隨著阿里巴巴Alios和百度Apollo計(jì)劃的輪番登臺(tái)，“操作系統(tǒng)OperaTIngSystem” 似乎在一夜間成為了智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)的標(biāo)配。事實(shí)真是如此嗎？本文將簡(jiǎn)單的介紹下汽車(chē)操作系統(tǒng)的前世今生。

車(chē)載系統(tǒng)和電控系統(tǒng)

要談汽車(chē)操作系統(tǒng)，首先得了解汽車(chē)電子。

傳統(tǒng)汽車(chē)電子產(chǎn)品可歸納為兩類(lèi)：一類(lèi)是車(chē)載電子設(shè)備，如儀表，娛樂(lè)音響、導(dǎo)航系統(tǒng)、抬頭顯示、車(chē)載通信、無(wú)線(xiàn)上網(wǎng)等等，這類(lèi)系統(tǒng)不直接參與汽車(chē)行駛的控制決策，不會(huì)對(duì)車(chē)輛行駛性能和安全產(chǎn)生影響，通常統(tǒng)稱(chēng)為車(chē)載娛樂(lè)信息系統(tǒng)（In-Vehicle Infotainment,IVI）。

另一類(lèi)是汽車(chē)電子控制裝置，它們是車(chē)輛運(yùn)動(dòng)和安全防護(hù)的控制“大腦”，通過(guò)直接向執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如電子閥門(mén)，繼電器開(kāi)關(guān)，執(zhí)行馬達(dá)等）發(fā)送指令以控制車(chē)輛關(guān)鍵部件（如發(fā)動(dòng)機(jī)，變速箱，動(dòng)力電池等）的協(xié)同工作，這類(lèi)系統(tǒng)可以統(tǒng)稱(chēng)為電子控制單元（ElectronicControl Unit, ECU）。

常見(jiàn)的ECU包括EMS發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)，ABS制動(dòng)防抱死控制、變速箱牽引力控制TCU、電子穩(wěn)定控制EPS、電子動(dòng)力轉(zhuǎn)向EPS，新能源汽車(chē)整車(chē)控制VCU，電池管理系統(tǒng)BMS等。

為什么需要操作系統(tǒng)？

汽車(chē)操作系統(tǒng)是汽車(chē)電子軟件的重要組成部分，但不是所有的汽車(chē)電子產(chǎn)品都需要操作系統(tǒng)。

從20世紀(jì)90年代開(kāi)始，隨著車(chē)載和電控系統(tǒng)功能的日益豐富以及汽車(chē)電子產(chǎn)品外部交互/接口標(biāo)準(zhǔn)的種類(lèi)增加，這類(lèi)基于微控制芯片的嵌入式電子產(chǎn)品逐漸需要采用類(lèi)似個(gè)人電腦的軟件架構(gòu)以實(shí)現(xiàn)分層化，平臺(tái)化和模塊化，提高開(kāi)發(fā)效率的同時(shí)降低開(kāi)發(fā)成本。因此，汽車(chē)電子產(chǎn)品才逐步開(kāi)始采用了嵌入式操作系統(tǒng)（EmbeddedOperaTIng System）。

以車(chē)載娛樂(lè)信息系統(tǒng)為例，最早的數(shù)字收音機(jī)/CD播放器采用專(zhuān)用的音頻解碼芯片就能實(shí)現(xiàn)，后來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化將可觸摸液晶屏代替播放器開(kāi)關(guān)、調(diào)節(jié)按鈕，后來(lái)又增加了藍(lán)牙電話(huà)功能，接著又集成了地圖導(dǎo)航、倒車(chē)?yán)走_(dá)影像，相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)這些功能的IVI嵌入式系統(tǒng)主CPU數(shù)據(jù)處理能力也逐步增強(qiáng)，從最早4位、8位發(fā)展到16位、32位到后來(lái)多核，引入嵌入式操作系統(tǒng)，就是有效分配CPU資源，對(duì)以上各種任務(wù)功能進(jìn)行協(xié)同管理，并控制各項(xiàng)任務(wù)優(yōu)先級(jí)別。

