全球車用操作系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

文 / 中國(guó)汽車技術(shù)研究中心有限公司 李魯苗 周瑋

我國(guó)車控操作系統(tǒng)起步晚，總體上還處于跟隨狀態(tài)，但在智能駕駛系統(tǒng)和信息娛樂(lè)系統(tǒng)上國(guó)內(nèi)外操作系統(tǒng)差距較小，可以從頂層設(shè)計(jì)、技術(shù)創(chuàng)新、標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)和推廣應(yīng)用等方面推進(jìn)自主車用操作系統(tǒng)發(fā)展。

隨著電動(dòng)化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化技術(shù)應(yīng)用和跨鏈?zhǔn)饺诤习l(fā)展，汽車產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)轉(zhuǎn)向動(dòng)力電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電機(jī)控制器“大三電”，并向軟硬解耦的電子電氣架構(gòu)技術(shù)延伸，其中安全可控的操作系統(tǒng)成為全新技術(shù)生態(tài)的重要內(nèi)容。國(guó)家層面也逐步加強(qiáng)政策引導(dǎo)和支持，推動(dòng)車用操作系統(tǒng)自主研發(fā)和應(yīng)用推廣。2017年4月，《汽車產(chǎn)業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》中提出“重點(diǎn)支持傳感器、控制芯片、北斗高精度定位、車載終端、操作系統(tǒng)等核心技術(shù)的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化”。2020年4月，《關(guān)于完善新能源汽車推廣應(yīng)用財(cái)政補(bǔ)貼政策的通知》中提出“鼓勵(lì)企業(yè)進(jìn)一步提升整車安全性、可靠性，研發(fā)生產(chǎn)具有先進(jìn)底層操作系統(tǒng)、電子電氣架構(gòu)和智能化網(wǎng)聯(lián)化特征的新能源汽車產(chǎn)品”。2020年10月，《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》中明確了智能化相關(guān)的技術(shù)方向，主要包括車規(guī)級(jí)芯片、車用操作系統(tǒng)、新型電子電氣架構(gòu)等關(guān)鍵技術(shù)突破。在軟件定義汽車發(fā)展趨勢(shì)下，車用操作系統(tǒng)地位將尤為重要。

國(guó)內(nèi)外車用操作系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

按照開發(fā)類型劃分，車用操作系統(tǒng)主要分為兩大類：一是底層操作系統(tǒng)，專指內(nèi)核，主要功能包括內(nèi)存管理、文件管理、CPU調(diào)度管理、輸入輸出管理等；二是基于底層操作系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)，除了內(nèi)核外，還包括應(yīng)用程序框架、運(yùn)行時(shí)環(huán)境等，主要包括定制型操作系統(tǒng)和ROM型操作系統(tǒng)。根據(jù)汽標(biāo)委發(fā)布的《車用操作系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)體系》劃分，車用操作系統(tǒng)按照應(yīng)用功能細(xì)分為三類：安全車控操作系統(tǒng)，主要面向車輛動(dòng)力系統(tǒng)、底盤系統(tǒng)、車身系統(tǒng)等傳統(tǒng)控制領(lǐng)域，要求極高的實(shí)時(shí)性、可靠性、計(jì)算能力和（功能和信息）安全性；智能駕駛操作系統(tǒng)，主要面向智能駕駛（域控制器）領(lǐng)域，要求較高的安全性和可靠性；車載操作系統(tǒng)，主要面向信息娛樂(lè)和智能座艙（中控系統(tǒng)），對(duì)安全性和可靠性要求低于車控操作系統(tǒng)和智能駕駛操作系統(tǒng)。

面向車控和智能駕駛的AUTOSAR架構(gòu)及操作系統(tǒng)

