為(®λ$wèi)推廣智能(néng)網聯汽車(chē)自(zì)主操作(zuò)系統核心技(jì)術(sδ✔™hù)應用(yòng)，從(cóng)整車(chē)電(diàn≈•‌)子(zǐ)電(diàn)氣架構出發，分(fēn)析了(le)未來(lái)車(chē)β∞γ 用(yòng)操作(zuò)系統的(de)發展趨勢、技(jì)術(sh<¥¶ ù)架構和(hé)關鍵技(jì)術(shù)，同時(shí)結合整車(chē)制(zhì)造商的(♠€de)應用(yòng)需求提出了(le)加快(kuài)國(guó)産操&→ε作(zuò)系統量産裝車(chē)和(hé)生(shēφ☆☆€ng)态建設的(de)實施建議(yì)，以助力智能(néng)網聯汽車(c€₽δ≠hē)自(zì)主操作(zuò)系統産業÷↓σ&(yè)化(huà)加速發展。

1 前言

      随著(zhe)車(chē)輛(li±¶àng)智能(néng)化(huà)、網聯化(huà)技(jì)術(shù)的(d≠♠πe)普遍應用(yòng)，汽車(chē)産品與人(rén)工(gōng)智能(néng)、網≈∞聯服務等新興技(jì)術(shù)深度融合，其電(diàn)子(zǐ)電§✘→(diàn)氣（Electronic/Electrical，EE）架構也(yě)在不(b☆"α♠ù)斷演進，從(cóng)分(fēn)布式架構向集中式面向服務的♥₩≠↔(de)體(tǐ)系結構（Service-Oriented Architectur₩>§e，SOA）方向發展。這(zhè)種變革的(de↕ )核心驅動力是(shì)整車(chē)制(zhì)造商需要(y↓♠±§ào)進一(yī)步提升集成開(kāi)發效率，實現(÷$€εxiàn)以軟件(jiàn)為(wèi)主的(de)↕↓功能(néng)特性在車(chē)輛(liàng)上(shàng)的(d≈δ♣e)快(kuài)速叠代。通(tōng)過打造軟硬件(jiàn)充分(f÷§ēn)解耦的(de)架構，專注于應用(yòng)軟®≤₹₽件(jiàn)開(kāi)發，可(kě)以支撐在不(bù)同車(chē)型上(shàng)₽₽全生(shēng)命周期的(de)功能(né™​ng)升級，持續提供差異化(huà)的(de)應用(yòng)和(hé)體(tǐ)驗。整σ≈車(chē)EE架構的(de)發展經曆了(l✘≤e)3個(gè)階段。

      分(fēn)布式架構時(shí)代，車(∏ελchē)用(yòng)控制(zhì)器(qì)專注于“單一(yī)”功能(néng)的(de)φε實現(xiàn)，各電(diàn)子(zǐ)控制(​ §₽zhì)單元（Electronic Cont÷∑λεrol Unit，ECU）間(jiān)的(de)數(shù)據傳遞通(tō±®↕ng)過CAN、LIN等總線傳輸，如(rú)果整車(chē)需要(yào)"♥增加新的(de)功能(néng)，則需要(yào)在相(x↓δiàng)應的(de)控制(zhì)器(qì)上(shàng)λ↑修改通(tōng)信信号，或者基于原有(yǒ§∏u)架構增加新的(de)硬件(jiàn)。這(zhè)種架€♦構下(xià)軟硬件(jiàn)緊密耦合，各控制(zhì)器(qì)間(j₽₽iān)無法共享計(jì)算(suàn)能(nén$β₩®g)力，随著(zhe)車(chē)輛(l↓©iàng)功能(néng)的(de)擴展，ECU數(shù)επ量增多(duō)，線束成本不(bù)斷增加并增加了(le)裝配難度。

      域集中式架構下(xià)，EC÷γ‍U 數(shù)量明(míng)顯減少(shǎo)，整車₹‌(chē)大(dà)部分(fēn)應用(yòng)功能(néng)集中部署在幾‌‌個(gè)核心域控制(zhì)器(qì)中，将®∑應用(yòng)程序的(de)不(bù)同功能(néng)單元進行(xíng)拆分ε→♠(fēn)，通(tōng)過設計(jì)良好(hǎo)的(de)調用(yòng)接口将這(zhè‌™↑)些(xiē)服務聯系起來(lái)，提供了(le)功能(néng)的(de)可(kě)擴展性[1♠&π≈]。該架構從(cóng)面向信号的(de)通(tō₹®‍™ng)信升級為(wèi)面向服務的(de)通(‌<" tōng)信，支持算(suàn)法靈活部署，實現(xiàn)了(le)應用(yòng)>≥♥ε算(suàn)法和(hé)硬件(jiàn)平台的(de)分(fē<​n)離(lí)。

      在中央集中式架構下(xià)，原有(yǒu)架構§↓‌中多(duō)個(gè)域控制(zhì)器(qì)進一(yī)步整合成中央計(jì)算(₩π©suàn)平台，實現(xiàn)算(suàn)力集中化(h♦‍∏≤uà)，EE架構通(tōng)過新一(yī)代信息與通(tōng)信技(jì)術(shù)★✔将人(rén)、車(chē)、路(lù)、雲的(₽←±de)物(wù)理(lǐ)空(kōng)∑↔間(jiān)與信息空(kōng)間(jiān)融合為(wèi)一(•α&φyī)體(tǐ)，基于系統協同感知(zhī)、決策與控制(zhì)，實現(xiàn)智能(néng↑✘↔)網聯汽車(chē)交通(tōng)系統安全、節能(néng)、♦←βλ舒适及高(gāo)效運行(xíng)，提升整車(chē)的(de)性能(néng)和(hé)用(yΩ←•òng)戶體(tǐ)驗。

