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全球车用操作系统发展现状

2022-01-08 19:07:19·  来源：汽车纵横AutoReview  作者：李鲁苗 周玮  
　
我国车控操作系统起步晚，总体上还处于跟随状态，但在智能驾驶系统和信息娱乐系统上国内外操作系统差距较小，可以从顶层设计、技术创新、标准检测和推广应用等方
我国车控操作系统起步晚，总体上还处于跟随状态，但在智能驾驶系统和信息娱乐系统上国内外操作系统差距较小，可以从顶层设计、技术创新、标准检测和推广应用等方面推进自主车用操作系统发展。
随着电动化、网联化、智能化技术应用和跨链式融合发展，汽车产业核心技术转向动力电池、驱动电机、电机控制器“大三电”，并向软硬解耦的电子电气架构技术延伸，其中安全可控的操作系统成为全新技术生态的重要内容。国家层面也逐步加强政策引导和支持，推动车用操作系统自主研发和应用推广。2017年4月，《汽车产业中长期发展规划》中提出“重点支持传感器、控制芯片、北斗高精度定位、车载终端、操作系统等核心技术的研发及产业化”。2020年4月，《关于完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》中提出“鼓励企业进一步提升整车安全性、可靠性，研发生产具有先进底层操作系统、电子电气架构和智能化网联化特征的新能源汽车产品”。2020年10月，《新能源汽车产业发展规划（2021-2035年）》中明确了智能化相关的技术方向，主要包括车规级芯片、车用操作系统、新型电子电气架构等关键技术突破。在软件定义汽车发展趋势下，车用操作系统地位将尤为重要。
国内外车用操作系统发展现状
按照开发类型划分，车用操作系统主要分为两大类：一是底层操作系统，专指内核，主要功能包括内存管理、文件管理、CPU调度管理、输入输出管理等；二是基于底层操作系统进行开发，除了内核外，还包括应用程序框架、运行时环境等，主要包括定制型操作系统和ROM型操作系统。根据汽标委发布的《车用操作系统标准体系》划分，车用操作系统按照应用功能细分为三类：安全车控操作系统，主要面向车辆动力系统、底盘系统、车身系统等传统控制领域，要求极高的实时性、可靠性、计算能力和（功能和信息）安全性；智能驾驶操作系统，主要面向智能驾驶（域控制器）领域，要求较高的安全性和可靠性；车载操作系统，主要面向信息娱乐和智能座舱（中控系统），对安全性和可靠性要求低于车控操作系统和智能驾驶操作系统。
面向车控和智能驾驶的
AUTOSAR架构及操作系统
AUTOSAR联盟致力于为汽车电子电气架构建立一种开放式的行业标准，成员包括全球主流汽车制造商、零部件供应商、标准软件供应商、开发工具和服务提供商、半导体供应商以及高校、研究机构等。目前，AUTOSAR已成为全球主流的车载电子系统标准软件架构，根据产业发展需求已发布了两个平台：一是基于OSEK/VDX标准的Classic AUTOSAR平台，定义了安全车控操作系统的技术规范，以处理控制系统的电子控制单元（ECU）为主要对象；二是采用了基于POSIX标准操作系统的Adaptive AUTOSAR平台，适应于新的集中式的高性能计算需求，以自动驾驶和先进驾驶辅助系统等需要高性能计算的ECU为目标。其中，Autosar OS是AUTOSAR标准软件架构的操作系统，被划分在基础软件层中的服务层里的系统服务，与OSEK兼容，是面向车辆的安全车控操作系统，对实时性、安全性、稳定性要求很高。国外在安全车控操作系统方面发展较早，我国企业目前主要使用Classic AUTOSAR标准的工具进行设计开发。2020年7月，中国汽车工业协会组织成立了中国汽车基础软件生态委员会（简称AUTOSEMO）。AUTOSEMO基于AUTOSAR现有软件架构，开展自动驾驶、新能源的应用程序接口标准研究制定，系统软件和测试标准与AUTOSAR标准保持一致。
综合来看，在高安全、高稳定、开发要求极高的车控操作系统方面，国内外大部分企业均基于AUTOSAR开发各自的车控操作系统，我国由于起步晚在车控操作系统上较国外企业存在一定的差距。
面向智能驾驶和信息娱乐的
底层操作系统
底层操作系统主要包括QNX、Linux、WinCE等（见表1）。QNX是遵从POSIX规范的类UNIX实时操作系统，是全球第一款达到ASIL D级别的车载操作系统，主要用于远程信息处理系统、信息娱乐和导航等，目前黑莓已开发了车载信息娱乐系统、数字座舱系统和驾驶辅助系统平台。Linux是定制开发灵活度较强、基于POSIX和UNIX的开源操作系统，主要用于支持更多应用和接口的信息娱乐系统场景。AGL、GENIVI等协会或联盟致力于将开源Linux操作系统推广至汽车领域。其中，AGL目前集中在车载信息娱乐系统，未来将向辅助驾驶、座舱域、自动驾驶等领域延伸；GENIVI致力于基于开源的标准车载信息娱乐平台，基本每半年对车载信息娱乐系统规范进行更新。WinCE是微软开发的嵌入式操作系统，主要应用于车载主机、车载导航和车载娱乐系统，已逐步退出汽车操作系统市场。目前，QNX凭借优势占据汽车嵌入式操作系统市场率第一，基于Linux内核的OS在智能座舱OS市场中占据约20%份额。
