我国车控操作系统起步晚开源linux手机操作系统,总体上还处于追随状态,但在智能驾驶系统和信息娱乐系统上国外外操作系统差别较小,可以从顶楼设计、技术创新、标准测量和推广应用等方面推动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,车辆产业核心技术转向动力电板、驱动马达、电机控制器“大三电”,并向软硬前馈的电子电气构架技术延展,其中安全可控的操作系统成为全新技术生态的重要内容。国家层面也逐渐加大新政引导和支持,促使车用操作系统自主研制和应用推广。2017年4月,《汽车产业中常年发展规划》中提出“重点支持传感、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制及产业化”。2020年4月,《关于建立新能源车辆推广应用财政补助新政的通知》中提出“鼓励企业进一步提高整车安全性、可靠性,研制生产具有先进底层操作系统、电子电气构架和智能化网联化特点的新能源车辆产品”。2020年10月,《新能源车辆产业发展规划(2021-2035年)》中明晰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、新型电子电气构架等关键技术突破。在软件定义车辆发展趋势下,车用操作系统地位将尤为重要。
国外外车用操作系统发展现况
根据开发类型界定,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,主要功能包括显存管理、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,不仅内核外,还包括应用程序框架、运行时环境等,主要包括订制型操作系统和ROM型操作系统。按照汽标委发布的《车用操作系统标准体系》划分,车用操作系统根据应用功能细分为三类:安全车控操作系统,主要面向汽车动力系统、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高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构架及操作系统
AUTOSAR联盟旨在于为车辆电子电气构架构建一种开放式的行业标准,成员包括全球主流车辆制造商、零部件供应商、标准软件供应商、开发工具和服务提供商、半导体供应商以及院校、研究机构等。目前开源linux手机操作系统,AUTOSAR已成为全球主流的车载电子系统标准软件构架,按照产业发展需求已发布了两个平台:一是基于OSEK/VDX标准的ClassicAUTOSAR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AdaptiveAUTOSAR平台,适应于新的集中式的高性能估算需求,以手动驾驶和先进驾驶辅助系统等须要高性能估算的ECU为目标。其中,AutosarOS是AUTOSAR标准软件构架的操作系统,被界定在基础软件层中的服务层里的系统服务,与OSEK兼容,是面向汽车的安全车控操作系统,对实时性、安全性、稳定性要求很高。美国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ClassicAUTOSAR标准的工具进行设计开发。2020年7月,中国车辆工业商会组织创立了中国车辆基础软件生态委员会(简称AUTOSEMO)。AUTOSEMO基于AUTOSAR现有软件构架,举办手动驾驶、新能源的应用程序插口标准研究制订,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,国外外大部份企业均基于AUTOSAR开发各自的车控操作系统,我国因为起步晚在车控操作系统上较美国企业存在一定的差别。
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是遵照POSIX规范的类UNIX实时操作系统,是全球第一款达到ASILD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是订制开发灵活度较强、基于POSIX和UNIX的开源操作系统,主要用于支持更多应用和插口的信息娱乐系统场景。AGL、GENIVI等商会或联盟旨在于将开源Linux操作系统推广至车辆领域。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、自动驾驶等领域延展;GENIVI旨在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是谷歌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,已逐渐退出车辆操作系统市场。目前,QNX凭着优势抢占车辆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市场中抢占约20%份额。
底层操作系统研制是一个系统工程,开发难度大、开发周期较长linux命令行和shell脚本编程宝典,须要投入大量的人力、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美国垄断,国外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订制型操作系统
在电动化、网联化、智能化车辆产业转型趋势下,科技公司、传统车企、新造车势力均积极构建自主研制的订制型操作系统,主要面向车载信息娱乐系统(IVI)和智能驾驶辅助系统(ADAS),例如微软安卓、大众VW.OS、特斯拉Version、华为鸿蒙、阿里巴巴AliOS等(见表2、表3)。
Android是微软基于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,在国外车载信息娱乐系统领域抢占主流地位。互联网企业、传统自主企业、造车新势力企业又基于Android进行多样化改建,推出了专属车辆操作系统,如百度小度车载OS、比亚迪DiLink、吉利GKUI、蔚来NIOOS、小鹏XmartOS等。
Version是特斯拉基于Linux内核深度改建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-安全提高型Linux(SELinux),通过“访问权限控制”来提高操作系统的安全性。
鸿蒙系统是华为研制的首个拥有Security(CCEAL5+)&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LinuxKernel自主研制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。阿里巴巴陆续在AliOSThings和AliOSLite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。
综上剖析,订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,国外外操作系统大都基于Android、Linux和QNX开发,差别较小。随着华为鸿蒙系统凭着开源、高安全等特点不断建立系统生态,自主操作系统发展优势或将逐渐显现,自主化发展脚步推进。
我国车用操作系统问题和发展建议
在软件定义车辆发展趋势下,车用操作系统地位尤为重要。并且,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。现有大部份操作系统是基于QNX、Linux、Android系统的二次开发,对其内核等核心技术把握不足,操作系统开发所须要的工具链、安全体系、程序库等主要被美国机构把握。二是自主创新能力仍然不足。我国车用操作系统发展仍处于早期阶段,在智能车控、自动驾驶关键核心技术研制,以及软硬件兼容适配等方面欠缺自主创新能力。三是未完善可持续的生态体系。因为美国操作系统已产生了较高的技术壁垒,自主操作系统很难快速打开市场,导致系统开发者、软件开发者和使用者等各个主体无法有效聚焦,仍未产生良性循环生态圈。
在“软件定义车辆”时代,车用操作系统涉及到网路安全和信息安全,是下一代新能源车辆的根基。为了保持下一代新能源车辆竞争优势、建设车辆强国,发展自主的车用操作系统已是当务之急wps for linux,建议从顶楼设计、技术创新、标准检查、推广应用等方面推动自主操作系统的发展。
一是强化顶楼设计和组织协调。参照新能源车辆产业发展部际协调机制,创立中国车辆操作系统的领导小组,强化系统软件与整车、芯片等关键零部件、网络营运商等产业链各主体协同创新发展,构建完整的、可持续的产业生态。
二是强化技术创新资金支持。通过预研、国家重点研制计划等专项加强技术攻关投入,并筹建车用操作系统基础软件专项资金或基金等。强化产业投资引导,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制领域。
三是推动构建行业标准和测试认证。推进完善车用操作系统标准体系,囊括插口、功能软件、信息安全、通信等标准规范制订。支持第三方机构举办车用操作系统测量认证业务,对功能安全、信息安全等根据安全性、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。对国外有保密要求的关键应用领域,要求在用汽车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汽车,鼓励地方优先领取测试车牌。同时,要求在国外使用的车用操作系统须要在国家相关主管部门登记备案,保障信息安全。