那些聯(lián)網(wǎng)汽車為什么選擇Linux開源平臺(tái)？

這是汽車行業(yè)的黃金時(shí)代。開源軟件(OSS)、“萬(wàn)物互聯(lián)”，以及無(wú)數(shù)用來(lái)支持主動(dòng)安全系統(tǒng)、駕駛員信息顯示和車載電子產(chǎn)品等技術(shù)的硬件涌現(xiàn)聚集，讓即使是最普通的汽車也具備了成為真正超級(jí)巨星的潛力。

這不只是關(guān)于汽車數(shù)字基礎(chǔ)架構(gòu)內(nèi)部元件的連接，而是關(guān)于汽車與外界的連接——比如和其它汽車、互聯(lián)網(wǎng)以及云的連接。雖然硬件廠商不斷做出重大貢獻(xiàn)，但重點(diǎn)已經(jīng)轉(zhuǎn)向了推動(dòng)互聯(lián)汽車的軟件。事實(shí)上，用于嵌入式系統(tǒng)的軟件開發(fā)，包括原型設(shè)計(jì)、調(diào)試、測(cè)試和驗(yàn)證，現(xiàn)在占據(jù)了汽車制造的大部分時(shí)間。

現(xiàn)在制造的汽車在不久的將來(lái)可能會(huì)有大約2000萬(wàn)行代碼(已經(jīng)超過一架美國(guó)F-35噴氣式戰(zhàn)斗機(jī))，預(yù)計(jì)豪華高端汽車的代碼還有可能超過1億行。汽車軟件的開發(fā)是件嚴(yán)肅的事。

當(dāng)Linux遇上汽車

雖然還算不上家喻戶曉，但可能會(huì)在你身邊的某輛車上看到，Linux操作系統(tǒng)是很多頂級(jí)汽車制造商首選的汽車開源軟件平臺(tái)。它已經(jīng)取代無(wú)數(shù)專有或封閉的操作系統(tǒng)。許多全球領(lǐng)先的汽車制造商將Linux作為操作系統(tǒng)，不僅用來(lái)運(yùn)行汽車的音響主機(jī)或信息娛樂中心，還用來(lái)運(yùn)行遠(yuǎn)程信息處理系統(tǒng)、儀表板，等等。

當(dāng)然，Linux已經(jīng)存在了幾十年，已經(jīng)證明自己是高性能計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)。如今，Linux更多的是一種網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，對(duì)互聯(lián)汽車來(lái)說是個(gè)好兆頭。可能大家都知道，Linux幫助推動(dòng)了智能手機(jī)行業(yè)的發(fā)展。許多在手機(jī)行業(yè)得到完善的進(jìn)步技術(shù)正在被開發(fā)應(yīng)用于汽車Linux。

除了其廣泛的網(wǎng)絡(luò)功能，Linux平臺(tái)還具有可觀的成本節(jié)約潛力。在一個(gè)世界性的開源開發(fā)人員團(tuán)體的支持下，Linux內(nèi)核會(huì)不斷完善和更新。老實(shí)說， “開放”并不一定意味著所有人都可以免費(fèi)使用該操作系統(tǒng)，而是說軟件開發(fā)人員可以開放獲取Linux內(nèi)核。當(dāng)然，關(guān)于“免費(fèi)使用”聲明也有一些規(guī)定，但事實(shí)仍然是Linux的軟件授權(quán)方法更簡(jiǎn)化，這對(duì)于必須考慮利潤(rùn)的汽車制造商來(lái)說非常具有吸引力。

一個(gè)眾所周知的事實(shí)是，當(dāng)Linux首次引入汽車電子系統(tǒng)時(shí)，汽車制造商和一級(jí)供應(yīng)商是持懷疑態(tài)度的。一輛車的平均壽命大概是十年。智能手機(jī)的壽命遠(yuǎn)不到十年。隨著汽車的老化，怎么向客戶承諾最新的電子創(chuàng)新?怎樣把一款新的車載信息娛樂系統(tǒng)引入一個(gè)已經(jīng)使用了五年的硬件架構(gòu)?

