面向智能網(wǎng)聯(lián)汽車的混合操作系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

韓博硯

（無錫汽車工程高等職業(yè)技術學校，江蘇 無錫 214000）

引言

智能網(wǎng)聯(lián)汽車被許多行業(yè)認為是汽車行業(yè)最新的一場革命，許多汽車行業(yè)的龍頭企業(yè)都紛紛開始加入對于其的研究，此外還有一些比較大的企業(yè)也開始有所涉足。近兩年來，隨著人工智能技術的不斷提高，無人駕駛技術的智能網(wǎng)聯(lián)汽車也逐步開始應用到現(xiàn)實的生活當中，并且成為了當下最為熱門的話題之一。智能網(wǎng)聯(lián)汽車就是要無線趨近于自動化操作，以此來盡量避免任何事故的發(fā)生。為了實現(xiàn)這一目的，汽車的電子系統(tǒng)是最為重要的部分，為了可以提升整體的安全性能，就必須通過實施控制來使得發(fā)動機、汽車底盤等一系列系統(tǒng)進行統(tǒng)一的規(guī)劃。但目前的分離式系統(tǒng)架構已經(jīng)逐漸顯露出很大的問題，需要通過新型的混合操作系統(tǒng)來應對逐漸多樣化的需求。

1 混合操作系統(tǒng)概述

混合操作系統(tǒng)的本質是通過一種平臺的結構來支撐的，而要使這個平臺具體運用，就需要采取一種分成層的設計，并且在具體運營過程當中，通過不同級別的抽象來表達整體任務的統(tǒng)一。因此這一整套設計平臺和計算方式的效果，就應該體現(xiàn)在能夠完成系統(tǒng)賦予的全部任務，并且以計算結構來與汽車上其他設備進行聯(lián)動，以此來對車輛實現(xiàn)操縱。為了更好地對其進行開發(fā)和部署，同時也為了可以使其進行動態(tài)的遷移，在開發(fā)的過程當中，應該包括部署、調試、測試工具等等不同的步驟。

2 混合操作系統(tǒng)核心體系結構設計

2.1 HCI-System設計

需要對于其最為底層的部分進行設計，其中使用最多的就是多核SoC。它的具體功能是為了平臺的需要，為整個系統(tǒng)提供一定量的儲存空間，并以此來構建盡可能大的儲存系統(tǒng)。此外還需要通過以太網(wǎng)接口來對于其他網(wǎng)絡進行組成，共同形成混合操作系統(tǒng)。尤其是需要用到USB接口的設備，以及需要用HDMI接口來連接一些圖像顯示界面。并且在對于4G接口方面，混合操作系統(tǒng)應該能與外網(wǎng)進行連接，并且對車輛實施導航、遠程更新等等各種硬件的基礎功能。這樣就可以提供最為穩(wěn)定且資源豐富的第三方平臺，適用于多媒體的平臺使用。

2.2 RTC-System設計

在對最底層進行設計的時候，需要考慮到其在底層的硬件平臺當中所運用到的計算量并不大，因此基本上可以采取單核的SoC就可以完全勝任。而這個部分從硬件上并且可以支持CAN、LIN等等傳統(tǒng)設備。而且它還可以與車輛當中的其他設備相互協(xié)作，這樣就會使得混合操作系統(tǒng)可以在邏輯上面與其他設備進行聯(lián)合，并且在這個基礎上對車輛實行操控。不僅如此，它在車輛系統(tǒng)中屬于相對獨立的部分，所以可以對不同信息進行轉換。這樣當系統(tǒng)有很多任務需要處理時，它就可以對其他一些系統(tǒng)在實行自身功能的同時，也能十分高效地進行運作，并且通過虛擬總線來進行獲取。

3 混合操作系統(tǒng)的任務設計

3.1 系統(tǒng)管理

當混合操作系統(tǒng)通過局域網(wǎng)的廣播來對每一個物體進行探索的時候，在它成功之后就需要對系統(tǒng)進行進一步的管理。如果系統(tǒng)真實存在，那么就需要通過系統(tǒng)來獲得類似文件的請求，這樣就可以相應的保存在系統(tǒng)上的描述文件，最終交給處理中心。其核心的內(nèi)容包括以下幾個方面：

第一，系統(tǒng)版本。由于系統(tǒng)的不同版本對應著不同的數(shù)據(jù)庫，所以選擇對于文件的管理中，需要設置最低的系統(tǒng)版本；第二，系統(tǒng)組成。這一部分是系統(tǒng)核心成分之一，其系統(tǒng)上面應該存在著相關的信息，其中就包括整個平臺計算能力，以及對于硬件的要求等等；第三，系統(tǒng)的VFB設備編號。 VFB內(nèi)容需要對于整個系統(tǒng)的各個接口來進行抽象連接，通過編號來對它們進行一定的區(qū)分，這樣就可以使得不同的軟件組成有所區(qū)別，并且編號會因為硬件發(fā)生一定的變化而進行調整。所以系統(tǒng)在對文件進行掃描的時候，就應該對其進行編號。

