汽車操作系統(tǒng)研究：整車操作系統(tǒng)的三種實(shí)現(xiàn)方式

佐思汽研發(fā)布《2023-2024年全球與中國(guó)汽車操作系統(tǒng)研究報(bào)告》。

國(guó)產(chǎn)化操作系統(tǒng)開始發(fā)力

2023年，華為、斑馬智行、小米、蔚來等國(guó)產(chǎn)廠商紛紛在操作系統(tǒng)市場(chǎng)發(fā)力，推出具備競(jìng)爭(zhēng)力優(yōu)勢(shì)的操作系統(tǒng)版本，適配了國(guó)產(chǎn)芯片方案并獲得主機(jī)廠定點(diǎn)項(xiàng)目。

2023年汽車操作系統(tǒng)市場(chǎng)動(dòng)態(tài)

圖片來源：佐思汽研整理

譬如，小米、蔚來等推出了整車操作系統(tǒng)，普華和中興等供應(yīng)商加強(qiáng)了操作系統(tǒng)微內(nèi)核的實(shí)時(shí)、安全等功能。

2023年10月，小米推出自研的HyperOS，底層采用Linux與Vela內(nèi)核融合，中間件接入AI子系統(tǒng)，在多任務(wù)處理流程中設(shè)置優(yōu)先級(jí)，采取分級(jí)調(diào)度的形式提升操作系統(tǒng)處理效率。

在生態(tài)上，小米打造了CarIoT生態(tài)，打通互聯(lián)網(wǎng)IoT與汽車領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)“人車家全生態(tài)”理念。

小米HyperOS架構(gòu)

圖片來源：小米

在中間件方案中，Autosar 依然成為多數(shù)主機(jī)廠在車控、自動(dòng)駕駛領(lǐng)域的選擇之一，但其與國(guó)產(chǎn)芯片不能完全適配，且現(xiàn)場(chǎng)通信處理的反饋時(shí)間偏長(zhǎng)，不能完全滿足車企需求，導(dǎo)致部分供應(yīng)商和主機(jī)廠自研微內(nèi)核與中間件。2023年5月，中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)正式發(fā)布中國(guó)車用操作系統(tǒng)開源計(jì)劃中首個(gè)微內(nèi)核開源項(xiàng)目，該項(xiàng)目計(jì)劃在2025年實(shí)現(xiàn)基于開源微內(nèi)核的自主車用操作系統(tǒng)，并逐步替代QNX。其中，開源微內(nèi)核由中電科普華基礎(chǔ)軟件提供，采用木蘭公共許可證（第2版）；芯片由芯馳科技提供，型號(hào)為G9X。

普華提供的“龘”（EasyAda）微內(nèi)核可以實(shí)現(xiàn)面向各類芯片平臺(tái)和應(yīng)用場(chǎng)景提供安全內(nèi)核；針對(duì)汽車領(lǐng)域，中電科普華基礎(chǔ)軟件對(duì)該微內(nèi)核進(jìn)行了相應(yīng)的實(shí)時(shí)性改進(jìn)機(jī)制，如面向自動(dòng)駕駛大規(guī)模運(yùn)算時(shí)，基于優(yōu)先級(jí)的搶占機(jī)制，微內(nèi)核的搶占調(diào)度策略，以及集成算法，中斷、延時(shí)機(jī)制等技術(shù)手段，來改進(jìn)微內(nèi)核實(shí)時(shí)性方面的表現(xiàn)，以突破實(shí)時(shí)性和性能要求。

普華的“龘”微內(nèi)核架構(gòu)

圖片來源：普華

主機(jī)廠：實(shí)現(xiàn)整車操作系統(tǒng)的三種方式

汽車操作系統(tǒng)演進(jìn)路線

圖片來源：佐思汽研

隨著EE架構(gòu)向中央計(jì)算架構(gòu)發(fā)展的背景下，軟件系統(tǒng)開始向SOA架構(gòu)演變，其中操作系統(tǒng)開始由域操作系統(tǒng)向整車操作系統(tǒng)演進(jìn)。

整車操作系統(tǒng)是基于SOA架構(gòu)，通過中央計(jì)算平臺(tái)融合座艙操作系統(tǒng)、智駕操作系統(tǒng)、安全車控操作系統(tǒng)的功能，從而提供同一套編程接口的整車級(jí)平臺(tái)，特點(diǎn)是分層解耦、架構(gòu)統(tǒng)一，通過提供統(tǒng)一接口，提升車企開發(fā)效率。整車操作系統(tǒng)通過集中調(diào)度硬件資源和算力，實(shí)現(xiàn)整車各域功能的調(diào)度和融合。

佐思汽研認(rèn)為， 整車操作系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式可分為三個(gè)層級(jí)，如下表所示：

整車操作系統(tǒng)的三種實(shí)現(xiàn)方式

圖片來源：佐思汽研

方式一，以華為為例：

2023年4月，華為推出iDVP智能數(shù)字底座（即整車操作系統(tǒng)），該平臺(tái)為基于SOA架構(gòu)設(shè)計(jì)的數(shù)字底座，融合了華為各個(gè)域操作系統(tǒng)（智駕操作系統(tǒng)AOS，座艙操作系統(tǒng)HOS、車控操作系統(tǒng)VOS）的功能，通過原子服務(wù)層實(shí)現(xiàn)軟硬件解耦，從而實(shí)現(xiàn)跨車型開發(fā)的快速適配。