      本文(wén)首先對(duì)車(ch♠♠γ"ē)控、智駕和(hé)座艙操作(zuò)系統的(de)發展現(xiàn)狀進行(xíng)•'β分(fēn)析，對(duì)比分(fēn)布式操作(zuò)§>系統和(hé)集中式系統技(jì)術(shù)架構的(de)特點，并從(cóng)操作(zuò)系←> 統內(nèi)核及虛拟化(huà)、中間(jiān)件(jiàn×¥)和(hé)集成應用(yòng)方面對(duì)操作(zuò)系統的(✔↓<↔de)技(jì)術(shù)發展趨勢進行(xíng)研究，然後，討(tǎo)論國(‌♦guó)産操作(zuò)系統生(shēng)态發展現(xiàn)狀，"★ ₽對(duì)當前存在的(de)問(wèn)題進行(xíng)梳理(lǐ)，提出操作(z≠€©uò)系統的(de)應用(yòng)需求，最後，從(cóng)戰略共識、合作(∑δ♦zuò)模式和(hé)産業(yè)實踐方面∞♠給出國(guó)産操作(zuò)系統生(shēng)态建設的(de)實¥∏±施建議(yì)。

2 車(chē)用(yòng)操作(zuò)系統技₹≤(jì)術(shù)發展趨勢

2.1 車(chē)用(yòng)操作(zuò)系統發展現(xiàn)狀

2.1.1 操作(zuò)系統的(de)↓§分(fēn)類

      在應用(yòng)需求和(hé↑÷♠)技(jì)術(shù)變革的(de)驅動下(xià)，按照(zhào)不(bù)同​Ω的(de)應用(yòng)場(chǎng)景，智能(néng★>)網聯汽車(chē)操作(zuò)系統逐漸發展為(wèi)安全車(chē)控≤£≈、智能(néng)駕駛和(hé)智能(né÷÷€ng)座艙3 類[2]，各操作(zuò)系統的(de)®♥♥特點如(rú)表1 所示。安全車(chē)控操作(zuò)系統主要‍☆←(yào)面向經典車(chē)輛(liàn★☆≠g)控制(zhì)領域，是(shì)運行(xíng)于微(wēi)控制( €∏∞zhì)單元（Microcontroller Unit，MCU）上(shàng)的(de)實¥☆時(shí)操作(zuò)系統，汽車(chē)安全完整性等級（Automotive Safe↔↔ty Integration Level，ASIL）可(kě)達到(dào)÷'<D 等級，實時(shí)性好(hǎo)、控制(zhì)精度高(σλ§πgāo)。智能(néng)駕駛操作(zuò)系統主要₹‌(yào)面向智能(néng)駕駛領域，支持高(gāo)算(suàn)力異構系統級芯片（Syste∑←m On Chip，SOC），包含車(chē)規級操作(zuò)系統內(nèi)核，兼容自(¥$§✔zì)适應汽車(chē)開(kāi)放(fàng)系統架構（AUTomotive O ε>pen System ARchitectur♠→$e，AUTOSAR）等國(guó)際主流中間(jiān)件(jiàn)，具備多(duō)傳感器(q÷✔≥ì)數(shù)據的(de)接入和(hé)大(dà)數(shù)據吞吐能(★©≤£néng)力，同時(shí)滿足自(zì)動駕駛所需的(de)功能(&£Ωnéng)安全要(yào)求。智能(néng)座艙操作(zπγ​uò)系統主要(yào)面向信息娛樂(yuè)和(hé) ​數(shù)字儀表，為(wèi)智能(n>γ>éng)網聯汽車(chē)提供人(rén)機(jī)交互服務，包括÷'車(chē)載信息娛樂(yuè)、網聯、導航、多(duō)←↕"媒體(tǐ)娛樂(yuè)、語音(yīn)、輔助駕駛、人± (rén)工(gōng)智能(néng)（Artificial Intell‌✔ igence，AI）等服務。

表1 智能(néng)網聯汽車(chē)操作(zuσ§✔>ò)系統特點對(duì)比

2.1.2 安全車(chē)控操作(zuò)系統

      國(guó)≤☆α外(wài)安全車(chē)控操作(zuò)系統發"'展較早，有(yǒu)成熟的(de)量産經α♦ 驗，主要(yào)基于經典AUTOSAR 技(jì)術(shù)方案。2003≤∞σ 年(nián)，寶馬、博世、大(dà)陸、↕♥§₽大(dà)衆等9 家(jiā)企業(yè)作(zuò)為(wèi)核心成員(y‍↑™uán)，成立了(le)AUTOSAR組織，緻力于建立标準化(huà)汽車(→©chē)軟件(jiàn)平台，以減少(shǎo)車(chē)∞£用(yòng)軟件(jiàn)設計(jì)的(de)複雜(zá)度，§∑提高(gāo)開(kāi)發效率[3]。目前，已有(yǒu)超過3÷≥60家(jiā)整車(chē)制(zhì)造商、零部件(jiàn™£↑$)供應商及相(xiàng)關企業(yè)與該組織建立∏∏↑合作(zuò)夥伴關系，包括核心合作(zuò)夥伴9 家(j"↑εiā)、高(gāo)級合作(zuò)夥伴70家(jiā)、開(k₩₹©★āi)發合作(zuò)夥伴80家(jiā)、普通(tōng)合作(zuò)夥伴162家(ji★¶'ā)、高(gāo)校(xiào)和(hé)研究機(jī)構40家(jiā™ ↕↕)[4]。國(guó)內(nèi)安全車(chē)控操作(zuò)系統目前主要(yào)處于∑§跟随狀态，近(jìn)年(nián)來(lái)，本土(‍σ&tǔ)供應商發展迅速，具備支撐量産控制(zhì)器(qì)開(kāi±•Ω±)發的(de)技(jì)術(shù)水(shuǐ)平。安全車(chē)控操作§≠✘(zuò)系統适用(yòng)于控制(zhì≤'∑)類和(hé)安全性要(yào)求較高(gāo)的(de)應用(yò ↓↓ng)場(chǎng)景，如(rú)發動機(jī)、變速器(qì)♣↔→等傳統動力總成控制(zhì)器(qì)，支持微(wēi)秒(miǎo)級的(de)實時(s↑§hí)調度和(hé)不(bù)同優先級的(de)實時(shí)響應∞'，确保關鍵應用(yòng)程序确定性時(shí)延的(de)需求™β，實現(xiàn)控制(zhì)器(qì)對(duì)外(♠∑♦wài)圍傳感器(qì)、執行(xíng)器(qì)的(de)精确控制(zhì)，保←×α≈障了(le)車(chē)輛(liàng)的(de)安全性。

