✦^✦引言

本文(wén)節選自(zì)汽标委智能(®₹néng)網聯汽車(chē)分(fēn)标委今∑¥年(nián)7月(yuè)編撰的(de)《汽車(chē)控制(zhì)↔♥÷總體(tǐ)技(jì)術(shù)要(yào)求研究報(bào)告π® ‍》，本報(bào)告由國(guó)汽（北(běi)京）©≥‍智能(néng)網聯汽車(chē)研究院有(yǒu)限公司、華為(wèi)技(j'♣"ì)術(shù)有(yǒu)限公司牽頭，共30餘家(jiā)單位參↑↔φ₹與撰寫。

2.2 車(chē)控操作(zuò)系統研究現(xiàn)狀 ✘δ

 2.2.1 安全車(chē)控操作(zuò)系統    &n← bsp; ✦

安全車(chē)控操作(zuò)系統國(guó)外(wài)發展較早，目前已經開(kāi✔∞β)展了(le)一(yī)系列的(de)标準化(huà)工(g&'ōng)作(zuò)，國(guó)內(nèi)目前主要(yào)處于跟随狀态。歐洲在20 世紀9σ↕γ0 年(nián)代發展出用(yòng)于‌©←汽車(chē)電(diàn)子(zǐ)上(→'shàng)分(fēn)布式實時(shí)控制(zhì)系統的(de)開(kāi)放(fàng)式<€系統标準OSEK/VDX，主要(yào)包括4 部分(fēn)标準：1‌≈）操作(zuò)系統規範（OS）；2）通(tōng)信規↕≤∏©範；3）網絡管理(lǐ)規範；4）OSEK 實現(xiàn)語言。但(×$↓δdàn)随著(zhe)技(jì)術(shù)、産品、客戶需求等的ε₩(de)升級，OSEK 标準逐漸不(bù)能(n$✔≤↓éng)支持新的(de)硬件(jiàn)平台。

2003 年(nián)，寶馬、博世、大(dà)陸、戴姆勒、通(tōng)用(₽✘yòng)、福特、标志(zhì)雪(xuě)鐵(tiě)龍<λαλ、豐田、大(dà)衆9 家(jiā)企業(yè)作(zuò)為(w&&èi)核心成員(yuán)，成立了(le)一(yī)≤λ£個(gè)汽車(chē)開(kāi)放(fàng↓✔↑α)系統架構組織（簡稱AUTOSAR 組織），緻力于建立一(yī)個•π♦(gè)标準化(huà)平台，獨立于硬件(jiàn)的(de)分↓₩♦‌(fēn)層軟件(jiàn)架構，制(zhì)定各•>種車(chē)輛(liàng)應用(yòng)接口規範和(hé)♣♥♥集成标準，為(wèi)應用(yòng)開₩☆‍π(kāi)發提供方法論層面的(de)指導，以≈α減少(shǎo)汽車(chē)軟件(jiàλ ✘n)設計(jì)的(de)複雜(zá)度，♦α£÷提高(gāo)汽車(chē)軟件(jiàn)的(de)靈活性和(hé)開(k&♠‍āi)發效率，以及在不(bù)同汽車(chē)平台的(de$γ )複用(yòng)性。AUTOSAR 以OSEK/VDX 為(wèi)基礎，但(↔α↕ dàn)涉及的(de)範圍更廣。

截至目前，AUTOSAR 組織已發布Classic 和(hé)Ada¥φptive 兩個(gè)平台規範，分(fēn)别♣♠₩♦對(duì)應安全控制(zhì)類和(hé)自(zì)動∑≥ ←駕駛的(de)高(gāo)性能(néng)類。Classic 平台基于¶₹♦OSEK/VDX 标準，定義了(le)安×σε全車(chē)控操作(zuò)系統的(de)技(jì)術(shù)規範÷®≈。Classic AUTOSAR 的(de)軟件(j←÷≤<iàn)架構如(rú)圖5 所示，其主要(yào)特點是(shì)面向功能(★"&néng)的(de)架構（FOA），采用(yòng)分(fēn)層設計(jì)，實現(xià€€¶n)應用(yòng)層、基礎軟件(jiàn)層和(hé)硬件(jiàn)層的(‌¶$de)解耦。