AUTOSAR聯(lián)盟致力于為汽車電子電氣架構(gòu)建立一種開放式的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，成員包括全球主流汽車制造商、零部件供應(yīng)商、標(biāo)準(zhǔn)軟件供應(yīng)商、開發(fā)工具和服務(wù)提供商、半導(dǎo)體供應(yīng)商以及高校、研究機(jī)構(gòu)等。目前，AUTOSAR已成為全球主流的車載電子系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)軟件架構(gòu)，根據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求已發(fā)布了兩個(gè)平臺(tái)：一是基于OSEK/VDX標(biāo)準(zhǔn)的Classic AUTOSAR平臺(tái)，定義了安全車控操作系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范，以處理控制系統(tǒng)的電子控制單元（ECU）為主要對(duì)象；二是采用了基于POSIX標(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng)的Adaptive AUTOSAR平臺(tái)，適應(yīng)于新的集中式的高性能計(jì)算需求，以自動(dòng)駕駛和先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)等需要高性能計(jì)算的ECU為目標(biāo)。其中，Autosar OS是AUTOSAR標(biāo)準(zhǔn)軟件架構(gòu)的操作系統(tǒng)，被劃分在基礎(chǔ)軟件層中的服務(wù)層里的系統(tǒng)服務(wù)，與OSEK兼容，是面向車輛的安全車控操作系統(tǒng)，對(duì)實(shí)時(shí)性、安全性、穩(wěn)定性要求很高。國(guó)外在安全車控操作系統(tǒng)方面發(fā)展較早，我國(guó)企業(yè)目前主要使用Classic AUTOSAR標(biāo)準(zhǔn)的工具進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)。2020年7月，中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)組織成立了中國(guó)汽車基礎(chǔ)軟件生態(tài)委員會(huì)（簡(jiǎn)稱AUTOSEMO）。AUTOSEMO基于AUTOSAR現(xiàn)有軟件架構(gòu)，開展自動(dòng)駕駛、新能源的應(yīng)用程序接口標(biāo)準(zhǔn)研究制定，系統(tǒng)軟件和測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)與AUTOSAR標(biāo)準(zhǔn)保持一致。

綜合來(lái)看，在高安全、高穩(wěn)定、開發(fā)要求極高的車控操作系統(tǒng)方面，國(guó)內(nèi)外大部分企業(yè)均基于AUTOSAR開發(fā)各自的車控操作系統(tǒng)，我國(guó)由于起步晚在車控操作系統(tǒng)上較國(guó)外企業(yè)存在一定的差距。

表1 主要底層操作系統(tǒng)對(duì)比名稱 開源性 功能安全 主要適用場(chǎng)景 主要特征QNX 授權(quán)使用，按預(yù)裝車輛臺(tái)數(shù)收費(fèi) ASIL D 車載信息娛樂(lè)系統(tǒng)、數(shù)字座艙系統(tǒng)和駕駛輔助系統(tǒng)平臺(tái) 安全性高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、穩(wěn)定性好Linux 開源，無(wú)授權(quán)費(fèi)用 —— 目前集中在車載信息娛樂(lè)系統(tǒng)，未來(lái)向座艙域、自動(dòng)駕駛等領(lǐng)域延伸 兼容性好，應(yīng)用生態(tài)豐富WinCE —— —— 微軟停止更新 ——

面向智能駕駛和信息娛樂(lè)的底層操作系統(tǒng)

底層操作系統(tǒng)主要包括QNX、Linux、WinCE等（見表1）。QNX是遵從POSIX規(guī)范的類UNIX實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，是全球第一款達(dá)到ASIL D級(jí)別的車載操作系統(tǒng)，主要用于遠(yuǎn)程信息處理系統(tǒng)、信息娛樂(lè)和導(dǎo)航等，目前黑莓已開發(fā)了車載信息娛樂(lè)系統(tǒng)、數(shù)字座艙系統(tǒng)和駕駛輔助系統(tǒng)平臺(tái)。Linux是定制開發(fā)靈活度較強(qiáng)、基于POSIX和UNIX的開源操作系統(tǒng)，主要用于支持更多應(yīng)用和接口的信息娛樂(lè)系統(tǒng)場(chǎng)景。AGL、GENIVI等協(xié)會(huì)或聯(lián)盟致力于將開源Linux操作系統(tǒng)推廣至汽車領(lǐng)域。其中，AGL目前集中在車載信息娛樂(lè)系統(tǒng)，未來(lái)將向輔助駕駛、座艙域、自動(dòng)駕駛等領(lǐng)域延伸；GENIVI致力于基于開源的標(biāo)準(zhǔn)車載信息娛樂(lè)平臺(tái)，基本每半年對(duì)車載信息娛樂(lè)系統(tǒng)規(guī)范進(jìn)行更新。WinCE是微軟開發(fā)的嵌入式操作系統(tǒng)，主要應(yīng)用于車載主機(jī)、車載導(dǎo)航和車載娛樂(lè)系統(tǒng)，已逐步退出汽車操作系統(tǒng)市場(chǎng)。目前，QNX憑借優(yōu)勢(shì)占據(jù)汽車嵌入式操作系統(tǒng)市場(chǎng)率第一，基于Linux內(nèi)核的OS在智能座艙OS市場(chǎng)中占據(jù)約20%份額。

底層操作系統(tǒng)研發(fā)是一個(gè)系統(tǒng)工程，開發(fā)難度大、開發(fā)周期較長(zhǎng)，需要投入大量的人力、財(cái)力，基本沒(méi)有企業(yè)會(huì)全新開發(fā)底層操作系統(tǒng)。目前底層操作系統(tǒng)主要被國(guó)外壟斷，國(guó)內(nèi)主要是基于現(xiàn)有底層操作系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)。

