車載操作系統(tǒng)你都知道嗎？三分鐘解車載操作系統(tǒng)前世今生

隨著阿里巴巴Alios和百度Apollo計劃的輪番登臺，“操作系統(tǒng)OperaTIngSystem” 似乎在一夜間成為了智能網(wǎng)聯(lián)汽車的標配。事實真是如此嗎？本文將簡單的介紹下汽車操作系統(tǒng)的前世今生。

車載系統(tǒng)和電控系統(tǒng)

要談汽車操作系統(tǒng)，首先得了解汽車電子。

傳統(tǒng)汽車電子產(chǎn)品可歸納為兩類：一類是車載電子設備，如儀表，娛樂音響、導航系統(tǒng)、抬頭顯示、車載通信、無線上網(wǎng)等等，這類系統(tǒng)不直接參與汽車行駛的控制決策，不會對車輛行駛性能和安全產(chǎn)生影響，通常統(tǒng)稱為車載娛樂信息系統(tǒng)（In-Vehicle Infotainment,IVI）。

另一類是汽車電子控制裝置，它們是車輛運動和安全防護的控制“大腦”，通過直接向執(zhí)行機構（如電子閥門，繼電器開關，執(zhí)行馬達等）發(fā)送指令以控制車輛關鍵部件（如發(fā)動機，變速箱，動力電池等）的協(xié)同工作，這類系統(tǒng)可以統(tǒng)稱為電子控制單元（ElectronicControl Unit, ECU）。

常見的ECU包括EMS發(fā)動機電控系統(tǒng)，ABS制動防抱死控制、變速箱牽引力控制TCU、電子穩(wěn)定控制EPS、電子動力轉向EPS，新能源汽車整車控制VCU，電池管理系統(tǒng)BMS等。

為什么需要操作系統(tǒng)？

汽車操作系統(tǒng)是汽車電子軟件的重要組成部分，但不是所有的汽車電子產(chǎn)品都需要操作系統(tǒng)。

從20世紀90年代開始，隨著車載和電控系統(tǒng)功能的日益豐富以及汽車電子產(chǎn)品外部交互/接口標準的種類增加，這類基于微控制芯片的嵌入式電子產(chǎn)品逐漸需要采用類似個人電腦的軟件架構以實現(xiàn)分層化，平臺化和模塊化，提高開發(fā)效率的同時降低開發(fā)成本。因此，汽車電子產(chǎn)品才逐步開始采用了嵌入式操作系統(tǒng)（EmbeddedOperaTIng System）。

以車載娛樂信息系統(tǒng)為例，最早的數(shù)字收音機/CD播放器采用專用的音頻解碼芯片就能實現(xiàn)，后來實現(xiàn)數(shù)字化將可觸摸液晶屏代替播放器開關、調節(jié)按鈕，后來又增加了藍牙電話功能，接著又集成了地圖導航、倒車雷達影像，相應的實現(xiàn)這些功能的IVI嵌入式系統(tǒng)主CPU數(shù)據(jù)處理能力也逐步增強，從最早4位、8位發(fā)展到16位、32位到后來多核，引入嵌入式操作系統(tǒng)，就是有效分配CPU資源，對以上各種任務功能進行協(xié)同管理，并控制各項任務優(yōu)先級別。

相比車載電子產(chǎn)品，電控系統(tǒng)通常需要閉環(huán)控制，這樣就意味著需要響應更多的輸入輸出信號，任務調度更加復雜；另外，由于電控系統(tǒng)直接參與車輛行駛的管理，系統(tǒng)可靠性要求要更高，因此應用于電控單元ECU的嵌入式操作系統(tǒng)比車載電子產(chǎn)品的操作系統(tǒng)有更嚴苛的技術指標。

車載操作系統(tǒng) IVI-OS

早在2011年，咨詢機構StrategyAnalyTIcs對中國當時主流汽車主機廠和車載信息娛樂系統(tǒng)供應商進行了調研，報道了當時車載操作系統(tǒng)的生態(tài)圈，如圖所示。隨著中國汽車市場的持續(xù)增長帶來的變化，該報告在2015年進行了部分更新，目前市場上用于車載系統(tǒng)的OS包括：