2.1.3 智能(néng)駕駛操作(zuò)系統

     ¶¥ 智能(néng)駕駛操作(zuò)系統将≠≈ 會(huì)成為(wèi)自(zì)動駕駛汽車(chē)發展的(de)核心δ♦>競争力之一(yī)，目前，行(xíng)業(yè)內(nèi)普遍采用(yòng)的£®♠(de)底層內(nèi)核主要(yào)有(yǒu)Linux和(¶←α©hé)QNX操作(zuò)系統：前者為(wèi)自(zì)動駕駛算§'•(suàn)法提供豐富的(de)開(kāi)源>¥₽生(shēng)态，包含大(dà)量面向智能β£α(néng)駕駛應用(yòng)算(suàn)法的(de)三方庫及中間(jiā'>n)件(jiàn)，但(dàn)是(shì)硬實時(shí)無♦α>'法保證，同時(shí)難以滿足功能(néng∑§")安全的(de)要(yào)求；後者采用(yòng)微(wēi)內(nèi)核架構，可(k×​∏ě)滿足自(zì)動駕駛對(duì)功能(néng)安全的(de)認證要(yào)求，認證±"範圍包括工(gōng)具鏈、微(wēi)內(nèi)核、libc、lα↓↑↕ibm和(hé)libsupc++庫等。國(gδ λuó)內(nèi)華為(wèi)、中興和(hé)斑馬也(yě)都(dō∞$u)推出了(le)自(zì)己的(de)微(wēi)內(✔®♦nèi)核及虛拟化(huà)組件(jiàn)&★‍，其中部分(fēn)産品已量産應用(yòng)，并在持續完善和(hé)加♠÷λ速推廣中。為(wèi)應對(duì)自(zì)動駕駛技(jì)術(shù)的(de)發展，λ&AUTOSAR 組織推出了(le)自(zì)适應AUTOSAR架構，能(n™€'éng)夠滿足自(zì)動駕駛控制(zhì)器(qì)并行(×Ω$¥xíng)計(jì)算(suàn)和(hé)高(gāo)速通(tōng)✔§♦®信的(de)應用(yòng)場(chǎng)景需求，并為(wèi)應用(yòng)層提供了(le)×♥标準的(de)調用(yòng)接口[5]，自(zì)适應AUTOSAR與經典AUTOSAR的(d룩>e)技(jì)術(shù)特點對(duì)比如(r♥₹ú)表2 所示。智能(néng)駕駛操作(zuò)系統中還(hái)'♦✘§集成了(le)高(gāo)算(suàn)力SOCδ<↑↔ 中的(de)AI 驅動和(hé)面向自(zì)動駕駛算(suàn)法的(de)δεδ非标準中間(jiān)件(jiàn)，該部分(fēn)目前還(hái)有(yǒu)沒有(↔✔©yǒu)統一(yī)的(de)定義，但(dàn)是(shì)→÷後續會(huì)圍繞執行(xíng)效率和(hé)接口統一(♦‌ε‍yī)進行(xíng)優化(huà)。

表2 經典AUTOSAR與自(zì)适應AUTOSAR技(jì)術(shù)特點對(duì)λα✘ 比

2.1.4 智能(néng)座艙操作(zuò)系統

      在智能(₽¥‍néng)座艙操作(zuò)系統領域，目前業(yè)內(→$nèi)還(hái)沒有(yǒu)統一(yī)的(de)↕‌≈國(guó)際标準，主要(yào)包括QNX操作(zuò)系統<£±、諸多(duō)基于Linux的(de)定制(zhì)操作(zuò)系統以及基于Andrπ÷oid 開(kāi)源項目的(de)操作(zuò)系統λδα[6]。QNX 采用(yòng)微(wēi)內(nèi)核架構，其驅動程序、網絡協議(yì)、文Ω∑(wén)件(jiàn)系統等模塊和(hé)內(nèi)核相(xiàng)互獨α↓☆α立，任何模塊的(de)故障都(dōu)不(bù)會(huì)™¥導緻內(nèi)核崩潰。該系統在車(chē)載操作(zuò)系統市(shì)場(₽∏chǎng)的(de)占有(yǒu)率超過70%，在儀表端有(yǒu)大(≈₩↕dà)量應用(yòng)，不(bù)過QNX的(de)開(kāi)放(f<λ£♦àng)性不(bù)足，導緻其應用(yòng)生≈≤≤↔(shēng)态缺乏。Linux 是(shì)一(yīπ>∑)款開(kāi)源、高(gāo)效、靈活、功能(néng)強大(dà)的(de)操作(z≠€< uò)系統，其最大(dà)優勢是(shì)具備很(hěn)強的(de)定制(zh§×φεì)開(kāi)發靈活度。Android 系統是( ∑shì)基于Linux 內(nèi)核開(kāi)發的(de)γ←最成功的(de)産品，其特點是(shì)開(kāi)源、靈活定制(zhì)、應用(yòng)可(↓εαkě)移植性強和(hé)應用(yòng)生(shēng)态豐富。當前，特斯拉采用(yòng←↔₩)Linux 技(jì)術(shù)方案實現(xiàn)了(le)車(ch≥<→ē)載操作(zuò)系統開(kāi)發。斑馬、華為(wèi)等國(guó)內(nèi¥≤∑¥)企業(yè)積極布局車(chē)載操作(zuò)系統，自(zì)研車(chē)載操作(zuò)≥$系統內(nèi)核，并在逐漸建立應用(yòng)生( $shēng)态。國(guó)內(nèi)整車(®'×↑chē)制(zhì)造商紛紛基于Android進行(xíng)深度β→定制(zhì)化(huà)開(kāi)發，推出自(©¶γzì)己的(de)智能(néng)座艙操作(zuò)系統。