面向智能駕駛和信息娛樂(lè)的定制型操作系統(tǒng)

在電動(dòng)化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化汽車產(chǎn)業(yè)變革趨勢(shì)下，科技公司、傳統(tǒng)車企、新造車勢(shì)力均積極打造自主研發(fā)的定制型操作系統(tǒng)，主要面向車載信息娛樂(lè)系統(tǒng)（IVI）和智能駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS），比如谷歌安卓、大眾VW.OS、特斯拉Version、華為鴻蒙、阿里巴巴AliOS等（見表2、表3）。

Android是谷歌基于Linux內(nèi)核開發(fā)的開源操作系統(tǒng)，主要應(yīng)用在車載信息娛樂(lè)系統(tǒng)、導(dǎo)航領(lǐng)域，在國(guó)內(nèi)車載信息娛樂(lè)系統(tǒng)領(lǐng)域占據(jù)主流地位?；ヂ?lián)網(wǎng)企業(yè)、傳統(tǒng)自主企業(yè)、造車新勢(shì)力企業(yè)又基于Android進(jìn)行定制化改造，推出了專屬汽車操作系統(tǒng)，如百度小度車載OS、比亞迪DiLink、吉利GKUI、蔚來(lái)NIO OS、小鵬Xmart OS等。

Version是特斯拉基于Linux內(nèi)核深度改造獨(dú)立開發(fā)的操作系統(tǒng)，支持信息娛樂(lè)系統(tǒng)和駕駛輔助系統(tǒng)，并通過(guò)OTA技術(shù)不斷進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)。對(duì)于信息安全問(wèn)題，特斯拉啟用Linux系統(tǒng)中的內(nèi)核模塊-安全增強(qiáng)型Linux（SELinux），通過(guò)“訪問(wèn)權(quán)限控制”來(lái)增強(qiáng)操作系統(tǒng)的安全性。

表2 主要定制型操作系統(tǒng)及選用OS企業(yè) 自研操作系統(tǒng) 選用操作系統(tǒng)谷歌 Android Linux蘋果 iOS UNIX特斯拉 Version Linux大眾 VW.OS Linux/QNX/VxWorks沃爾沃 VolvoCars.OS（計(jì)劃） Android豐田 Entune、Arene（計(jì)劃） Linux（AGL）寶馬 BMW iDrive Linux百度 DuerOS Android阿里巴巴 AliOS Linux比亞迪 DiLink Android吉利 GKUI Android蔚來(lái) NIO OS QNX、Android小鵬 XPILOT OS（智駕）/Xmart OS（座艙） QNX/Android威馬 QNX SDP 7.0 QNX理想 —— QNX

鴻蒙系統(tǒng)是華為研發(fā)的首個(gè)擁有Security（CC EAL 5+）&Safety（ASIL-D）雙高認(rèn)證的開源操作系統(tǒng)，具備Linux內(nèi)核和Lite微內(nèi)核等多個(gè)內(nèi)核，并基于此發(fā)布了鴻蒙座艙操作系統(tǒng)HOS、智能駕駛操作系統(tǒng)AOS以及智能車控操作系統(tǒng)VOS（兼容AUTOSAR）三大車載操作系統(tǒng)。

AliOS是阿里巴巴基于Linux Kernel自主研發(fā)的驅(qū)動(dòng)萬(wàn)物智能的操作系統(tǒng)，主要應(yīng)用于智能座艙，通過(guò)云服務(wù)相關(guān)的模塊接入阿里巴巴的生態(tài)環(huán)境。阿里巴巴相繼在AliOS Things和AliOS Lite上進(jìn)行開源，分步驟實(shí)現(xiàn)智能車機(jī)操作系統(tǒng)、智能座艙操作系統(tǒng)、智能整車操作系統(tǒng)。

綜上分析，定制型操作系統(tǒng)主要面向車載信息娛樂(lè)系統(tǒng)和智能駕駛輔助系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)外操作系統(tǒng)大都基于Android、Linux和QNX開發(fā)，差距較小。隨著華為鴻蒙系統(tǒng)憑借開源、高安全等特征不斷完善系統(tǒng)生態(tài)，自主操作系統(tǒng)發(fā)展優(yōu)勢(shì)或?qū)⒅鸩酵癸@，自主化發(fā)展步伐加快。