相比車(chē)載電子產(chǎn)品，電控系統(tǒng)通常需要閉環(huán)控制，這樣就意味著需要響應(yīng)更多的輸入輸出信號(hào)，任務(wù)調(diào)度更加復(fù)雜；另外，由于電控系統(tǒng)直接參與車(chē)輛行駛的管理，系統(tǒng)可靠性要求要更高，因此應(yīng)用于電控單元ECU的嵌入式操作系統(tǒng)比車(chē)載電子產(chǎn)品的操作系統(tǒng)有更嚴(yán)苛的技術(shù)指標(biāo)。

車(chē)載操作系統(tǒng) IVI-OS

早在2011年，咨詢(xún)機(jī)構(gòu)StrategyAnalyTIcs對(duì)中國(guó)當(dāng)時(shí)主流汽車(chē)主機(jī)廠和車(chē)載信息娛樂(lè)系統(tǒng)供應(yīng)商進(jìn)行了調(diào)研，報(bào)道了當(dāng)時(shí)車(chē)載操作系統(tǒng)的生態(tài)圈，如圖所示。隨著中國(guó)汽車(chē)市場(chǎng)的持續(xù)增長(zhǎng)帶來(lái)的變化，該報(bào)告在2015年進(jìn)行了部分更新，目前市場(chǎng)上用于車(chē)載系統(tǒng)的OS包括：

1. Android：開(kāi)源操作系統(tǒng)，無(wú)授權(quán)費(fèi)用對(duì)很多中低端車(chē)載電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)商是有很大的吸引，但是版本升級(jí)過(guò)于頻繁，開(kāi)機(jī)啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，系統(tǒng)穩(wěn)定性不強(qiáng)而飽受詬病。

2.  Microsoft：從定位工業(yè)應(yīng)用WinCE到移動(dòng)通信的Windows Embedded操作系統(tǒng)，由于相對(duì)穩(wěn)定的性能和平（Dao）價(jià)（Ban）授權(quán)費(fèi)用,深受眾多從消費(fèi)電子轉(zhuǎn)型到后裝導(dǎo)航市場(chǎng)的公司推崇，但市場(chǎng)份額持續(xù)下降。

3. QNX：曾經(jīng)占據(jù)接近60%的市場(chǎng)份額，優(yōu)惠的單機(jī)授權(quán)費(fèi)用和良好的開(kāi)發(fā)支持是主流國(guó)際汽車(chē)電子供應(yīng)商愿意合作的原因，但隨著其母公司Blackberry的凋落和其他免費(fèi)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手挑戰(zhàn)，風(fēng)光已不敵當(dāng)年。

4. Wind River : 功能強(qiáng)大覆蓋多行業(yè)的硬實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，但授權(quán)和開(kāi)發(fā)定制成本非常高，市場(chǎng)份額有限。

5. MicroItron : 日資車(chē)型的主流汽車(chē)操作系統(tǒng)，但日系供應(yīng)商也逐漸采用其他OS以滿(mǎn)足不同市場(chǎng)的需要。

6. Linux : 基于開(kāi)源代碼，穩(wěn)定和易于裁剪，很多研發(fā)能力強(qiáng)的汽車(chē)主機(jī)廠和供應(yīng)商在Linux基礎(chǔ)上定制了自有的操作系統(tǒng)。

7. GENIVI : 準(zhǔn)確來(lái)說(shuō)是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)盟。以寶馬為首的知名企業(yè)建立的應(yīng)用于車(chē)載系統(tǒng)的開(kāi)放式軟件平臺(tái)和操作系統(tǒng)，基于Linux平臺(tái)，形成從研發(fā)到應(yīng)用的閉環(huán)生態(tài)。

電控實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) ECU-OS

前面提到過(guò)，汽車(chē)電控系統(tǒng)屬于復(fù)雜測(cè)控系統(tǒng)，如果系統(tǒng)任務(wù)的響應(yīng)不及時(shí)或有延遲過(guò)大，就可能導(dǎo)致嚴(yán)重的損失。例如，汽車(chē)安全氣囊控制，在車(chē)輛發(fā)生碰撞的很短時(shí)間內(nèi)（毫秒級(jí)）如不能快速打開(kāi)，就無(wú)法對(duì)乘車(chē)人員起到保護(hù)作用。