2.2 整車(chē)操作(zuò)系統技(jì)術(•αshù)架構

2.2.1 操作(zuò)系統分(fēn)布式技(jì)術(shù)架構

     ¶​♦™ 在傳統的(de)分(fēn)布式架構下(xi≠≥÷à)，操作(zuò)系統的(de)技(jì)術(shù)≤÷≥方案依賴控制(zhì)器(qì)硬件(jià•↕ n)，導緻難以統一(yī)維護和(hé)升級，直到(dào)AUTOSAR标準問(♥​λwèn)世後，操作(zuò)系統對(duì)上(shàng)層的(d"&™e)應用(yòng)接口有(yǒu)了(le)統一(yī)的(de)×Ω‌★運行(xíng)時(shí)環境（Run-Time$♣​ Environment，RTE）層來(lái)™π∏提供，但(dàn)也(yě)存在同一(yī)車(chβ™πē)輛(liàng)應用(yòng)多(duō)種AUTOSAR 技(j±‌÷•ì)術(shù)方案的(de)問(wèn↔÷)題，不(bù)同控制(zhì)器(qì)之間(jiān)的(₩♦₩de)開(kāi)發工(gōng)具無法統一(•→☆yī)，需要(yào)同時(shí)維護多(duō)個(gè)類型和(hé)不(bβ♠←αù)同版本的(de)操作(zuò)系統軟件(jiàn)，開(kāi)發成本高(gāo)、整   車(chē)級的(de)功能(néng)叠代慢(màn)，難€♠™&以滿足下(xià)一(yī)代智能(néng)車(chē)輛(liàngβ•×↓)的(de)應用(yòng)需求，操作(zuò)系統分(fēn)布式↓ §₩技(jì)術(shù)架構如(rú)圖1所示。

圖1 操作(zuò)系統分(fēn)布式技(jì)術(shù)架構

2.2.2 操作(zuò)系統集中式技(jì)術(sh 'ù)架構

     αε€ 在集中式架構下(xià)，整車(chē)大(dà)部分(fēn)應用(₽ yòng)功能(néng)集中部署在異構大'>​(dà)算(suàn)力的(de)中央計(jì¥★)算(suàn)平台上(shàng)，功能(néng)軟件(jiàn)之間(jiān  )通(tōng)過操作(zuò)系統及服務÷β>β中間(jiān)件(jiàn)進行(xíng)交互。廣義的(de)操作(zuò) ↔​​系統分(fēn)為(wèi)系統層和(hé)功Ω>₩能(néng)層，其中系統層包括經典平台（Classic Platform， ‍φCP）及自(zì)适應平台（Adaptiv©§e Platform，AP）标準中間(jiān)件(jiàn✘ ÷)、操作(zuò)系統內(nèi)核、虛拟化(huà)組件(jiàn)、闆級支持包（Bλ±δoard Support Package，BSP）驅動和(≤‌βhé)非标準中間(jiān)件(jiàn)，功能(n♣πε¶éng)層包括傳感器(qì)、執行(xíng)器(qì)的(de)抽象、可‌≤(kě)複用(yòng)的(de)功能(nén♣♣ ★g)模塊和(hé)基礎服務，為(wèi)應用(yòng)層★£ 提供整車(chē)層級的(de)服務接口，對( ÷duì)芯片平台實現(xiàn)隔離(lí)[7]，操作(zuò)系統集中式技(jì)'©術(shù)架構如(rú)圖2 所示。當前，國(guó)內(nèi)外(wài)主流®§≥"整車(chē)制(zhì)造商均在集中式¥€架構的(de)操作(zuò)系統上(shàng)有(yǒu)所布局。2023年(nián)1月(y ←↕¥uè)，奔馳推出自(zì)主設計(jì)的(de)整車(chē)級操作(zuò)系統MB.OSφ φ，其優勢是(shì)可(kě)以全面打通←☆÷™(tōng)車(chē)輛(liàng)功能(néng)，包括信息娛樂(yuè)功能€♥Ω≈(néng)、智能(néng)駕駛輔助及自(zìβ<β)動駕駛等功能(néng)。國(guó)內(nèi)一(yī)汽 φ♣‍、上(shàng)汽、比亞迪等都(dōu)通(tōng)過戰略合作(zuò)、集成開(kāi)發>≈¥、自(zì)研等方式打造自(zì)主可(kě)控的(de)操作(zuò)系統平台，将操作(​÷✔zuò)系統作(zuò)為(wèi)核心競争力進行(xσ≈ "íng)布局。

圖2 操作(zuò)系統集中式技(jì)術(shù)&£架構

2.3 操作(zuò)系統關鍵技(jì)術(shù)

2.3.1 微(wēi)內(nèi)核及虛♥€拟化(huà)技(jì)術(shù)

      微&&"↕(wēi)內(nèi)核技(jì)術(shù)是(shì)操作(zuò)系統實現±→₽(xiàn)調度及控制(zhì)的(de)基礎，穩定、安全、高(gāo)效是(shì)其核心要α₹↑✘(yào)求。微(wēi)內(nèi)核在特權模式下(xià)僅保留少(shǎo)量的(d≤≈£♣e)核心功能(néng)，如(rú)調度、內(nèi)存管理(lǐ)、進程間(jiān)通(tō♠☆πng)信（Inter-Process Communicat≠₹≤€ion，IPC）機(jī)制(zhì)等，其餘組件✔ ↔(jiàn)均運行(xíng)在用(yòng)戶✔→$Ω态，如(rú)設備驅動、協議(yì)棧等，采用(yòng)微(w↓γēi)內(nèi)核架構的(de)操作(zuò)系統具備高(gāo)可(kě) '靠性、高(gāo)實時(shí)性、高(gāo)确定性等優勢[8]。未來(lái)，面向β♦"≈中央計(jì)算(suàn)的(de)場(chΩ<±§ǎng)景下(xià)，操作(zuò)系÷≥✔統微(wēi)內(nèi)核技(jì)術(shù)向接口擴展和(hé)安全升級等方向•δα發展：在接口支持方面，将遵循可(kě)移植操作(zuò)系統接口（Portab↑©®βle Operating System Interfa↔φce，POSIX）規範，滿足PSE51～PSE54 系列β→化(huà)标準，提供豐富的(de)系統調用(yòng)接口，靈活πδ∞支持更多(duō)生(shēng)态組件(jiàn)；在芯片适φ •σ配方面，将支持更多(duō)的(de)艙™✔✔≤駕一(yī)體(tǐ)和(hé)中央計(©"jì)算(suàn)芯片，并可(kě)快(kuài)速提高(gāo)國(guó)産芯片的(de)支♥₹₩持數(shù)量；在功能(néng)安全方面，将滿足高(gāo)階智¥←Ωβ能(néng)駕駛的(de)功能(néng)及性能(néng)要(yào)求，操'¥♣✘作(zuò)系統核心模塊達到(dào)ASIL-D 級認證要(yào)求；在信γπ∑息安全方面，将支持安全加載和(hé)啓動，支撐可(kě)信執行(x©♥íng)環境（Trusted Executioλ€n Environment，TEE）構建，提供數(shù→∞≠•)據安全、通(tōng)信安全、隐私保護等基礎功能(néng)。

