǎn)品的可靠性和一致性，還有利于降低研發(fā)成本、縮短開發(fā)周期。

隨著汽車E/E 架構(gòu)的升級和智能網(wǎng)聯(lián)汽車的快速發(fā)展，對汽車軟件的迭代更新提出了更高要求。因此，打造車用一體化軟件平臺是車企實現(xiàn)軟件定義汽車戰(zhàn)略布局的重中之重。

白皮書3.0 旨在分析汽車基礎軟件平臺及其關(guān)聯(lián)技術(shù)的發(fā)展趨勢，除了對其技術(shù)形態(tài)做一般性定義之外，還進一步解讀了其中的關(guān)鍵技術(shù)、分析了典型應用案例，幫助產(chǎn)業(yè)鏈參與者對智能汽車車用基礎軟件平臺的技術(shù)形態(tài)和發(fā)展趨勢產(chǎn)生更多思考。

1.1 智能汽車車用基礎軟件平臺的定義與分類

1.1.1 智能汽車車用基礎軟件平臺定義

汽車軟件主要分為應用軟件和基礎軟件。應用軟件和業(yè)務形態(tài)高度關(guān)聯(lián)，不同控制器的應用軟件之間差異較大。基礎軟件介于應用軟件和硬件之間用于屏蔽硬件特性、支撐應用軟件，可有效地實現(xiàn)應用軟件與硬件之間解耦，非常適合平臺化最終形成基礎軟件平臺。

車用基礎軟件開發(fā)平臺和車用基礎軟件驗證平臺在汽車軟件中的位置如圖1.1-1 所示。基礎軟件平臺又可以進一步分為基礎軟件開發(fā)平臺和基礎軟件驗證平臺。其中，基礎軟件開發(fā)平臺包含內(nèi)核、虛擬化模塊，中間件，功能軟件以及與之相配套的開發(fā)工具鏈，用于支撐應用軟件的快速迭代開發(fā)?；A軟件驗證平臺通過調(diào)試、分析、仿真、測試等手段驗證設計和實現(xiàn)的一致性。

圖1.1-1 汽車軟件構(gòu)成

白皮書著重講述基礎軟件開發(fā)平臺，僅在部分章節(jié)對基礎軟件驗證平臺進行介紹。

1.1.2 智能汽車車用基礎軟件開發(fā)平臺分類

2019 年10 月，汽標委發(fā)布了《車用操作系統(tǒng)標準體系》，參考該標準可以類似地將智能汽車車用基礎軟件開發(fā)平臺分為安全車控基礎軟件開發(fā)平臺、智能駕駛基礎軟件開發(fā)平臺和車載信息娛樂基礎軟件開發(fā)平臺。

1. 安全車控基礎軟件開發(fā)平臺

安全車控基礎軟件開發(fā)平臺主要面向車輛經(jīng)典控制領(lǐng)域，如動力系統(tǒng)、底盤系統(tǒng)和車身系統(tǒng)等，該類基礎軟件開發(fā)平臺對實時性和安全性的要求極高。目前，主流的安全車控基礎軟件開發(fā)平臺兼容OSEK/VDX 或Classic AUTOSAR 標準，其功能安全等級需要達到ASIL-D。

2. 智能駕駛基礎軟件開發(fā)平臺

智能駕駛基礎軟件開發(fā)平臺主要面向智能駕駛領(lǐng)域，用于智能駕駛輔助，以及全自動駕駛功能的控制器上。目前智能駕駛控制器主要使用的底層操作系統(tǒng)有QNX 以及Linux。

與安全車控基礎軟件開發(fā)平臺相比，對智能駕駛基礎軟件開發(fā)平臺的要求主要體現(xiàn)在：

?  強大的計算能力，以滿足圖像識別和決策計算的要求
?  強大的數(shù)據(jù)吞吐能力，以滿足多傳感器數(shù)據(jù)的實時接入和處理要求
?  高度的靈活性、擴展性、可編程性，以滿足多種算法模型的需要
?  易用性，以滿足ADAS 和自動駕駛算法所需調(diào)試、調(diào)優(yōu)、調(diào)測的需要

當前異構(gòu)分布硬件各單元所要求的功能安全等級有所不同，AI 單元需要達到QM 至ASIL-B，計算單元需要達到QM 至ASIL-D。

中國軟件測評中心2019 年發(fā)布的《車載智能計算基礎平臺參考架構(gòu)1.0》就是智能駕駛基礎軟件開發(fā)平臺的一個重要參考。

3. 車載信息娛樂基礎軟件開發(fā)平臺

車載信息娛樂基礎軟件開發(fā)平臺主要為車載信息娛樂服務以及車內(nèi)人機交互提供控制平臺，是汽車實現(xiàn)座艙智能化與多源信息交互的必要運行環(huán)境。