3.2 系統(tǒng)工程

3.2.1 組成

雖然很多混合操作系統(tǒng)只同時擁有一個工程，但這個工程其實可以完成多個任務。所以在任務分配的時候，可以通過工程編譯、配置文件等進行實現(xiàn)。

3.2.2 工程配置文件

對于工程來講，其中每一個都包含著一個配置文件，里面存在著其較為核心的一部分信息，其中最重要的有以下幾點：第一，混合操作系統(tǒng)最低版本要求，每當出現(xiàn)版本的升級，就會多出不少的新功能，但其本質仍然需要通過規(guī)定最低版本號來實現(xiàn)整體功能的統(tǒng)一；第二，任務列表。工程在運行的時候往往會包含多個任務，這就需要對與每個對應文件都要進行核查，對于任務的一些屬性，如規(guī)則、型號等，進行詳細地展示，這樣才可以將其放在對應的文件之中；第三，是不是可部署工程。當工程出現(xiàn)非部署的情況，那么就無法用一般的邏輯來進行計算。這樣就得為其進行自定義的操作，使用獨特的任務導入將任務放置在可部署的文件之中；第四，工程運行參數(shù)。當系統(tǒng)工程運行時，要用全局性的開啟或者是關閉來實現(xiàn)相關的任務。比如是否進行持久化記錄、是否開啟文件系統(tǒng)緩存，等等一系列操作。而任務各自的啟動參數(shù)也應該在配置文件中進行展示。

3.2.3 編譯配置文件

每一過程當中都應該有一個編譯配置文件，其包含的內(nèi)容有系統(tǒng)庫與頭文件的路徑、外部庫與頭文件路徑以及編譯選項。這些都是可以支持系統(tǒng)進行得最基本要求，并且還可以從第三方庫來進行使用。

3.3 系統(tǒng)任務

一個系統(tǒng)過程當中還有多個任務，并且它們都是由任務源文件、資源文件等等來進行組成的。其中就包括：

3.3.1 原文件

需要對原文件的后綴名進行同意，這樣將就能把每一個任務的結尾進行統(tǒng)一的規(guī)定，而在使用的時候依然可以支持一些普遍的后綴來進行結尾。而在創(chuàng)建的時候，其相關的人員會獲得一個主文件，其內(nèi)容就包括任務入口函數(shù)的模板，通過這個系統(tǒng)就可以進行啟用之后被調用。

3.3.2 任務配置文件

每一個配置文件都包含著一些屬性，比如任務名稱與類型、是否自啟動任、是否自定義服務任務、啟動任務參數(shù)，任務所提供的服務列表等一系列的數(shù)據(jù)。

3.3.3 任務導入

當其他軟件通過任務進行導入的時候，那么不同的組織就可以同時對混合操作系統(tǒng)的任務進行共享。而不同的任務經(jīng)過不同人員進行開發(fā)，就會形成不同的工程，以便應用在各個實際過程當中。而在導入時需要根據(jù)相關的配置文件來對其進行一定的檢測，如果沒有滿足要求，那么就會發(fā)生警告，不過開發(fā)人員依然可以通過強制來進行導入。

4 基于混合操作系統(tǒng)的實驗設計與分析

4.1 實驗核心硬件

通過第2代智能車的設備，運用于研發(fā)智能聯(lián)網(wǎng)汽車以及無人駕駛系統(tǒng)。其中配備了一定的毫米波雷達、超聲波傳感器、GPS定位等等各種硬件模塊，而對于它的底部結構則采取了直流無刷輪轂電機線來運作，以及帶繼電器的裝置助力和轉向系統(tǒng)。此外，還用到了車輛控制VCU、攝像頭以及激光雷達等等一系列的硬件設備。

4.2 系統(tǒng)工程與任務設計

該實驗通過對于智能車的具體測控來實現(xiàn)多個任務，其中就包括道路識別、雷達防撞、行車決策、車輛控制等不同的任務。在任務道路識別的過程當中，需要將道路的圖像以及處理后的圖像一起交給相應的處理系統(tǒng)進行圖形顯示，這樣通過雷達數(shù)據(jù)的進一步分析，檢測在智能車前的具體障礙物。并且通過任務來解析出最新的道路信息，制定出一定的行車決策，并且需要控制中心來最終判定行車的具體任務。此時也會通過雷達數(shù)據(jù)來對于障礙物的出現(xiàn)進行實時的分析，并且判定是否出現(xiàn)行車決策失效的情況，使得車輛能夠實現(xiàn)快速的剎車。

4.3 實驗結果分析

在實驗過程當中，車輛通過一個環(huán)形的軌道來運行，而軌道需要用特殊的線條進行連接，使其在為實驗人員提供一定視角的基礎上，還不會影響到汽車的識別系統(tǒng)。而在實驗過程當中，車輛的平均速度為4米每秒。當設計轉彎路程的時候，就展現(xiàn)了人機交互的局部效果。并且在顯示車輛攝像頭獲取的原始數(shù)據(jù)之后，圖像可以通過具體的任務處理來獲得準確的道路信息，并且將道路信息通過圖形化的方式便于人們進行觀察。通過以上平臺及任務，一共進行了多次實驗，車輛的平均速度始終保持在4米每秒，而完成的效率達到了96%。其中出現(xiàn)失敗的原因來源于道路算法上的部分問題，從而出現(xiàn)一些錯誤。但是在混合系統(tǒng)運行的過程當中其異常率是為零。

因此可以得出結論：智能網(wǎng)聯(lián)汽車的混合操作系統(tǒng)可以在低速的情況下完成車輛智能計算任務。

5 結束語

本文通過對于智能網(wǎng)聯(lián)汽車進行深入地探討，構建出一種混合操作系統(tǒng)平臺，使用多個構件來實現(xiàn)開發(fā)，并且滿足實時控制，便于人機交互，完成高計算型任務，對于當前的智能網(wǎng)聯(lián)汽車任務有著相當好的適用性。