      虛拟化(huà)技✔•(jì)術(shù)可(kě)以兼容多(duō)種子(zǐ)操作(z€©€uò)系統（GuestOS）運行(xíng)，實現(xiàn)硬件(jiàn)資源的(de)≥☆動态分(fēn)配，解決操作(zuò)系統內(nèi)核安全、性能(néng♠£​)與生(shēng)态的(de)矛盾，支撐未來(lái)中央計(β‌₽£jì)算(suàn)時(shí)代單芯片架構對(duì)操作(zuò)系統‍∏δ的(de)需求。虛拟化(huà)技(jì)∏¶術(shù)将向輕量化(huà)方向發展，利用≠≈∞(yòng)硬件(jiàn)輔助等技(jì)術(shù)提™¶ε'供輕量、高(gāo)效的(de)虛拟化(h✔α★>uà)分(fēn)區(qū)引擎，降低(dī)中央處理'‍(lǐ)器(qì)（Central Proceγ≤ssing Unit，CPU）、存儲、網絡、圖形處理(lǐ)器(qì)（Gr$δ¥​aphics Processing Unit，GPU）等外(wài)設的(d£π©e)性能(néng)損耗，提供實時(shí)、可(kě)靠、安全的(de)車(chē)用(yπ♠±òng)虛拟化(huà)運行(xíng)環境。

2.3.2 中間(jiān)件(jiàn)技(jì)術(shù)

      未來(lái)，操作(zuò‌✘)系統中間(jiān)件(jiàn)會(huì)向平台化(huà)方向發展，通(↔βπtōng)過不(bù)斷擴展功能(néng)層軟件(jiàn)為(wèi)應用(yòng)算(su✔&×àn)法提供更加豐富和(hé)靈活的(de)接口，通(tōng)過不(bù)斷提高(♣₩↔£gāo)對(duì)硬件(jiàn)平台的(de)兼容性實現(xiàn)軟硬解耦。系統層÷∏$中間(jiān)件(jiàn)主要(yào)&←×包括基于AUTOSAR 規範的(de)AP及CP中間(jiā≤∑∞n)件(jiàn)，面向未來(lái)中央集成式架構，上(shàα ng)述标準中間(jiān)件(jiàn)可(kě)以提供基礎服務和(hé)通(tō→÷ng)用(yòng)功能(néng)，盡管AUTOSAR 規範也(yě)在持≠λ↓§續完善，但(dàn)仍不(bù)能(néng)完整覆蓋端到(dào∞ε₩β)端的(de)業(yè)務場(chǎngβ∏→♥)景，需要(yào)在此基礎上(shàng)集成定制(zhì)化(huà)的(£↑de)組件(jiàn)來(lái)滿足應用(yòng)軟件(jiàn)的(de)差異化(hu×✘€à)需求；功能(néng)層中間(jiān)件(jiàn)需要(yào)攻克通(tōn¶☆g)用(yòng)算(suàn)法模塊的(de)重構技(<Ωjì)術(shù)、功能(néng)層的(de)信息安全、功能(néng)安‍♠✔•全和(hé)網聯雲控等基礎服務技(jì)術(shù)，後續會(huì)進一Ω®φ≥(yī)步基于整車(chē)軟件(jiàn)平台設計(jì)通(tōng™→ε)用(yòng)化(huà)的(de)基礎功能(néng)，實現©♥'(xiàn)整車(chē)平台的(de)能(nεσ↓éng)力擴展及各系統之間(jiān)的(de)協同，保證整車(chē)軟件Ω®≥(jiàn)平台的(de)一(yī)緻性。

2.3.3 集成應用(yòng)技(jì)術(shù)

      面€<λ♠向中央集中式架構，在高(gāo)性能(néng)計(jì)算(suàn)平台上(shà> →¥ng)會(huì)實現(xiàn)多(duō)種不(bù)同類型應用(yòng)程序的™≥(de)部署，需要(yào)系統級集成技(jì)↕♠✘∞術(shù)來(lái)保證整個(gè)控制(zhì)器(qì)資源高(gāo)效•>≤♥利用(yòng)、程序運行(xíng)穩定，具體(tǐ)包括整車&$(chē)級任務調度技(jì)術(shù)、基于場(chǎng)景的(d₽₹‌e)智能(néng)管理(lǐ)技(jì)術(shù)、平台及應用(yòng)級安全∑$§監控等關鍵技(jì)術(shù)。整車(cβ₽>£hē)級任務調度技(jì)術(shù)通(tōng)過評估各子(zǐ↕ φ")任務的(de)平均執行(xíng)時(shí>₹φ)間(jiān)和(hé)優先級，優化(huà)各核上(shàng)的(de)任務調σ₩<度，進而生(shēng)成整車(chē)的(de)任務π 調度策略，提升系統可(kě)靠性；智能(néng)管理(lǐ)技(jì)術(shù)基于上( ± ®shàng)車(chē)啓動、輔助駕駛、停車(chē)娛樂(yuè)等不(b≤σ εù)同使用(yòng)場(chǎng)景÷∑，動态調度CPU、電(diàn)源等軟、硬件(jiàn)系÷≈×✔統資源，實現(xiàn)精細化(huà)管理(lǐ)，提高(✘✔§≈gāo)系統的(de)資源利用(yòng)率；平台及應用(yòng)級安全監控技(j↑₽ì)術(shù)針對(duì)關鍵應用(yòng)、核心中間(jiān)件(≈δ→​jiàn)、BSP驅動及操作(zuò)系統內(nèi)核進行(xíng)故障診斷與監控，上(shà±₹< ng)報(bào)故障診斷消息，為(wèi)系統γ‍提供可(kě)靠的(de)安全監控機(jī)制(zhì)，提β≠φ‌升整車(chē)軟件(jiàn)運行(xíng)的(de)穩定性。