AUTOSAR 标準平台由于采用(yòng)開(kāi)放(fàng)式架構和(hé)縱向≥β分(fēn)層、橫向模塊化(huà)架構，不(bù)僅提高(gāo)了(le)開(kāi)發₹•效率，降低(dī)開(kāi)發成本，同時(shí)保障了(le)車(chē‍≠')輛(liàng)的(de)安全性與一(yī)緻性'γ∏✔。AUTOSAR 組織發展至今，得(de)到(dào)了(le)越來(lái)越多(duō)€♦的(de)行(xíng)業(yè)認可(kě)®≈，目前已有(yǒu)超過180 家(jiā)的(de)車(chē)、零部件(✘¶♣•jiàn)、軟件(jiàn)、電(diàn)子(zǐ)等領域的(de)成員(yu¥♠π™án)。AUTOSAR 目前已經成為(wèi)國(guó)際主流的(de)标β±準軟件(jiàn)架構，基于 AUTOSAR 标準平台，擁有(yǒu)Ω §完整的(de)汽車(chē)軟件(jiàn)解決方αα‍案的(de)企業(yè)主要(yào)有(yǒu)Vector、≥​KPIT、ETAS 、DS 以及被大(dà)陸收購(gòu)的(λ≤εde)Elektrobit 和(hé)被西(xī)門(mé‌$‌₩n)子(zǐ)收購(gòu)的(de)MentorGr§♠÷aphics。此外(wài)，寶馬、沃爾沃等汽車(ch≥✘÷≤ē)廠(chǎng)商都(dōu)相(xiàng)繼推¥₽‌ 出了(le)基于AUTOSAR 标準平台的(de)車(chē)型。δ×₩'

在日(rì)本，日(rì)本汽車(chē)軟件(jiàn)平台架構組€©織（Japan Automotive Software Pβ ‌latform Architecture，JasPar）成立于2004 ✘∞₽ε年(nián)，旨在聯合企業(yè)橫向定制(zhì)↑α兼顧汽車(chē)軟硬件(jiàn)的(de)通(tōng)信标準、實現(xi★€☆¶àn)車(chē)控操作(zuò)系統的(de)通(tōng≥φ)用(yòng)化(huà)，提高(gāo)基礎軟件(jiàn)的(de)再利♠Ω∞用(yòng)率等。JasPar 組織成員(yuán)包括絕大(dà)多(d™•÷®uō)數(shù)的(de)日(rì)系汽車(ch αē)及配套軟硬件(jiàn)産品廠(chǎng)商。

我國(guó)主機(jī)廠(chǎng)及零配件(jiàn)供應✔₽ ↔商目前主要(yào)使用(yòng)Classδ‍→✔ic AUTOSAR 标準進行(xíng)軟件(jiàn)開(k♥₽ ₹āi)發。一(yī)汽集團、長(cháng)安集團等主機(jī)廠(chǎng☆<)于2009 年(nián)開(kāi)<™φ¶始利用(yòng)Classic AUTOSAR 标準的(de)工(gōn∑↕→g)具進行(xíng)ECU 的(de)設計(jì)、開(kāi)發、驗證。同時(shí)，上≈™®↑(shàng)汽集團、一(yī)汽集團、長(cháng)安集團、奇瑞集團等主機(jī)廠(chǎn ®‍g)和(hé)部分(fēn)高(gāo)校(xiào)成立了(le)CASA 聯盟，旨在中國(guα ≠αó)推廣和(hé)發展AUTOSAR 架構。目前江淮汽車(chē)也(yě)是(shì)主要(yà∑α'×o)基于Classic AUTOSAR 标準進行(xíng)軟件(jiàn)和(hé)産品₹©開(kāi)發。