可見(jiàn)，汽車(chē)電控ECU必須是高穩(wěn)定性的嵌入式實(shí)時(shí)性操作系統(tǒng)，實(shí)時(shí)性的含義是系統(tǒng)保證在一定時(shí)間限制內(nèi)完成特定功能。目前主流的電控操作系統(tǒng)基本都兼容OSEK/VDX和AUTOSAR這兩類(lèi)汽車(chē)電子軟件標(biāo)準(zhǔn)。

1. OSEK/VDX : 這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)旨在制定汽車(chē)電子標(biāo)準(zhǔn)化接口，主要定義了三個(gè)組件：實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（OSEK-OS），通訊系統(tǒng)（OSEK-COM）和網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)（OSEK-NM）。OSEK操作系統(tǒng)始于20世紀(jì)90年代，第一個(gè)商業(yè)化的OSEK操作系統(tǒng)由德國(guó)3Soft公司開(kāi)發(fā)，最早應(yīng)用于奧迪A8的儀表控制器。

2. AUTOSAR : AUTOSAR的全稱(chēng)是AutomoTIve Open System Architecture，直譯為汽車(chē)開(kāi)放式系統(tǒng)架構(gòu)。發(fā)起于2003年，由全球汽車(chē)制造商，汽車(chē)電子部件供應(yīng)商，汽車(chē)軟件和工具服務(wù)商和半導(dǎo)體制造商聯(lián)合成立的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)盟組織，致力于為汽車(chē)工業(yè)開(kāi)發(fā)一個(gè)開(kāi)放的、標(biāo)準(zhǔn)化的軟件架構(gòu)。AUTOSAR兼容OSEK/VDX標(biāo)準(zhǔn)，增加了新的系統(tǒng)模塊同時(shí)隱含的提出了“軟件定義電控系統(tǒng)”的概念，如圖，完整的AUTOSAR系統(tǒng)架構(gòu)從下向上分為硬件層HW，硬件抽象層MCAL，基礎(chǔ)軟件層BSW，運(yùn)行時(shí)環(huán)境RTE和應(yīng)用軟件SWC，其中操作系統(tǒng)被包含在BSW層中。

不管是OSEK還是AUTOSAR操作系統(tǒng)，它們僅僅作為標(biāo)準(zhǔn)定義了操作系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范，各家軟件和工具服務(wù)商開(kāi)發(fā)了各自的符合標(biāo)準(zhǔn)的操作系統(tǒng)產(chǎn)品，然后提供給Tier1供應(yīng)商廣泛應(yīng)用于各類(lèi)電控系統(tǒng)。

目前AUTOSAR已逐步成為了主流，市場(chǎng)上知名的擁有完整解決方案的企業(yè)包括Vector，KPIT，ETAS，DS以及被收購(gòu)的EB（Continental）和MentorGraphics(Siemens)。在國(guó)內(nèi)，依托國(guó)家“核高基”課題，i-Soft公司也開(kāi)發(fā)了符合AUTOSAR標(biāo)準(zhǔn)的操作系統(tǒng)和基礎(chǔ)軟件，并成功應(yīng)用于自主品牌和新能源量產(chǎn)車(chē)型。

智能網(wǎng)聯(lián)對(duì)操作系統(tǒng)的新要求

智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)的特點(diǎn)是增加更多的智能傳感器（高清攝像頭，激光雷達(dá)，毫米波雷達(dá)等），并且需要對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，處理和共享。

要實(shí)現(xiàn)智能網(wǎng)聯(lián)，兩個(gè)基本問(wèn)題需要解決：一是控制器芯片處理能力，二是信息安全。為此，以博世，大陸，德?tīng)柛槭椎腡ier1提出了域控制器（DCU，Domain Control Unit）的概念，根據(jù)汽車(chē)電子部件功能將整車(chē)劃分為動(dòng)力總成，車(chē)輛安全，車(chē)身電子，智能座艙和智能駕駛等幾個(gè)域，利用處理能力更強(qiáng)的多核CPU/GPU芯片相對(duì)集中的去控制每個(gè)域，以取代目前的分布式汽車(chē)電子電氣架構(gòu)（EEA）。