3 國(guó)産車(chē)用(yòng)操作(zuò)系統生(shēng)态建設

3.1 國(guó)産操作(zuò)系統生(shēng)态發展現≥£(xiàn)狀

      操作≈ σ§(zuò)系統作(zuò)為(wèi)“軟件(jβ♠"iàn)定義汽車(chē)”時(shí)代智能(néng)汽車(chē)軟件(jià"'φ™n)架構的(de)核心技(jì)術(shù)平台，是(shì)保障智能(néng)車(§✔¶☆chē)輛(liàng)各項功能(néng)及性能(né∑$ng)的(de)基礎，也(yě)是(shì)¥‌γ實現(xiàn)汽車(chē)軟件(jiàn)分(fēn)層解耦、應用(yò$₹≥<ng)算(suàn)法跨域共用(yòng)的(de)關鍵。∏→→✘當前，我國(guó)操作(zuò)系統還(hái)面臨著(zhe)諸多(duō® ↔¶)問(wèn)題和(hé)挑戰：一(yī)是(shì)多α ©(duō)以二次開(kāi)發為(wèi)主，核心關鍵技(jì)術(shù)仍受制(zhì)于人 >(rén)；二是(shì)核心技(jì)術(shù)研'¶£↑發仍處于初期階段，自(zì)主創新能(néng)力不(bù♣δ)足；三是(shì)生(shēng)态體(tǐ)系還(hái)亟需完善[9]。

      根據麥肯錫發布的×✘(de)《2030 年(nián)汽車(chē)軟件(jiàn)和(hé≥<)電(diàn)子(zǐ)市(shì)場(chǎng)報(bào)告》，廣義汽×'₽車(chē)操作(zuò)系統的(de)市(shì)場(chδ<ǎng)規模到(dào)2025 年(nián)約為(wèi)3¥$$♦70 億美(měi)元，到(dào)2030≤÷ 年(nián)可(kě)達約500 億美(měi)元€∏[10]。操作(zuò)系統作(zuò)為(wè♥φ¶i)汽車(chē)産業(yè)關鍵核心技(jì↔φ±>)術(shù)，行(xíng)業(yè)也(yě)在積極推動其發展[11]λε↓。中國(guó)汽車(chē)工(gōng)業(yè)協會(huì)于2023 年(ni✘‌án)2 月(yuè)發布中國(guó)車(chē)用(yòng)操作(zuò)系₩₹統開(kāi)源計(jì)劃，已公開(kāi)包括初始化(huà)代碼、核心功能(néng)源代碼£λ等100 多(duō)個(gè)文(wén‍ε$φ)件(jiàn)，計(jì)劃于2023 年(nián)×≈★底完成功能(néng)驗證、2024 年(nián)通(tōng)過功能(néβΩng)安全認證、2025 年(nián)實現(xiàn)量産驗證。中國(guó)汽車(chē)δ₹基礎軟件(jiàn)生(shēng)态委員(yuán)會✔↓(huì)（China Automotive Basic Software Ecosystem <Ω✘Committee，AUTOSEMO）于20Ω>δ23 年(nián)9月(yuè)發布《"§​中國(guó)汽車(chē)基礎軟件(jiàn)發展白≈  $(bái)皮書(shū)4.0》，為(wèi)中國(guó)汽®&車(chē)基礎軟件(jiàn)的(de)高(gāo)質量發展奠® γ定了(le)基礎。

      在軟件(jiàn)定義汽車™€(chē)的(de)發展趨勢下(xià)，車(chē)用(yòn♦₩g)操作(zuò)系統逐步成為(wèi)企業(yè)競争的(de)核↑Ω★•心，國(guó)産操作(zuò)系統應努力做λ&≠↑(zuò)好(hǎo)安全可(kě)控的(de)頂層設計(jì)，建立國(guó)産操↓¥作(zuò)系統的(de)開(kāi)發和(hé)測試标準，不(bù)斷完☆Ω善生(shēng)态體(tǐ)系建設，建立有(yǒu)效的(de)産≈←$業(yè)鏈[12]。

3.2 當前問(wèn)題及需求分(fēn)析

      在當前階段，國(guó)産σΩ♦ε操作(zuò)系統的(de)生(shēng)态£↔≤€建設還(hái)存在以下(xià)問(wèn)題：首先，相(xiàng)較于國(guó)外(w↑↕©εài)車(chē)用(yòng)操作(zuò)€≤系統在汽車(chē)領域已經占據了(le)一(yī)定的(de)市(shì)場(chǎ‍£™☆ng)份額，國(guó)産操作(zuò)系統起步較晚，整體(tǐ)裝車(chē)率低(dī)<∞ 、應用(yòng)群體(tǐ)少(shǎo)；其次，當前國(guó)內(nèΩ♥§i)操作(zuò)系統技(jì)術(shù)方案較多(duō)，各企↔±‍↔業(yè)開(kāi)發過程存在大(dà)♦☆φ♠量重複性工(gōng)作(zuò)，造成資源浪費(fèi)且沒有 £ ♣(yǒu)形成合力；最後，國(guó)産操作(z∑→uò)系統及解決方案資源開(kāi)放(fàng)不(bù)足，在量産項目上φ<(shàng)應用(yòng)少(shǎo)，軟件(jiàn)模塊及工(gōn®$$εg)具鏈缺乏量産驗證，遇到(dào)“上(shàng)車(chē)難”“上(shà​ ↑★ng)車(chē)慢(màn)”的(de)問(wèn↕≠)題。在整車(chē)制(zhì)造商應用(yòng)國(gu'♠ó)産操作(zuò)系統進行(xíng)實際量産控制(zhì)器(qì)開(kāi)發的(de£Ω)過程中，面臨著(zhe)産品項目交付風(fēng)險，需要(α✘∑yào)投入更多(duō)的(de)資源進行(xíng)問(wèn)題解決和(hé)産品開(≠←kāi)發，具體(tǐ)表現(xiàn)為(wèi)：©↕操作(zuò)系統軟件(jiàn)本身(shēn)存在缺陷，包括功能(néng)' ÷模塊實現(xiàn)不(bù)全、軟件(jiàn)接口沒有(yǒu)實現(γ$γ>xiàn)等，需要(yào)不(bù)斷叠代版本進行(xíng​±)修複；操作(zuò)系統開(kāi)發生(s©÷← hēng)态問(wèn)題，包括部分(fēn)三方庫不(bù)支持、開(kāi)源工(gōng'σ£)具不(bù)兼容等，需要(yào)進行(xíng)調試和(h¶‌é)開(kāi)發；與芯片的(de)适配周期問(wèn)題，支持的(de)芯片範圍有(yǒu)限，←λ對(duì)于新的(de)芯片需要(yào)較長(cháng)時(shí)間(ji&β÷ān)進行(xíng)适配開(kāi)發和(hé)驗證。