車載信息娛樂基礎軟件開發(fā)平臺對于實時性、安全性、可靠性的要求處于中等水平，既可以使用Android、Linux 等非實時操作系統(tǒng)，也可以使用QNX、VxWorks 等實時操作系統(tǒng)。為便于應用程序移植，當前越來越多的車載信息娛樂基礎軟件開發(fā)平臺采用Android Automotive OS 或其他類Linux 系統(tǒng)。

隨著車輛由單純的交通工具向智能移動終端轉(zhuǎn)變，車載信息娛樂基礎軟件開發(fā)平臺需要滿足如下要求：

?  支持多樣化應用，滿足支付、娛樂、導航、信息服務等多樣化功能需求
?  支持多生態(tài)資源，將手機端龐大的信息娛樂服務生態(tài)資源，通過采用相同或類似的操作系統(tǒng)，快速移植到車輛智能終端，避免重復開發(fā)
?  安全，通過深度定制達到車輛信息安全和功能安全的標準

1.2 智能汽車車用基礎軟件開發(fā)平臺的要素

基礎軟件開發(fā)平臺的要素分為嵌入式軟件、開發(fā)方法論和配套工具鏈。

1.2.1 嵌入式軟件

嵌入式軟件是基礎軟件開發(fā)平臺的基本組成部分，需要滿足功能實現(xiàn)要求和功能安全要求。

一是標準化/ 可擴展的功能實現(xiàn)。標準化/ 可擴展的功能實現(xiàn)既要充分滿足整車應用對基礎軟件開

發(fā)平臺的功能需求，又要充分考慮這些功能需求的標準化/ 可擴展性?？偨Y(jié)和歸納共性的需求，基于共

性需求參考和借鑒國內(nèi)外的優(yōu)秀案例，充分考慮未來汽車基礎軟件的發(fā)展趨勢，提出更加成熟的軟件設

計并將其標準化。標準化可以推動基礎軟件開發(fā)平臺的推廣，可擴展可以支撐基礎軟件開發(fā)平臺的發(fā)展。

二是符合功能安全要求?；A軟件開發(fā)平臺支撐著整車應用的實現(xiàn)，如果不能守護好安全這道大門，

后果不堪設想。ISO26262（2018）對基礎軟件開發(fā)過程的各個階段提出了充分的要求和建議，可以作為基礎軟件開發(fā)平臺開發(fā)的準則和指導。

1.2.2 開發(fā)方法論

開發(fā)方法論是基礎軟件開發(fā)平臺的重要組成部分。清晰的開發(fā)方法論可以最大程度發(fā)揮出基礎軟件開發(fā)平臺的優(yōu)勢。開發(fā)方法論應該包含與內(nèi)外部開發(fā)環(huán)境的交互規(guī)則和詳細的使用說明。

交互規(guī)則不僅定義了基礎軟件開發(fā)平臺內(nèi)部之間的交互規(guī)則，還定義了基礎軟件開發(fā)平臺與應用軟件、其他開發(fā)工具之間的交互規(guī)則，以便基礎軟件開發(fā)平臺可以與其他開發(fā)環(huán)境更好地兼容與交互。詳細的使用說明可用于指導用戶合理、安全地使用基礎軟件開發(fā)平臺來實現(xiàn)所需的整車功能。以AUTOSARCP 開發(fā)方法論為例，圖1.2-1 展示了從系統(tǒng)層級配置到ECU 可執(zhí)行文件生成的過程以及該過程中的文件交互。白皮書2.1 AUTOSAR CP 一章會對該方法論進行詳細說明。

1.2.3 配套工具鏈

配套工具鏈是基礎軟件開發(fā)平臺的必要組成部分。使用工具鏈自動生成基礎軟件開發(fā)平臺的配置代碼可以減少編碼成本、提高軟件質(zhì)量、統(tǒng)一軟件風格、降低設計難度。工具鏈需要滿足安全穩(wěn)定、易用、開放完整的要求。詳見圖1.2-2。

圖1.2-2 基礎軟件開發(fā)平臺工具鏈設計要求

安全穩(wěn)定是工具鏈的第一要務。通過強化高功能安全、高網(wǎng)絡安全等能力，對全鏈路的數(shù)據(jù)處理、原型搭建、算法開發(fā)、信息標準化等流程進行強有力的保證，保障基礎軟件開發(fā)平臺應用開發(fā)全流程的安全穩(wěn)定。