雖然這樣的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了汽車(chē)電子網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，但由于各種數(shù)據(jù)的相互融合也帶來(lái)了安全隱患。例如，智能座艙系統(tǒng)ECU將原有的車(chē)載信息娛樂(lè)系統(tǒng)與V2X,HMI，儀表等數(shù)據(jù)融合在一起處理，但根據(jù)功能安全I(xiàn)SO26262標(biāo)準(zhǔn)定義,儀表的某些關(guān)鍵數(shù)據(jù)和代碼與HMI的代碼屬于不同等級(jí)要求（ASIL），從安全角度應(yīng)該進(jìn)行物理上的隔絕。因而這樣的設(shè)計(jì)又與汽車(chē)電子功能安全標(biāo)準(zhǔn)背道而馳。

如何解決呢？隨著汽車(chē)電子安全件如IVI系統(tǒng)和其他非安全件的融合在智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)上是必然趨勢(shì)，汽車(chē)電子專(zhuān)家引入了航電設(shè)備中虛擬機(jī)管理的概念，基于AUTOSAR標(biāo)準(zhǔn)之上提出了AUTOSAR Hypervior虛擬機(jī)，新的AUTOSAR Adaptive Platform版本也拓展到了智能網(wǎng)聯(lián)和自動(dòng)駕駛汽車(chē)的應(yīng)用。

引入虛擬機(jī)管理的關(guān)鍵意義在于虛擬機(jī)可以提供一個(gè)同時(shí)運(yùn)行兩個(gè)獨(dú)立操作系統(tǒng)的環(huán)境，比如在智能座艙ECU中同時(shí)運(yùn)行Android（車(chē)載功能）和QNX（電控功能），為智能網(wǎng)聯(lián)的應(yīng)用提供高性?xún)r(jià)比且符合安全要求的平臺(tái)。

目前面向汽車(chē)的虛擬機(jī)管理程序已商用的產(chǎn)品包括Blackberry QNX Hypervisor，Wind River VxWorks，Green Hills INTEGRITY Muitivisor，Mentor Graphics Embedded Hypervisor以及去年被松下汽車(chē)電子收購(gòu)的OpenSynergy。

阿里巴巴的Alios能驅(qū)動(dòng)汽車(chē)智能嗎？

Alios由YunOS更名而來(lái)，YunOS是不是Android的爭(zhēng)論其實(shí)已經(jīng)不重要，不管怎樣，至少是典型的中國(guó)式創(chuàng)新。智能手機(jī)市場(chǎng)，阿里為擴(kuò)大YunOS在手機(jī)設(shè)備上的市場(chǎng)占有率，阿里巴巴采取的策略是與三線(xiàn)自主品牌手機(jī)進(jìn)行合作，對(duì)預(yù)裝YunOS的手機(jī)進(jìn)行高額補(bǔ)貼；后轉(zhuǎn)向汽車(chē)市場(chǎng)，阿里從與上汽自主品牌的合作中嘗到了甜頭，開(kāi)始發(fā)力把Alios打造成車(chē)聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)。

但是，Alios對(duì)于汽車(chē)來(lái)說(shuō)，暫且僅能稱(chēng)之為車(chē)載操作系統(tǒng)，它能驅(qū)動(dòng)汽車(chē)智能嘛？個(gè)人認(rèn)為：

第一，Alios目前的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手仍是谷歌Android，蘋(píng)果IOS及百度DuerOS此類(lèi)的車(chē)載操作系統(tǒng)，其優(yōu)勢(shì)在于Alios添加了云服務(wù)相關(guān)的模塊以接入阿里巴巴的生態(tài)環(huán)境，重點(diǎn)包括電子商務(wù)（淘寶），網(wǎng)絡(luò)支付（支付寶）和高清地圖（高德），以此打造除手機(jī)之外的第二移動(dòng)支付終端。

第二，隨著智能網(wǎng)聯(lián)系統(tǒng)的升級(jí)