首先，Linux是一個(gè)協(xié)同設(shè)計(jì)環(huán)境的一部分。有成千上萬(wàn)的軟件開發(fā)人員一直在為L(zhǎng)inux內(nèi)核和中間件層工作。世界上沒有其它操作系統(tǒng)投入這么多人力(或工時(shí))來(lái)主動(dòng)解決汽車行業(yè)正在發(fā)生的需求和挑戰(zhàn)。汽車制造商能夠利用這種協(xié)作式的開源工作來(lái)加快新技術(shù)在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用，并節(jié)省這個(gè)過程中的成本。

此外，眾多組織和非盈利聯(lián)盟已經(jīng)建立，來(lái)協(xié)助汽車制造商保持軟件和中間件的更新，以及滿足汽車行業(yè)和管理機(jī)構(gòu)制定的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)。其中有兩個(gè)這樣的聯(lián)盟，他們是GENIVI Alliance以及Linux基金會(huì)的Automotive Grade Linux (AGL)。

去年，福特汽車公司通過GENIVI Alliance推出了其AppLink專有源代碼和平臺(tái)。GENIVI是一個(gè)由建立和共享基于Linux的車載信息娛樂平臺(tái)的汽車制造商和一級(jí)供應(yīng)商組成的非營(yíng)利組織。GENIVI主要推動(dòng)開源中間件兼容，旨在為所有成員建立一個(gè)更通用的系統(tǒng)平臺(tái)。雖然中間件是共享的，但成員仍然可以在應(yīng)用層面添加他們自己的差異化特點(diǎn)，從而建立獨(dú)一無(wú)二的品牌和產(chǎn)品(圖1)。

隨著福特的加入，GENIVI及其成員能夠用一個(gè)久經(jīng)考驗(yàn)的框架補(bǔ)充這個(gè)開源車載信息娛樂系統(tǒng)平臺(tái)，從而與智能手機(jī)和平板電腦應(yīng)用互動(dòng)。福特成功了，是因?yàn)樵撏狡脚_(tái)在這一方面現(xiàn)在已經(jīng)具備了成為開源汽車標(biāo)準(zhǔn)的潛力。

今天確實(shí)有了無(wú)線軟件更新技術(shù)，并被用來(lái)更新車載遠(yuǎn)程信息處理和信息娛樂系統(tǒng)。關(guān)注點(diǎn)仍然圍繞車載通信網(wǎng)絡(luò)上其它模塊的編程(比如控制器局域網(wǎng))，尤其是安全和內(nèi)存要求。但是這樣的技術(shù)確實(shí)存在，來(lái)保持信息娛樂系統(tǒng)和其它電子模塊貫穿車輛整個(gè)生命周期的更新。

圖1 GENIVI軟件架構(gòu)

互聯(lián)汽車帶來(lái)的新問題

看看當(dāng)今汽車的內(nèi)部，你會(huì)發(fā)現(xiàn)有很多電子系統(tǒng)在工作?，F(xiàn)在的汽車可能包含軍用式夜視功能來(lái)幫助分辨路口的行人;先進(jìn)的安全程序來(lái)確保安全氣囊在一微秒內(nèi)啟用;電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)和防抱死剎車幫助在惡劣天氣引導(dǎo)車輛;或者是備用攝像頭(傳感器)來(lái)幫助駕駛員在不良駕駛環(huán)境下看得更清楚。

所有這些電子系統(tǒng)都需要電子控制單元來(lái)保持正常運(yùn)行。一旦車輛增加了車載信息娛樂系統(tǒng)，開發(fā)人員也就一下子面臨了一輛車上很多復(fù)雜的連接性挑戰(zhàn)。顯然，一輛車的多媒體功能要被分類，并與安全關(guān)鍵性功能區(qū)分出不同的優(yōu)先順序。

互聯(lián)汽車也意味著使用了空前多的電子控制單元。最近有研究顯示，當(dāng)今的高端豪華車上可看到近100個(gè)電子控制單元。還發(fā)現(xiàn)了從8位和16位應(yīng)用處理器向低端32位微控制器的轉(zhuǎn)移。這只有在硬件成本不斷下降而硬件性能和功能提升時(shí)才適用。互聯(lián)汽車中的這些活動(dòng)需要處理復(fù)雜的活動(dòng)。這就是全功能汽車操作系統(tǒng)能夠發(fā)揮作用的地方。Linux作為一個(gè)操作系統(tǒng)顯示出了很廣闊的發(fā)展前景，它能夠?qū)⒈姸喙δ芗谒闹虚g件。