      從(cóng)國(gu'☆ó)産操作(zuò)系統産業(yè)化(huà)落地(dì)角度出發，整車(c≠→πhē)制(zhì)造商未來(lái)需要(yào)一(yī)§∑≠×個(gè)生(shēng)态開(kāi)放(fàng)的(de)操作(zuò)系統[♦₩© 13]，做(zuò)到(dào)安全可(kě)靠、開(kāi)放(fàng)兼容、快(kuài&δ♠)速叠代和(hé)持續維護，具體(tǐ)表現(xiàn)在以下(xià)幾個(gè)方∞φ面：

      a.安全Ω ®可(kě)靠。操作(zuò)系統涉及整車(chē)的(de)功能(néng)安全，需要(y₽$✘εào)提供高(gāo)安全內(nèi)核及虛拟化(h←σ≥™uà)組件(jiàn)，滿足功能(néng)安全和(hé)信→&$₹息安全的(de)要(yào)求，并進一(yī)步提升虛拟化(hu∞"•à)組件(jiàn)的(de)實時(shí)性，降低(dī)資源損耗。操作(zuò "♥ )系統軟件(jiàn)需針對(duì)不(bù)同芯片的(de)原生(sα‍¥hēng)驅動進行(xíng)驗證，并且不(bù)斷豐富應用(yòng)場(chǎng)景。∏©

      b.開(k↕λ₽āi)放(fàng)兼容。需提供統一(yī)的(de)軟、硬件(jiàn)運行(xíng)平台，↓♣∏以便于集成和(hé)驗證，并提供完整的(de)開(kΩ āi)發及測試工(gōng)具鏈、标準的(de)操作(zuò)系統∑π∞α及功能(néng)層接口，支持POSIX 接口，兼容AUTOSAR規範，兼α​∞"容Linux和(hé)Android等應用(yòng)生φ♦'£(shēng)态，對(duì)應用(yòng)層提供統一(yī)的•♦(de)SOA 接口，提高(gāo)各開(kāi)發團隊間(jiān)的(de)協同效率↑ $'、降低(dī)成本。

      c.快(kuài)速叠代。¶↕‍​操作(zuò)系統需要(yào)快(kuài)速叠代，修複自(zì)身(s'α✘≤hēn)缺陷，同時(shí)需支持艙駕一(yī)體(tǐ)等下(xià± £↑)一(yī)代芯片，快(kuài)速适配未來(lái)高(gāo)性能(n♣≤φ↔éng)、異構、多(duō)核芯片，支持多(duō)種AI 及圖像加速器(q×✘ì)等硬件(jiàn)新特性。在保證産品質量的(de)同時(shí)，需實現(xiàn$₹)主流芯片的(de)覆蓋，縮短(duǎn)操作(zuò)系統适配的(d ≈₩e)開(kāi)發周期。

       ♦ d.持續維護。操作(zuò)系統供應商需要(yào)穩定的(de)技(jì)術β↕‍(shù)團隊為(wèi)其産品提供長(cháng)期維護，及‍←γ時(shí)響應整車(chē)制(zhì)造商的(de♣★)反饋和(hé)需求，對(duì)搭載産品提供通(tōng)信負載調 σ優、系統負載監控、啓動過程分(fēn)析等定制(zhì)化(huà)服務。

3.3 國(guó)産操作(zuò)系統生(shēng)态發展建議(yì)

3.3.1 達成戰略共識

      當前，我國(guó)♦>≠自(zì)主車(chē)用(yòng)操作(zuò)系統已經全面布局，在市(shì)場(chǎ♥↑&∑ng)和(hé)技(jì)術(shù)上(shàng)都(dōu)取得(de)了(•®★le)一(yī)定突破，但(dàn)後續還(hái)需進一(y≤​ī)步推廣和(hé)應用(yòng)，需要(yào)行(xíng)業(yè)達成戰略共識，打↑​ ‍造車(chē)企主導、深度協同的(de)産業(yè)生(shēng)态。回€λδ∞顧智能(néng)手機(jī)的(de)發展曆史，手機‍>(jī)端的(de)操作(zuò)系統同樣經曆了(le)從(cóng)功能(nénλ±↕g)手機(jī)向智能(néng)手機(jī)演進的(dγ↔≥×e)階段，如(rú)圖3所示[14-15]，經過充分(fēn)競争，手機(jī)操作§Ω↑(zuò)系統供應商從(cóng)多(duō)家(<↕Ωγjiā)快(kuài)速減少(shǎo)到(dào)隻有(yǒu)2～3家(jiā)。針對€♠(duì)車(chē)端的(de)操作(zuò)系統，我國(guó)需要(yà <≠×o)把握當前重大(dà)窗(chuāng)口期，由國(guó)家(jiā)相(xiàng)關部 β門(mén)牽頭，經行(xíng)業(yè)共同研討(tǎo)∑←，做(zuò)好(hǎo)國(guó)産操作(zuò)系統的(de)頂層架構設計(j∏↓φΩì)，制(zhì)定符合汽車(chē)軟件(jiàn)發展趨勢的(de☆®)車(chē)用(yòng)操作(zuò)系統标準規範，從("∏ cóng)安全性、兼容性及應用(yòng)層軟件(jiàn)接口通(tōng)用(yòng)性著(∏©δ↑zhe)手，構建跨領域協同的(de)智能(né↓"♦ng)網聯操作(zuò)系統技(jì)術(shù)标準體(tǐ)系，同時(shí)提升操作♠™(zuò)系統行(xíng)業(yè)認證能(néng§₽)力，對(duì)操作(zuò)系統內(nèi)核、标準中間(jiān)件(jiàn)等提供量§•₹≠化(huà)的(de)指标，依據操作(zuò)系統的(de)開(☆§↔kāi)放(fàng)程度對(duì)操作(zuò)系統軟件(jiàn)進行(xíng)功能(n$✔ éng)、性能(néng)和(hé)接口測試，提升操作(zuò)系統準入門(mén)檻，為(w♦σ♣↑èi)整車(chē)制(zhì)造商量産應用(yòng)提供依據←φ< 。