1. Android：開源操作系統(tǒng)，無授權費用對很多中低端車載電子產(chǎn)品開發(fā)商是有很大的吸引，但是版本升級過于頻繁，開機啟動時間長，系統(tǒng)穩(wěn)定性不強而飽受詬病。

2.  Microsoft：從定位工業(yè)應用WinCE到移動通信的Windows Embedded操作系統(tǒng)，由于相對穩(wěn)定的性能和平（Dao）價（Ban）授權費用,深受眾多從消費電子轉型到后裝導航市場的公司推崇，但市場份額持續(xù)下降。

3. QNX：曾經(jīng)占據(jù)接近60%的市場份額，優(yōu)惠的單機授權費用和良好的開發(fā)支持是主流國際汽車電子供應商愿意合作的原因，但隨著其母公司Blackberry的凋落和其他免費競爭對手挑戰(zhàn)，風光已不敵當年。

4. Wind River : 功能強大覆蓋多行業(yè)的硬實時操作系統(tǒng)，但授權和開發(fā)定制成本非常高，市場份額有限。

5. MicroItron : 日資車型的主流汽車操作系統(tǒng)，但日系供應商也逐漸采用其他OS以滿足不同市場的需要。

6. Linux : 基于開源代碼，穩(wěn)定和易于裁剪，很多研發(fā)能力強的汽車主機廠和供應商在Linux基礎上定制了自有的操作系統(tǒng)。

7. GENIVI : 準確來說是一個標準聯(lián)盟。以寶馬為首的知名企業(yè)建立的應用于車載系統(tǒng)的開放式軟件平臺和操作系統(tǒng)，基于Linux平臺，形成從研發(fā)到應用的閉環(huán)生態(tài)。

電控實時操作系統(tǒng) ECU-OS

前面提到過，汽車電控系統(tǒng)屬于復雜測控系統(tǒng)，如果系統(tǒng)任務的響應不及時或有延遲過大，就可能導致嚴重的損失。例如，汽車安全氣囊控制，在車輛發(fā)生碰撞的很短時間內（毫秒級）如不能快速打開，就無法對乘車人員起到保護作用。

可見，汽車電控ECU必須是高穩(wěn)定性的嵌入式實時性操作系統(tǒng)，實時性的含義是系統(tǒng)保證在一定時間限制內完成特定功能。目前主流的電控操作系統(tǒng)基本都兼容OSEK/VDX和AUTOSAR這兩類汽車電子軟件標準。

1. OSEK/VDX : 這個標準旨在制定汽車電子標準化接口，主要定義了三個組件：實時操作系統(tǒng)（OSEK-OS），通訊系統(tǒng)（OSEK-COM）和網(wǎng)絡管理系統(tǒng)（OSEK-NM）。OSEK操作系統(tǒng)始于20世紀90年代，第一個商業(yè)化的OSEK操作系統(tǒng)由德國3Soft公司開發(fā)，最早應用于奧迪A8的儀表控制器。

2. AUTOSAR : AUTOSAR的全稱是AutomoTIve Open System Architecture，直譯為汽車開放式系統(tǒng)架構。發(fā)起于2003年，由全球汽車制造商，汽車電子部件供應商，汽車軟件和工具服務商和半導體制造商聯(lián)合成立的一個標準聯(lián)盟組織，致力于為汽車工業(yè)開發(fā)一個開放的、標準化的軟件架構。AUTOSAR兼容OSEK/VDX標準，增加了新的系統(tǒng)模塊同時隱含的提出了“軟件定義電控系統(tǒng)”的概念，如圖，完整的AUTOSAR系統(tǒng)架構從下向上分為硬件層HW，硬件抽象層MCAL，基礎軟件層BSW，運行時環(huán)境RTE和應用軟件SWC，其中操作系統(tǒng)被包含在BSW層中。

不管是OSEK還是AUTOSAR操作系統(tǒng)，它們僅僅作為標準定義了操作系統(tǒng)的技術規(guī)范，各家軟件和工具服務商開發(fā)了各自的符合標準的操作系統(tǒng)產(chǎn)品，然后提供給Tier1供應商廣泛應用于各類電控系統(tǒng)。