目前正在努力確保在達(dá)到基本活動(dòng)要求的同時(shí)，將汽車關(guān)鍵活動(dòng)獨(dú)立出來(lái)，確保安全性和數(shù)據(jù)完整性，這通常會(huì)使用一套虛擬層和虛擬化技術(shù)。在虛擬層技術(shù)中將 Linux與經(jīng)過安全驗(yàn)證的RTOS相結(jié)合提供了一種絕佳的選擇，既能夠在單芯片平臺(tái)上整合各種關(guān)鍵應(yīng)用，又可以通過模塊的整合降低整體汽車成本。

除了為安全關(guān)鍵應(yīng)用提供支持外，安全也正成為互聯(lián)汽車領(lǐng)域重點(diǎn)關(guān)注的問題。安全增強(qiáng)Linux (SELinux)是Linux的一個(gè)成熟組件，目前正被研究用于安全至上的互聯(lián)汽車的內(nèi)部功能。這也是Linux遠(yuǎn)超專有操作系統(tǒng)的一個(gè)方面。

隨著電子功能不斷增多，對(duì)模塊整合的需求變得愈加明顯。由于汽車結(jié)構(gòu)中加入了新的電子控制單元，很多問題隨之出現(xiàn)。汽車線束的復(fù)雜性和重量有所增加。通常會(huì)配置多余的軟件功能，以便為汽車平臺(tái)的可升級(jí)性提供更好的支持。[!--empirenews.page--]

例如：一輛車配備支持語(yǔ)音識(shí)別的遠(yuǎn)程信息處理模塊，而信息娛樂系統(tǒng)也支持語(yǔ)音識(shí)別，從而實(shí)現(xiàn)指揮與控制。車載信息娛樂系統(tǒng)可能通過聯(lián)網(wǎng)的移動(dòng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)免提功能。我們還看到新興先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)與駕駛座信息娛樂和駕駛員信息系統(tǒng)在傳感器輸入處理方面存在許多共性，這為模塊整合提供了又一個(gè)用例。

汽車中電子控制單元的不斷增多也更凸顯了標(biāo)準(zhǔn)化的重要性。隨著硬件平臺(tái)發(fā)生變化，這就需要重新設(shè)計(jì)軟件，甚至重新設(shè)計(jì)系統(tǒng)，以整合各模塊的功能。汽車開放系統(tǒng)架構(gòu)(AUTOSAR)很好地為不同汽車軟件架構(gòu)創(chuàng)建了開放性標(biāo)準(zhǔn)，以解決這些問題(圖2)。汽車原始設(shè)備制造商、電子產(chǎn)品供應(yīng)商、芯片制造商和軟件公司組成了AUTOSAR聯(lián)盟。

圖2 AUTOSAR開發(fā)環(huán)境

互聯(lián)性不僅限于汽車內(nèi)的電子控制單元，還涉及汽車與外界溝通的方式。汽車可能需要接入蜂窩無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。信息娛樂系統(tǒng)將通過與帶入汽車的移動(dòng)設(shè)備互聯(lián)而獲益，不僅可以訪問設(shè)備上的多媒體、應(yīng)用和數(shù)據(jù)，而且還為接入互聯(lián)網(wǎng)提供了新的選擇。

這方面有兩項(xiàng)新興技術(shù)：車與車(V2V)和車輛與基礎(chǔ)設(shè)施(V2I)通信，統(tǒng)稱為V2X(圖3)。V2X是一種機(jī)器對(duì)機(jī)器(M2M)通信，可在汽車之間、汽車與路邊基礎(chǔ)設(shè)施之間，甚至汽車與云之間實(shí)現(xiàn)自動(dòng)通信。V2V使汽車能夠進(jìn)行對(duì)講，使用短程無(wú)線電交換交通堵塞、天氣狀況和意料之外的施工區(qū)等數(shù)據(jù)。此外還有收費(fèi)等許多商業(yè)應(yīng)用。V2V能夠大大提升駕駛的安全性，因而前景十分廣闊。

諸如V2V通信之類的車輛通信系統(tǒng)并非ADAS專用，但卻為ADAS應(yīng)用帶來(lái)了很多有趣的新功能。這項(xiàng)技術(shù)基于專用短程通信(DSRC)，采用5.9 GHz頻段，該頻段也用于Wi-Fi。這樣就可以將信息發(fā)送至附近的汽車，一般最多只能傳輸1000米。該技術(shù)適用于在汽車之間或者汽車與路邊站臺(tái)之間收發(fā)本地信息。從ADAS的角度來(lái)說，V2V代表著另一種類似于傳感器的輸入系統(tǒng)，可用于改善策略和反應(yīng)。