在産品方面，普華軟件(jiàn)是(shì)中國(guó)電(diàn)子(zǐ)科(kē)技‍α(jì)集團的(de)國(guó)産操作(zuò)系統戰略平台，并作(zuò)為(wèi)牽頭單≠ 位承擔了(le)關于汽車(chē)電(diàn)子(zǐ)操作(zu'γò)系統的(de)十一(yī)五、十二五核高(gāo)級重大(dà)專項，所形成α★β的(de)車(chē)控操作(zuò)系統在車(chē)身(shēn)控制(zhì)模塊₽←（BCM）、新能(néng)源整車(chē)控制(zhì)器(qì)（VCU/H÷α®☆CU）、電(diàn)子(zǐ)轉向系統（EPS）等關鍵零部件(jiàn)得(de)到(d↑>ào)量産應用(yòng)，并已被德國(guó)博世的(de)先進輔助駕駛系統（A¶÷'DAS）量産使用(yòng)。

東(dōng)軟睿馳發布了(le)NeuSAR 産品，其基于AUTOSA↑ R 研發制(zhì)作(zuò)，為(w₽☆èi)自(zì)主研發自(zì)動駕駛系統的(®₹∞™de)OEM 整車(chē)企業(yè)及零部件(jià↕ n)供應商提供的(de)面向下(xià)一(yī)代汽車σ&(chē)通(tōng)訊和(hé)計(jì)算(suàn)架構的(de)系統平台，包含↓&AUTOSAR Classic、AUTOSAR Adaptive 及系列開(kāi)發系統¥ 工(gōng)具。

2.2.2 智能(néng)駕駛操作(zuò)©¶δ系統✦

智能(néng)駕駛操作(zuò)系統将會(huì)成為(wèi)自(z÷∞∏ì)動駕駛汽車(chē)發展的(de)核心競争力之一÷↕≈ε(yī)，由于安全車(chē)控操作(zuò)系統相(xiàng)對☆ σ&(duì)成熟，且智能(néng)駕駛操作(zuò)系統部分(fēn)包‌∑含安全車(chē)控操作(zuò)系統，¶∑所以本文(wén)提到(dào)的(de)車(chē)控操作(zuò)系統主要(yào)是(s&δ÷hì)指智能(néng)駕駛操作(zuò)系統。智能(néng)駕駛操作(zuò)系統發展趨勢和(α≈↑hé)特點是(shì)縱向分(fēn)層，以實現(xiàn)層與層之間(ji​₽←≤ān)的(de)解耦，方便快(kuài)速開(kā€≠i)發和(hé)移植，如(rú)圖6 所示。

AUTOSAR 組織為(wèi)應對(duì)自(zì)動☆π'駕駛技(jì)術(shù)的(de)發展推出了(le)Adaptive A →∏UTOSAR（AP）架構，如(rú)圖7 所示，其主要(yào)特點♦↔是(shì)采用(yòng)面向服務的(de)架構（SOA），服務可(kě)根據應用(yòβ ≥ ng)需求動态加載，可(kě)通(tōng)過配置文(wén)件(jiàn)動态加載配‌∏>置，并可(kě)進行(xíng)單獨更新，相(xiàng)對(duì)于Classi→λc AUTOSAR（CP），可(kě)以滿足更強大(dà)的(φ↕α∑de)算(suàn)力需求，更安全，兼容性好(hǎo)，可(kě)進行(xíng)敏捷♠₹開(kāi)發。