我國(guó)車用操作系統(tǒng)問(wèn)題和發(fā)展建議

在軟件定義汽車發(fā)展趨勢(shì)下，車用操作系統(tǒng)地位尤為重要。但是，當(dāng)前我國(guó)車用操作系統(tǒng)發(fā)展面臨著一些突出問(wèn)題：一是關(guān)鍵核心技術(shù)仍受制于人?，F(xiàn)有大部分操作系統(tǒng)是基于QNX、Linux、Android系統(tǒng)的二次開發(fā)，對(duì)其內(nèi)核等核心技術(shù)掌握不足，操作系統(tǒng)開發(fā)所需要的工具鏈、安全體系、程序庫(kù)等主要被國(guó)外機(jī)構(gòu)掌握。二是自主創(chuàng)新能力依然不足。我國(guó)車用操作系統(tǒng)發(fā)展仍處于初期階段，在智能車控、自動(dòng)駕駛關(guān)鍵核心技術(shù)研發(fā)，以及軟硬件兼容適配等方面缺乏自主創(chuàng)新能力。三是未建立可持續(xù)的生態(tài)體系。由于國(guó)外操作系統(tǒng)已形成了較高的技術(shù)壁壘，自主操作系統(tǒng)很難快速打開市場(chǎng)，造成系統(tǒng)開發(fā)者、軟件開發(fā)者和使用者等各個(gè)主體難以有效聚焦，尚未形成良性循環(huán)生態(tài)圈。

表3 部分定制型車用操作系統(tǒng)特征名稱 所屬公司 底層OS 開源性 主要用途 主要特征Android 谷歌 Linux 開源，無(wú)授權(quán)費(fèi)用 信息娛樂(lè)系統(tǒng)、導(dǎo)航 豐富的應(yīng)用生態(tài)、較強(qiáng)的可移植性Version 特斯拉 Linux 非開源，特斯拉獨(dú)用信息娛樂(lè)系統(tǒng)和駕駛輔助系統(tǒng) 啟動(dòng)安全增強(qiáng)型Linux Harmony 華為 Linux和Lite等多內(nèi)核 開源，無(wú)授權(quán)費(fèi)用信息娛樂(lè)系統(tǒng)、駕駛輔助系統(tǒng)、車控系統(tǒng) 雙內(nèi)核，全球首個(gè)擁有雙高認(rèn)證AliOS 阿里巴巴 Linux 開源，無(wú)授權(quán)費(fèi)用分步驟實(shí)現(xiàn)智能車機(jī)操作系統(tǒng)智能座艙操作系統(tǒng)智能整車操作系統(tǒng)跨品牌的行業(yè)級(jí)智能座艙操作系統(tǒng)

在“軟件定義汽車”時(shí)代，車用操作系統(tǒng)涉及到網(wǎng)絡(luò)安全和信息安全，是下一代新能源汽車的根基。為了保持下一代新能源汽車競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)、建設(shè)汽車強(qiáng)國(guó)，發(fā)展自主的車用操作系統(tǒng)已是當(dāng)務(wù)之急，建議從頂層設(shè)計(jì)、技術(shù)創(chuàng)新、標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)、推廣應(yīng)用等方面推進(jìn)自主操作系統(tǒng)的發(fā)展。

一是加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)和組織協(xié)調(diào)。參照新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展部際協(xié)調(diào)機(jī)制，成立中國(guó)汽車操作系統(tǒng)的領(lǐng)導(dǎo)小組，加強(qiáng)系統(tǒng)軟件與整車、芯片等關(guān)鍵零部件、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商等產(chǎn)業(yè)鏈各主體協(xié)同創(chuàng)新發(fā)展，打造完整的、可持續(xù)的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。

二是加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新資金支持。通過(guò)核高基、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等專項(xiàng)加大技術(shù)攻關(guān)投入，并設(shè)立車用操作系統(tǒng)基礎(chǔ)軟件專項(xiàng)資金或基金等。加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)投資引導(dǎo)，鼓勵(lì)社會(huì)資本重點(diǎn)投向車用操作系統(tǒng)等智能化關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域。

三是加快建立行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試認(rèn)證。加快建立車用操作系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)體系，涵蓋接口、功能軟件、信息安全、通信等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制定。支持第三方機(jī)構(gòu)開展車用操作系統(tǒng)檢測(cè)認(rèn)證業(yè)務(wù)，對(duì)功能安全、信息安全等按照安全性、可靠性、穩(wěn)定性等多個(gè)維度設(shè)置不同等級(jí)，引導(dǎo)行業(yè)不斷調(diào)優(yōu)操作系統(tǒng)性能、提高信息安全。

四是優(yōu)化市場(chǎng)推廣應(yīng)用環(huán)境。對(duì)國(guó)內(nèi)有保密要求的關(guān)鍵應(yīng)用領(lǐng)域，要求在用車輛采用擁有源碼的自主操作系統(tǒng)。對(duì)搭載自主操作系統(tǒng)的測(cè)試車輛，鼓勵(lì)地方優(yōu)先發(fā)放測(cè)試牌照。同時(shí)，要求在國(guó)內(nèi)使用的車用操作系統(tǒng)需要在國(guó)家相關(guān)主管部門登記備案，保障信息安全。