圖3 手機(jī)操作(zuò)系統市(shì)場(chǎng)格局演變[14-15]

3.3.2 創新合作(zuò)模式

      操作(zuò)系統軟↔ φ件(jiàn)本身(shēn)開(kāi)發難度大(dà)，驗證周期長(ch→€áng)，需要(yào)行(xíng)業(yè)各¥♥方深度參與，構建産業(yè)鏈協同創新模式，共≥×γ同繁榮汽車(chē)操作(zuò)系統生(shēng©€×)态：

      一(yī)是(shì)通(tō∑∞ng)過部署重大(dà)科(kē)技(jì)研發及産業(yè)化( §huà)專項課題，推動操作(zuò)系統、芯片、應用(y∞δ↑òng)算(suàn)法等上(shàng)、下(xià)遊生(shēng)态體‌←₹(tǐ)系協同發展，進行(xíng)操作(zuò)系統核心技(jì)×'♣≈術(shù)攻關。如(rú)行(xíng)業(yè)γ≤∑共同研討(tǎo)，基于某個(gè)确定版本的(de)Linu'•x 內(nèi)核展開(kāi)技(jì)術(shù)攻關與産↑"↓¶品應用(yòng)，形成完備的(de)産業(>"∏∑yè)配套體(tǐ)系。

      二是(shì)可(kě)由幾個(gè)核心企業(y£☆Ωβè)組建戰略聯盟，共同打造具有(yǒu)中國(guó)特色的(de)車(chē)用(yònφ÷ 'g)操作(zuò)系統基礎平台，實現(xiàn)國(guó≈α∑✘)産操作(zuò)系統快(kuài)速應用(yòng∑​♠)和(hé)叠代。國(guó)産操作(zuò)系統企業(yè)與硬件(jiàn)芯♣ 片公司共同推出軟硬一(yī)體(tǐ)的(de)平台化(huà₩<£♠)技(jì)術(shù)方案，再由多(duō)個(gè)整車☆§↓(chē)制(zhì)造商在該平台上(shàng)進行(xíng)充分( ≤∞fēn)驗證，縮短(duǎn)國(guó)産操作(zu♥$ ò)系統從(cóng)研發階段到(dào)量産應用(yòng)的(de)周期≠¶。

      三→✔是(shì)整車(chē)制(zhì)造商與操作(zuò)系統供應商構建新的(★≈×Ωde)合作(zuò)模式，如(rú)在項目開(kāi)發階段不(Ω§♥bù)收取或者隻收取開(kāi)發授權費(fèi)用(yòn∞★£g)（類似國(guó)外(wài)QNX 操作(zuò)系統的(de)收費(fèi)方"β式），在量産應用(yòng)階段，根據實際售出的(de)車(chē)輛(liàng​↑)數(shù)量收取費(fèi)用(yò∑☆✔&ng)。前期雙方共擔開(kāi)發風(fēng)險，在操作(zuò)系統産品投向市(shì♥>)場(chǎng)後兌現(xiàn)利潤。

3.3.3 加強産業(yè)實踐

      加強産業(yè)實踐是(shì)促ε↓®π進國(guó)産操作(zuò)系統成熟度快(kuài)速提升的(de)關¥φ>α鍵，需要(yào)加快(kuài)國(guó)産操作(zuò)系統量産裝車←σ ★(chē)進度，形成操作(zuò)系統技(jì)術±‍(shù)的(de)應用(yòng)路(lù)徑：

      一(yī)是(shì)國(guó)家(≤∑jiā)、地(dì)方提供國(guó)産車(chē)用(yòng)操作(zuò)系統量産補★₹貼，補貼金(jīn)額根據操作(zuò)系統的(de)類别和(hé)每♣γ台車(chē)上(shàng)控制(zhì)器(qì)的(de)應用(yòng)數(sh₩←★ù)量計(jì)算(suàn)，以提高(gāo)整車(chē)廠(chǎng)應用(y‍ γòng)國(guó)産操作(zuò)系統的(de)積極性。

      二是(shì)明(₽<míng)确國(guó)産操作(zuò)系統量産應用(yòng)的(de)實施路(lù)徑✘ ，采取“小(xiǎo)步快(kuài)跑”的(de)策略進行(xíng÷©£)自(zì)主替代。當前車(chē)用(yòng)操作(zuò)系統的(de↕≥)發展趨勢明(míng)确，由分(fēn)布式架構過渡到(dào)≤↓→集中式架構，并逐漸融合統一(yī)。基于操¥σ‌​作(zuò)系統複雜(zá)度高(gāo)的(de)客觀規律，可(kě♦‍☆±)以在現(xiàn)有(yǒu)産品平台上(shà×​'ng)按模塊進行(xíng)功能(néng)擴展和(héφ±₹)自(zì)主轉化(huà)，加速推進國(guó)産操作(z>&↔uò)系統在量産車(chē)型上(shàng)φγ  的(de)應用(yòng)。

     ↔&λ 三是(shì)圍繞集成驗證進行(xíng)自(zì)主操作(zuò)系統的≥£ ¶(de)聯合設計(jì)，整車(chē)制(zhì)造商與操作(zuò)系統企業(yè)開(kāγ ​i)展深度戰略合作(zuò)，共同研發面向未來(lái)中央集✔π中式架構的(de)整車(chē)級操作(zuò)系₽♥λ‌統，整車(chē)制(zhì)造商專注于産品定義與架構設計(jì)、核心算©§≥(suàn)法及中間(jiān)件(jiàn)研發和(hé)系統集成驗證，操作(z±≠uò)系統企業(yè)完成系統層軟件(jiàn)開(kāi)發，雙方共同參與操作(zuò"≈<)系統從(cóng)設計(jì)到(dào)量産<¶ ©應用(yòng)的(de)全過程，共享産業(yè)協同成果，為(wèi)國✔↑÷∏(guó)産操作(zuò)系統量産應用(yòng)和(hé)∞¥ 生(shēng)态建設樹(shù)立行(xíng)業(yè)新範式。

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