Adaptive AUTOSAR 系統✘>®主要(yào)适應于新的(de)集中式的(de)高(gāo)性能(nγδéng)計(jì)算(suàn)平台，滿足車(chē)內(nèi)部件(jiàn)'π 之間(jiān)的(de)高(gāo)速通(‌¥ε€tōng)信需求和(hé)智能(néng)駕駛的(de)高(gāo× ★↔)計(jì)算(suàn)能(néng)力需求。AP 平台采用(yòng)了©'(le)服務化(huà)的(de)架構，系統由一(yī)系列的(de)服務組成，應Ω¶ $用(yòng)和(hé)其他(tā)軟件(jiàn)模塊可(kě)以÷∑根據需求調用(yòng)其中的(de)一(yī)個(gè)或者多(d✔"☆uō)個(gè)服務，而服務可(kě)以是(shì)平台提供的(de)，也(×↑yě)可(kě)以是(shì)遠(yuǎn)程其他(tā)部件(jiàn)γ¶"提供，OEM 可(kě)以按照(zhào)功能(néng)設計(jì)需求定義自(zì)己的(d<↔e)服務組合。AP 設計(jì)也(yě)在CPΩ♥↓ 成功的(de)設計(jì)方法論的(de)指導下(xià)進行(xíng)開(↕ ↑&kāi)發，兼顧靈活和(hé)功能(néng)安全的(de)确定性需求，同時(shí<✔ )可(kě)以進行(xíng)整車(chē)功能(néng)的(de)統一(yī)設計(j>₹ì)，兼顧安全車(chē)控和(hé)智能(néng)駕→¶駛系統。AP 平台沒有(yǒu)設計(jì)新的(de)操作(zuò)系統內(∏♦→nèi)核，所有(yǒu)符合POSIX PSE51 接口的(de)操作(zuò)系統§‍內(nèi)核都(dōu)可(kě)以使用(yòng)，AP 平台重點是(shì)在操作&α(zuò)系統內(nèi)核之上(shàng)的(de)系統服務中間( ' ₹jiān)層，主要(yào)分(fēn)為(wèi)平台基礎功✔'×能(néng)和(hé)平台服務功能(néng)兩部分(fēn)。平台基礎功能(néng) ✘>↓更多(duō)的(de)是(shì)本地(dì)服務，采用(σ↕$§yòng)庫的(de)方式進行(xíng)調"±用(yòng)，如(rú)生(shēng)命周期管理(lǐ)、通≠α★Ω(tōng)信管理(lǐ)、存儲管理(lǐ)、診斷功能(néng)等‍Ω；平台服務不(bù)限制(zhì)服務的(de)提供實例的★ (de)位置，采用(yòng)互聯網常用(yòng)的(de)服務類似的(de)調±™§↔用(yòng)方式，如(rú)升級管理(lǐ)、網絡管理(lǐ)、狀态管理©→(lǐ)、傳感器(qì)服務接口等。AP 平台主要(yào)的(d <e)三個(gè)支撐和(hé)演進方向是(shì)：©'•安全（包含信息安全和(hé)功能(néng)安全），連接（包括車(chē)內(nèi)和(hé)∑₹₹∞車(chē)外(wài)各種新的(de)通(tōng)信機(jī)制(zhì)），可(kě)升級（★← 包含OTA，靈活的(de)軟件(jiàn)設計(jì)和(h♠←é)管理(lǐ)等）。AP 平台仍采用(yòng)傳統的(de)标準設計(jì)方式，每年(niα♣Ωán)一(yī)個(gè)版本集中進行(xíng)新的(de)功®εΩ​能(néng)發布。

雖然AUTOSAR AP 在繼承ATUOSAR CP 成功經驗的(de)基礎上®↔δ(shàng)，采用(yòng)了(le)很(hěn)♠​¶₩多(duō)互聯網的(de)思路(lù)來§ ↕(lái)設計(jì)，但(dàn)是(shì)由于汽車(chē)軟件(jiàn)‍™€∏需求變化(huà)較快(kuài)，仍存在★§ ε很(hěn)多(duō)問(wèn)題，如(rπ≥™★ú)傳統的(de)AUTOSAR 方法論配置繁瑣，支持的(λ♠שde)通(tōng)信速率低(dī)，不(bù)支持解耦部署策略€π和(hé)動态升級方案，特别是(shì)車(c₹β hē)車(chē)協同、車(chē)路(lù)協✔∑™同、車(chē)雲協同等還(hái)一(yī)直處于需求₽±討(tǎo)論階段，沒有(yǒu)支持的(de)時(shí)間(jiān)表。