當(dāng)然，V2V和V2I的實(shí)用性基于成本和客戶需求。部署激勵(lì)措施很可能最終將通過政府強(qiáng)制執(zhí)行。在任何情況下，成本都將成為一個(gè)問題。Linux作為一種開源軟件平臺(tái)，在降低開發(fā)成本方面發(fā)揮著重要作用。此外，GENIVI等聯(lián)盟將必須加大力度確保V2V和V2I符合全行業(yè)都接受的通用標(biāo)準(zhǔn)。

圖3 V2X格局：車與車(V2V)和車與基礎(chǔ)設(shè)施(V2I)通信

采用Linux的汽車系統(tǒng)

從信息娛樂和音響系統(tǒng)到遠(yuǎn)程信息處理系統(tǒng)(要求立即啟動(dòng)和強(qiáng)大的安全層)，Linux將充當(dāng)起運(yùn)行大部分互聯(lián)汽車功能的角色，這是大勢(shì)所趨。開源軟件正迅速占領(lǐng)裸機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)或封閉式汽車操作系統(tǒng)等傳統(tǒng)領(lǐng)域。

為滿足當(dāng)今汽車軟件解決方案的需求，一款開源軟件解決方案必須像Linux一樣具有成熟且值得信賴的內(nèi)核。因此可以考慮選擇Linux操作系統(tǒng)，此外還需要大量安全且高品質(zhì)的定制軟件組件。提供這類組件的廠商不僅需要有豐富的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)和服務(wù)的一致性，還要能夠提供涉及各個(gè)學(xué)科的工程服務(wù)，這樣才能與一級(jí)供應(yīng)商及其他合作伙伴共同打造最終解決方案。

除了值得信賴的安全內(nèi)核外，軟件平臺(tái)還應(yīng)能夠滿足汽車行業(yè)的特殊需求。其中不僅包括快速啟動(dòng)和圖像效果等最終用戶能輕易察覺的性能要求，還有對(duì)控制器局域網(wǎng)消息在50毫秒內(nèi)做出早期響應(yīng)的系統(tǒng)要求，這一點(diǎn)也是原始設(shè)備制造商所關(guān)注的。

此外，擁有早期開發(fā)的硬件原型也很重要，汽車制造商和一級(jí)供應(yīng)商可以用它們來(lái)進(jìn)行應(yīng)用軟件開發(fā)。一開始就獲得硬件原型讓汽車制造商能更深入地參與開發(fā)過程，從而以有效且獨(dú)特的方式來(lái)與一級(jí)供應(yīng)鏈合作。

總結(jié)

車載娛樂信息系統(tǒng)在廣播內(nèi)容方面已經(jīng)形成了高度靈活的調(diào)諧/預(yù)置功能，能夠呈現(xiàn)很多新的內(nèi)容形式，其中一些是基于互聯(lián)網(wǎng)的和交互式的。可以利用各類基礎(chǔ)技術(shù)和操作系統(tǒng)來(lái)打造這些新系統(tǒng)。已投入生產(chǎn)的車載娛樂信息系統(tǒng)采用了Microsoft Windows、Linux以及QNX的專有操作系統(tǒng)等。然而，業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為在汽車原始設(shè)備制造商要求的推動(dòng)下，關(guān)注的焦點(diǎn)正從技術(shù)創(chuàng)新轉(zhuǎn)向成本優(yōu)化。接下來(lái)，Linux顯然將成為成本最低的選擇。

其他汽車系統(tǒng)隨著新要求的出現(xiàn)而不斷發(fā)展，模式也很類似。遠(yuǎn)程信息處理系統(tǒng)、儀表板和其他電子系統(tǒng)開始具備標(biāo)準(zhǔn)化的新功能集，同時(shí)也出于商業(yè)上的因素，Linux很可能受到這些系統(tǒng)的青睞。事實(shí)上，整體都會(huì)有變化，因?yàn)槠嚨母鱾€(gè)部分都將受到影響。我們將看到，大量可移動(dòng)、可互換的零部件將讓汽車大變身。開源軟件會(huì)成為這一巨大轉(zhuǎn)變的核心力量嗎?讓我們拭目以待。