華為iDVP智能數(shù)字底座方案

圖片來源：華為

2023年，搭載iDVP平臺(tái)的代表車型為智界S7，該車型的途靈底盤基于iDVP智能數(shù)字底座開發(fā)，并通過iDVP智能數(shù)字底座配置的HUAWEI xMotion等原生應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)、轉(zhuǎn)向、懸架進(jìn)行中央?yún)f(xié)同控制。2024年，iDVP平臺(tái)計(jì)劃有7款車上市。

方式二，以蔚來為例：

2023年9月，蔚來發(fā)布整車操作系統(tǒng)“天樞Sky OS”，采用自研的微內(nèi)核與虛擬機(jī)取代了QNX內(nèi)核服務(wù)。該整車操作系統(tǒng)分為四個(gè)模塊，其中SkyOS-M模塊基于自研微內(nèi)核構(gòu)建，具備強(qiáng)實(shí)時(shí)性與安全性，該微內(nèi)核架構(gòu)上配置艙駕一體的虛擬機(jī)體系，搭載于蔚來NT 3.0平臺(tái)；SkyOS-L模塊則采用自研的中間件平臺(tái)，代替Autosar方案。

天樞SkyOS架構(gòu)

圖片來源：蔚來汽車

在操作系統(tǒng)研發(fā)的過程中，蔚來發(fā)布多項(xiàng)技術(shù)，包括用于實(shí)現(xiàn)多核處理系統(tǒng)上的任務(wù)調(diào)度和提升任務(wù)調(diào)度效率等技術(shù)。其中，在多核處理系統(tǒng)上調(diào)度目標(biāo)任務(wù)采用了多層調(diào)度模型，并搭載公平輪詢算法/最空閑優(yōu)先算法等，整車操作系統(tǒng)能夠通過感知功能群，協(xié)調(diào)不同的工況下的硬件資源（算力、傳感器）。

用于在多核處理系統(tǒng)上調(diào)度目標(biāo)任務(wù)的流程

圖片來源：蔚來汽車

Linux、鴻蒙、天樞等操作系統(tǒng)對(duì)多任務(wù)采用了不同的調(diào)度方式，并由最初的統(tǒng)一調(diào)度演化到了多層調(diào)度，提升了處理效率，同時(shí)提升了安全性能。

Linux、鴻蒙、天樞的多任務(wù)調(diào)度方式對(duì)比

圖片來源：佐思汽研整理

方式三，以大眾為例：

大眾VW.OS由SDK(軟件開發(fā)工具包)、參考應(yīng)用程序、軟件組件和用于嵌入式軟件和云連接的配置工具組成，通過與VW.AC(大眾汽車云)、大循環(huán)數(shù)據(jù)聚合系統(tǒng)(BigLoop)聯(lián)合工作，形成整車軟件開發(fā)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)分布式處理向集中式處理方式的轉(zhuǎn)換，達(dá)到核心架構(gòu)減少到三個(gè)車載中央處理器。

截至2023年2月，保時(shí)捷與奧迪的部分車型已經(jīng)搭載該軟件平臺(tái)的1.2高級(jí)版本的部分組件（包括軟件更新、云端數(shù)據(jù)傳輸、診斷和數(shù)據(jù)積累），大眾計(jì)劃將完整的軟件平臺(tái)作為2.0版本在2025年推出，合作伙伴包括黑莓和微軟等。

供應(yīng)商：構(gòu)建操作系統(tǒng)生態(tài)圈

操作系統(tǒng)的規(guī)?；瘧?yīng)用，需要強(qiáng)大生態(tài)系統(tǒng)的支持。2023年，汽車OS供應(yīng)商在積極落地整車操作系統(tǒng)的同時(shí)，加大對(duì)操作系統(tǒng)生態(tài)的拓展，包括適配更多國(guó)產(chǎn)化芯片、建立更多的上下游合作伙伴等。

上下游合作：

中科創(chuàng)達(dá)：由子公司滴水智行和中國(guó)（上海）自由貿(mào)易試驗(yàn)區(qū)臨港新片區(qū)密切合作，建立整車研發(fā)基地；

與大眾旗下Cariad公司合資成立Carthunder公司，在智能網(wǎng)聯(lián)、智能座艙、操作系統(tǒng)等領(lǐng)域開展合作。

誠邁科技：與EB在Autosar領(lǐng)域建立戰(zhàn)略合作關(guān)系。

芯片：

中科創(chuàng)達(dá)：中科創(chuàng)達(dá)與高通芯片深度綁定，如在搭載了高通 8 系列芯片平臺(tái)的邊緣設(shè)備上實(shí)現(xiàn)了 LLaMA-2 130 億參數(shù)模型的穩(wěn)定運(yùn)行，通過 AI 大模型提升整車平臺(tái)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。誠邁科技：2023年，誠邁科技基于地平線TogetheROS.Auto平臺(tái)，構(gòu)建了面向J5、J6平臺(tái)的Hesper OS軟件平臺(tái)產(chǎn)品方案，該方案以FusionDrive的功能為基礎(chǔ)，增加SOA服務(wù)功能；此外，誠邁科技與英偉達(dá)簽訂合作協(xié)議，成為其生態(tài)系統(tǒng)軟件合作伙伴，為智能駕駛相關(guān)企業(yè)提供基于Orin及Xavier芯片的智能駕駛視覺方案。

構(gòu)建開發(fā)者生態(tài)：

如華為，推出HarmonyOS NEXT，并提供面向開發(fā)者的中間件和工具鏈。