AUTOSAR AP 平台是(shì)适應新一(yī)代電(diàn)子(®σzǐ)電(diàn)氣架構下(xià)的(de)集中式計(jì✔♠↔)算(suàn)需求而産生(shēng)的(de)，但(dàn)隻是(shì)整車(ch✘εē)功能(néng)中的(de)一(yī)小(xiǎo)部分(fēα€n)，缺乏從(cóng)整車(chē)電(diàn)子∑​(zǐ)電(diàn)氣系統視(shì)角考慮信息安全、功能(néng)安全、通(t∑♣≠ōng)信等需求。在底層操作(zuò)系統之上(shàng)， 軟件(jiàn)中間(jiān♦→ ∏)件(jiàn)在智能(néng)駕駛領域也(yě)備受關注σ"。中間(jiān)件(jiàn)的(de)主要(yào)目♠×标是(shì)為(wèi)上(shàng)層應用(yòα✘♦‍ng)提供數(shù)據通(tōng)信、協議(yì)對(duì)齊、計(j₹₽♥ì)算(suàn)調度、模塊化(huà)封裝等常用(yòng)功能(néng)，為(wèΩ≈i)應用(yòng)開(kāi)發提供标準化(huà)、模塊化(huà)的(de)開(kā∞Ω★i)發框架，實現(xiàn)模塊解耦和(hé)代碼複用(yòng)♠"∏↑。ROS 作(zuò)為(wèi)最早開(kāi)源的(de)機(jī↑§₩)器(qì)人(rén)軟件(jiàn)中間(jσ$iān)件(jiàn)，很(hěn)早就(jiù)被機(jī)器(qì)←∑人(rén)行(xíng)業(yè)使用(yòng)，很(hěn)多(duō)知≠∏∏↑(zhī)名的(de)機(jī)器(qì)人(rén)開(kāi≈↔♣)源庫，比如(rú)基于quaternion 的(de)坐(zuò)标$<&¥轉換、3D 點雲處理(lǐ)驅動、定位算(suàn)法SLAM 等都(dōu)是(sh‌£δì)開(kāi)源貢獻者基于ROS 開( &σ≈kāi)發的(de)。ROS 的(de)首要(yào)設計♣π♠(jì)目标是(shì)在機(jī)器(qì)人(rén)研發領域提高(gāo)代碼複用(yòng>♣)率。ROS 是(shì)一(yī)個(gè)分(fēn)₽• 布式的(de)進程（也(yě)就(jiù↔↑↓σ)是(shì)“節點”）框架，這(zhè)些(xiē)進♥δ₩$程被封裝在易于被分(fēn)享和(hé)發布的(deφ↕£∑)程序包和(hé)功能(néng)包中。整個(gè)智能(néng)駕駛系統和(hé)機™♣β¶(jī)器(qì)人(rén)系統有(yǒu)很(hěn)強的(de)相(§♥><xiàng)似度，ROS 的(de)開(kāi)源特性，豐富的(™¶de)開(kāi)源庫和(hé)工(gōng)具鏈，特别在智能(néng)駕駛的(d§←e)研究領域有(yǒu)著(zhe)較為(wèi)廣泛的(d ≈∏ e)應用(yòng)，很(hěn)多(duō)自(zì)動駕駛的λ​ (de)原型系統中都(dōu)能(néng)夠看(kàλ←​'n)到(dào) ROS 的(de)身(sh≤"ēn)影(yǐng)，例如(rú)AUTOWARE，百度 Apollo 最初也(yě)是(s$ε♠¥hì)使用(yòng)了(le) ROS，直至A>•pollo 3.5版本才切換至自(zì)研的(de)車(chē)載中間(jiān)件δ σ(jiàn)Cyber RT。