目前AUTOSAR已逐步成為了主流，市場上知名的擁有完整解決方案的企業(yè)包括Vector，KPIT，ETAS，DS以及被收購的EB（Continental）和MentorGraphics(Siemens)。在國內，依托國家“核高基”課題，i-Soft公司也開發(fā)了符合AUTOSAR標準的操作系統(tǒng)和基礎軟件，并成功應用于自主品牌和新能源量產(chǎn)車型。

智能網(wǎng)聯(lián)對操作系統(tǒng)的新要求

智能網(wǎng)聯(lián)汽車的特點是增加更多的智能傳感器（高清攝像頭，激光雷達，毫米波雷達等），并且需要對海量數(shù)據(jù)進行采集，處理和共享。

要實現(xiàn)智能網(wǎng)聯(lián)，兩個基本問題需要解決：一是控制器芯片處理能力，二是信息安全。為此，以博世，大陸，德爾福為首的Tier1提出了域控制器（DCU，Domain Control Unit）的概念，根據(jù)汽車電子部件功能將整車劃分為動力總成，車輛安全，車身電子，智能座艙和智能駕駛等幾個域，利用處理能力更強的多核CPU/GPU芯片相對集中的去控制每個域，以取代目前的分布式汽車電子電氣架構（EEA）。

雖然這樣的設計簡化了汽車電子網(wǎng)絡拓撲結構，但由于各種數(shù)據(jù)的相互融合也帶來了安全隱患。例如，智能座艙系統(tǒng)ECU將原有的車載信息娛樂系統(tǒng)與V2X,HMI，儀表等數(shù)據(jù)融合在一起處理，但根據(jù)功能安全ISO26262標準定義,儀表的某些關鍵數(shù)據(jù)和代碼與HMI的代碼屬于不同等級要求（ASIL），從安全角度應該進行物理上的隔絕。因而這樣的設計又與汽車電子功能安全標準背道而馳。

如何解決呢？隨著汽車電子安全件如IVI系統(tǒng)和其他非安全件的融合在智能網(wǎng)聯(lián)汽車上是必然趨勢，汽車電子專家引入了航電設備中虛擬機管理的概念，基于AUTOSAR標準之上提出了AUTOSAR Hypervior虛擬機，新的AUTOSAR Adaptive Platform版本也拓展到了智能網(wǎng)聯(lián)和自動駕駛汽車的應用。

引入虛擬機管理的關鍵意義在于虛擬機可以提供一個同時運行兩個獨立操作系統(tǒng)的環(huán)境，比如在智能座艙ECU中同時運行Android（車載功能）和QNX（電控功能），為智能網(wǎng)聯(lián)的應用提供高性價比且符合安全要求的平臺。

目前面向汽車的虛擬機管理程序已商用的產(chǎn)品包括Blackberry QNX Hypervisor，Wind River VxWorks，Green Hills INTEGRITY Muitivisor，Mentor Graphics Embedded Hypervisor以及去年被松下汽車電子收購的OpenSynergy。

阿里巴巴的Alios能驅動汽車智能嗎？

Alios由YunOS更名而來，YunOS是不是Android的爭論其實已經(jīng)不重要，不管怎樣，至少是典型的中國式創(chuàng)新。智能手機市場，阿里為擴大YunOS在手機設備上的市場占有率，阿里巴巴采取的策略是與三線自主品牌手機進行合作，對預裝YunOS的手機進行高額補貼；后轉向汽車市場，阿里從與上汽自主品牌的合作中嘗到了甜頭，開始發(fā)力把Alios打造成車聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)。

但是，Alios對于汽車來說，暫且僅能稱之為車載操作系統(tǒng)，它能驅動汽車智能嘛？個人認為：

第一，Alios目前的競爭對手仍是谷歌Android，蘋果IOS及百度DuerOS此類的車載操作系統(tǒng)，其優(yōu)勢在于Alios添加了云服務相關的模塊以接入阿里巴巴的生態(tài)環(huán)境，重點包括電子商務（淘寶），網(wǎng)絡支付（支付寶）和高清地圖（高德），以此打造除手機之外的第二移動支付終端。

第二，隨著智能網(wǎng)聯(lián)系統(tǒng)的升級