易用性是衡量工具鏈價值的重要指標。其包括合理的界面設計、功能模塊的獨立解耦、自動代碼的生成能力、圖形化配置的能力等。

開放完整是提高開發(fā)效率的重要保證。工具鏈需要：配合基礎軟件開發(fā)平臺對新技術(shù)新功能不斷開放創(chuàng)新；需要面向不同垂直應用領(lǐng)域提供開放的場景模型庫；需要兼容不同OEM 的應用場景及第三方應用軟件開發(fā)；需要通過工具鏈的開放生態(tài)助力基礎軟件開發(fā)平臺的生態(tài)化發(fā)展。工具鏈的完整性不僅是單一業(yè)務場景下的功能完整，更是覆蓋全流程的完整。以自動駕駛為例，工具鏈需要覆蓋從算法模型訓練到芯片運行模型預測的完整AI 開發(fā)過程，并通過其開放性不斷豐富自動駕駛應用場景庫以加快開發(fā)速度、保證開發(fā)質(zhì)量。

1.3 智能汽車車用基礎軟件平臺發(fā)展現(xiàn)狀

國內(nèi)外主機廠、造車新勢力、零部件供應商等都在著力打造其專屬的基礎軟件平臺，并已形成以OS為核心向基礎軟件平臺進化的趨勢。此處挑選兩個國外主機廠基礎軟件開發(fā)平臺的案例進行介紹，國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀將在第6 章中介紹。

1.3.1 大眾VW · OS

2019 年6 月，基于汽車智能化和汽車新商業(yè)模式的需求，大眾汽車宣布成立Car·Software 軟件部門，

專門從事自主軟件平臺VW · OS 的研發(fā)。計劃于2025 年，旗下所有新車型均搭載VW · OS，以實現(xiàn)車

輛傳統(tǒng)控制系統(tǒng)、ADAS 系統(tǒng)、車載娛樂/ 互聯(lián)系統(tǒng)、能源管理系統(tǒng)和車輛舒適系統(tǒng)的全面整合。

VW · OS 是集成了POSIX OS、Adaptive AUTOSAR、VW API 的一體式SOA 平臺，用于大眾全新集中式E/E 架構(gòu)ICAS。其中Adaptive AUTOSAR 的實現(xiàn)采用了EB xelor 高性能計算軟件平臺（基于AUTOSARAP R19-03 標準)。目前該平臺已實現(xiàn)在大眾ID.3 系列車型上的搭載。大眾VW·OS 如圖1.3-1所示。

圖1.3-1 大眾VW·OS

1.3.2 豐田Arene · OS

為了更好地應對軟件定義汽車的發(fā)展需求，2021 年8 月豐田宣布將在未來五年內(nèi)打造整車軟件平臺Arene · OS，以實現(xiàn)在不影響車輛安全的前提下，借助其開放的車輛應用程序編程接口和軟件工具包，完成汽車軟件的快速迭代，從而縮短汽車軟件開發(fā)和部署的周期。

豐田Arene · OS 軟件平臺如圖1.3-2 所示，其主要包括軟件工具包和Arene API 車輛應用程序編程接口。其中軟件Arene API 采用Rust 語言編寫，作為預編譯的C/C++ 庫被部署在車輛內(nèi)的接口ECU上，并可實現(xiàn)跨平臺部署。Arene · OS 軟件工具/ 服務包括APP SDK（用于開發(fā)、測試和部署應用到虛擬設備或者真實車輛的工具和API）, 虛擬仿真/ 測試平臺（支持虛擬場景創(chuàng)建、軟件在環(huán)和硬件在環(huán)仿真）和基礎開發(fā)環(huán)境（采用基于云的數(shù)據(jù)管道技術(shù)，結(jié)合可自動創(chuàng)建AWS 沙箱的Ansible 和Terraform 模板來實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理和索引）。借助Arene · OS 的車輛抽象層, 開發(fā)者可以將相同的源代碼部署到任何運行Arene · OS 的車輛，從而提升軟件的復用性。

圖1.3-2 豐田Arene·OS

與此同時，國內(nèi)基礎軟件平臺的發(fā)展呈現(xiàn)出百花齊放、欣欣向榮的態(tài)勢，但是其中也存在一些痛點和問題。例如在安全車控基礎軟件平臺方面，本土化問題也越來越突出，不少控制器開發(fā)還是基于國外的解決方案；在智能駕駛基礎軟件平臺方面，還存在多處“卡脖子” 技術(shù)短板，尚未出現(xiàn)足夠成熟的解決方案并且缺乏實時安全的內(nèi)核、中間件和虛擬化產(chǎn)品；在車載信息娛樂基礎軟件平臺方面，內(nèi)核種類繁多，業(yè)內(nèi)供應商各自為戰(zhàn)，尚未形成合力。