ROS 在發展過程中主要(yào)有(yǒu)兩個(gè)版本，ROS1 ≤γ♠和(hé)ROS2，ROS1 的(de)通(tōng)信依賴中心節點的(de)處理(lǐ)，無法解ελ"↑決單點失敗等可(kě)靠性問(wèn)題。為(wèi)了(le)更好(hǎo)©↔★→的(de)符合工(gōng)業(yè)級的(de)運行(xíng)标準$★β，ROS2 最大(dà)的(de)改變是(shì)，取消Master 中央節點 ×γ'，實現(xiàn)節點的(de)分(fēn)布式發現(xiàn)， ∞ε∏發布/訂閱，請(qǐng)求/響應；底層基于DDS（數(shù)據↕ε™☆分(fēn)發服務）這(zhè)個(gè)工(gōng)業(yè)級的(de)通(tōn♦✘αg)信中間(jiān)件(jiàn)通(tōng)信機(jī)制(zh♣≤φì)，支持多(duō)操作(zuò)系統，包括Linux、windows、Mac、RTOS 等ε≤。雖然ROS2 基于ROS1 有(yǒu)了(le)很(hěn)大(dà)的(de)改γ↓≠≈進，但(dàn)是(shì)距離(lí)完全車(chē$'Ω')規應用(yòng)還(hái)有(yǒu)很(hěn)大(dà)的(de)距離(lí)，有↑♥(yǒu)些(xiē)公司如(rú)APEX.AI ₩≥≈₹也(yě)在對(duì)ROS 進行(xíng)車(chē)規級的(de)改造嘗試。¶γ®ε

目前普遍采用(yòng)的(de)車(chē)控操作(zuò)系統底層λ♥λ內(nèi)核主要(yào)有(yǒu)Linux、Q∞♥>‍NX 和(hé)其他(tā)RTOS（如(rú)FreeRTOS、Threa& ★<dX、VxWorks 等），三者之間(jiān)的(de)主要(yào)特點'€∞對(duì)比如(rú)表2 所示。

Linux 最初是(shì)作(zuò)為 &₩¶(wèi)通(tōng)用(yòng)操作(zuò)系統而設計(jì)開(kāi)發的(de)，但δ₩÷(dàn)提供了(le)一(yī)些(xiē)實時(s‌✔‌←hí)處理(lǐ)支持，這(zhè)包括大(dà)部分(fēn)P♦¶OSIX 标準中的(de)實時(shí)功能(néng)，支持多(duō)Ω≠¶φ任務、多(duō)線程，具有(yǒu)豐富的(de)通(tōng)信機(jī)制(©>×zhì)等。除此之外(wài)，Linuβ¶∞​x 社區(qū)有(yǒu)實時(shí)性增強patch，在L♦∞≥inux 內(nèi)核原有(yǒu)RT 功能(néε≤ng)上(shàng)，增加了(le)中斷線程化(huà)、優先級默認繼承等€>功能(néng)。Linux 也(yě)提供了(le)符合POSIX 标準的∞÷(de)調度策略，包括FIFO 調度策略、時(shí)間(jiān)₹≤片輪轉調度策略和(hé)靜(jìng)态優先級搶占式調​♣度策略。另外(wài)，Linux 還(hái)提供了(le)內(nèi)存鎖< β定功能(néng)，以避免在實時(shí)處理(lǐ)中存儲頁面被換出，同γ¥"↕時(shí)提供了(le)符合POSIX>≥↑ 标準的(de)實時(shí)信号機(jī)制(zhì)。

QNX 是(shì)一(yī)種商用(yòng)的(de)遵從(cóng)P∑ OSIX 規範的(de)類Unix 實時( ÷≈shí)操作(zuò)系統，其主要(yào)特點是(•γshì)符合分(fēn)布式、嵌入式、可(kě)規γ∏模擴展的(de)硬實時(shí)操作(zuò)系統。QNX 遵循POSIX.1 (程序接口） ≥λ<和(hé)POSIX.2 (Shell 和(hé)工(gōng)↕∞∞具）、部分(fēn)遵循POSIX.1b（實時(shí)擴展）。QNX ×≤γλ的(de)微(wēi)內(nèi)核結構是(shì)它區(qū)别于其它操↕γ作(zuò)系統的(de)顯著特點。QNX 的(de)微(wēi)內(nèiσδ £)核結構，內(nèi)核獨立自(zì)處于一(yī)個(gè)被保護的(de→✘↑)地(dì)址空(kōng)間(jiān)；驅動程序、網•↑絡協議(yì)和(hé)應用(yòng)程序處于程序空(kōng)Ω 間(jiān)中。

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