底层操作系统研发是一个系统工程，开发难度大、开发周期较长，需要投入大量的人力、财力，基本没有企业会全新开发底层操作系统。目前底层操作系统主要被国外垄断，国内主要是基于现有底层操作系统进行开发。
面向智能驾驶和信息娱乐的
定制型操作系统
在电动化、网联化、智能化汽车产业变革趋势下，科技公司、传统车企、新造车势力均积极打造自主研发的定制型操作系统，主要面向车载信息娱乐系统（IVI）和智能驾驶辅助系统（ADAS），比如谷歌安卓、大众VW.OS、特斯拉Version、华为鸿蒙、阿里巴巴AliOS等（见表2、表3）。

Android是谷歌基于Linux内核开发的开源操作系统，主要应用在车载信息娱乐系统、导航领域，在国内车载信息娱乐系统领域占据主流地位。互联网企业、传统自主企业、造车新势力企业又基于Android进行定制化改造，推出了专属汽车操作系统，如百度小度车载OS、比亚迪Dilink、吉利GKUI、蔚来NIO OS、小鹏Xmart OS等。
Version是特斯拉基于Linux内核深度改造独立开发的操作系统，支持信息娱乐系统和驾驶辅助系统，并通过OTA技术不断进行优化升级。对于信息安全问题，特斯拉启用Linux系统中的内核模块-安全增强型Linux（SELinux），通过“访问权限控制”来增强操作系统的安全性。
鸿蒙系统是华为研发的首个拥有Security（CC EAL5+）& Safety（ASIL-D）双高认证的开源操作系统，具备Linux内核和Lite微内核等多个内核，并基于此发布了鸿蒙座舱操作系统HOS、智能驾驶操作系统AOS以及智能车控操作系统VOS（兼容AUTOSAR）三大车载操作系统。
AliOS是阿里巴巴基于Linux Kernel自主研发的驱动万物智能的操作系统，主要应用于智能座舱，通过云服务相关的模块接入阿里巴巴的生态环境。阿里巴巴相继在AliOS Things和AliOS Lite上进行开源，分步骤实现智能车机操作系统、智能座舱操作系统、智能整车操作系统。
综上分析，定制型操作系统主要面向车载信息娱乐系统和智能驾驶辅助系统，国内外操作系统大都基于Android、Linux和QNX开发，差距较小。随着华为鸿蒙系统凭借开源、高安全等特征不断完善系统生态，自主操作系统发展优势或将逐步凸显，自主化发展步伐加快。
我国车用操作系统问题和发展建议
在软件定义汽车发展趋势下，车用操作系统地位尤为重要。但是，当前我国车用操作系统发展面临着一些突出问题：一是关键核心技术仍受制于人。现有大部分操作系统是基于QNX、Linux、Android系统的二次开发，对其内核等核心技术掌握不足，操作系统开发所需要的工具链、安全体系、程序库等主要被国外机构掌握。二是自主创新能力依然不足。我国车用操作系统发展仍处于初期阶段，在智能车控、自动驾驶关键核心技术研发，以及软硬件兼容适配等方面缺乏自主创新能力。三是未建立可持续的生态体系。由于国外操作系统已形成了较高的技术壁垒，自主操作系统很难快速打开市场，造成系统开发者、软件开发者和使用者等各个主体难以有效聚焦，尚未形成良性循环生态圈。
在“软件定义汽车”时代，车用操作系统涉及到网络安全和信息安全，是下一代新能源汽车的根基。为了保持下一代新能源汽车竞争优势、建设汽车强国，发展自主的车用操作系统已是当务之急，建议从顶层设计、技术创新、标准检测、推广应用等方面推进自主操作系统的发展。
一是加强顶层设计和组织协调。参照新能源汽车产业发展部际协调机制，成立中国汽车操作系统的领导小组，加强系统软件与整车、芯片等关键零部件、网络运营商等产业链各主体协同创新发展，打造完整的、可持续的产业生态。
二是加强技术创新资金支持。通过核高基、国家重点研发计划等专项加大技术攻关投入，并设立车用操作系统基础软件专项资金或基金等。加强产业投资引导，鼓励社会资本重点投向车用操作系统等智能化关键技术研发领域。
三是加快建立行业标准和测试认证。加快建立车用操作系统标准体系，涵盖接口、功能软件、信息安全、通信等标准规范制定。支持第三方机构开展车用操作系统检测认证业务，对功能安全、信息安全等按照安全性、可靠性、稳定性等多个维度设置不同等级，引导行业不断调优操作系统性能、提高信息安全。
四是优化市场推广应用环境。对国内有保密要求的关键应用领域，要求在用车辆采用拥有源码的自主操作系统。对搭载自主操作系统的测试车辆，鼓励地方优先发放测试牌照。同时，要求在国内使用的车用操作系统需要在国家相关主管部门登记备案，保障信息安全。
注：本文首发于《汽车纵横》杂志2022年1月刊“业界视点”栏目，作者为中国汽车技术研究中心有限公司李鲁苗、周玮，敬请关注。
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