研究背景

為了更好的應對軟件定義汽車發(fā)展需求，近年來汽車行業(yè)開始重點關注整車軟件開發(fā)平臺，以確保實現(xiàn)在不影響車輛安全的前提下，利用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)和部署周期。基礎軟件是汽車行業(yè)進入軟件定義時代的關鍵一環(huán)，也是整個產業(yè)鏈除芯片硬件之外，最基本的底 層能力標簽。它之所以能在汽車智能化中扮演越來越重要的角色，首先就是因為汽車智能化、網(wǎng)聯(lián)化發(fā)展， 整車電子電氣架構從過去的分布式架構逐漸過渡到基于域控制器的架構，促使 ECU 功能區(qū)域集中化，使得車內控制系統(tǒng)趨于形成統(tǒng)一的軟件架構標準及通用的硬件平臺。汽車基礎軟件是用于實現(xiàn)汽車系統(tǒng)軟硬件解耦，與用戶應用功能無關，但是提供汽車系統(tǒng)服務的一系列支撐的軟件集合，是一個開發(fā)汽車控制和應用功能的完整嵌入式平臺軟件，其中內核、虛擬化、中間件及功能軟件共同組成了基礎軟件平臺。基礎軟件平臺與硬件共同構成了計算基礎平臺。計算基礎平臺與應用軟件最終構成了計算平臺。

圖1.1-1基礎軟件平臺架構

2019 年中國軟件評測中心和賽迪（浙江）汽車檢測服務有限公司發(fā)布了《車載智能計算基礎平臺參考架構 1.0》，對自動駕駛操作系統(tǒng)的定義是基于異構分布硬件架構，包含系統(tǒng)軟件和功能軟件的整體基礎框架軟件。系統(tǒng)軟件是針對汽車場景定制的復雜大規(guī)模嵌入式系統(tǒng)運行環(huán)境。系統(tǒng)軟件一般包含異 構分布系統(tǒng)的多內核設計及優(yōu)化、Hypervisor、POSIX/ARA（AUTOSAR Runtime forAdaptive Applica- tions）、分布式系統(tǒng) DDS（數(shù)據(jù)分發(fā)服務）等。2021 年 7 月汽標委發(fā)布了《車控操作系統(tǒng)架構研究報告》、《車控操作系統(tǒng)總體技術要求研究報告》、《車載操作系統(tǒng)架構研究報告》、《車載操作系統(tǒng)總體技術要求研究報告》等 4 份研究報告，對汽車基礎軟件進行了明確定義。

• 車載芯片軟件即為微控制器的驅動軟件，包括 CAN 驅動，I/O 驅動，SPI 驅動，ADC 驅動等，對于高性能計算單元而言，芯片驅動包含芯片外設驅動、Bootloader、硬件抽象層等，芯片驅動的作用是實現(xiàn)芯片功能，并為車載操作系統(tǒng)提供應用平臺。

• 車用操作系統(tǒng)主要分為車控操作系統(tǒng)和車載操作系統(tǒng)，如下圖所示。

圖1.1-2車用操作系統(tǒng)分類

• 車控操作系統(tǒng)運行于車載智能計算基礎平臺異構硬件之上，支撐智能網(wǎng)聯(lián)汽車駕駛自動化功能實現(xiàn)和安全可靠運行的軟件集合。車控操作系統(tǒng)中支撐駕駛自動化功能實現(xiàn)的復雜大規(guī)模嵌入式系統(tǒng)運行環(huán)境，分為安全車控操作系統(tǒng)和智能駕駛操作系統(tǒng)。安全車控操作系統(tǒng)主要是實時操作系統(tǒng)（RTOS），主要應用對象是 ECU。ECU  對安全車控操作系統(tǒng)最基本的要求是高實時性，系統(tǒng)需要在規(guī)定時間內完成資源分配、任務同步等指定動作。嵌入式實時操作系統(tǒng)具有高可靠性、實時性、交互性以及多路性的優(yōu)勢，系統(tǒng)響應速度極高，通常在毫秒或者微秒級別，滿足了高實時性的要求。目前，主流的安全車控操作系統(tǒng)都兼容 OSEK/VDX 和Clas-sic AUTOSAR 這兩類汽車電子軟件標準。其中，Classic 平臺基于 OSEK/VDX 標準，定義了安全車控操作系統(tǒng)的技術規(guī)范。

• 車載操作系統(tǒng)主要面向信息娛樂和智能座艙，主要應用于車機中控系統(tǒng)，對于安全性和可靠性的要求處于中等水平，但由于它是一個車輛重要的信息與數(shù)據(jù)交互中心，因而對數(shù)據(jù)安 全合規(guī)性的要求很高。該類操作系統(tǒng)發(fā)展迅速，依托于該類操作系統(tǒng)的生態(tài)也處于迅速發(fā)展時期。

• 虛擬化（Hypervisor）是一種硬件虛擬化技術，管理并虛擬化硬件資源（如 CPU 、內存和外圍設備等），提供給運行在 Hypervisor 之上的多個內核系統(tǒng)。

• 中間件是一套滿足標準接口和協(xié)議的通用平臺，它可以實現(xiàn)不同系統(tǒng)的軟件互聯(lián)，具有高度的移植性。