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)汽車的標(biāo)配。事實(shí)真是如此嗎?本文將簡(jiǎn)單的介紹下汽車操作系統(tǒng)的前世今生。

　　車載系統(tǒng)和電控系統(tǒng)

　　要談汽車操作系統(tǒng)，首先得了解汽車電子。

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

　　另一類是汽車電子控制裝置，它們是車輛運(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，繼電器開(kāi)關(guān)，執(zhí)行馬達(dá)等)發(fā)送指令以控制車輛關(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，這類系統(tǒng)可以統(tǒng)稱為電子控制單元(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，新能源汽車整車控制VCU，電池管理系統(tǒng)BMS等。

　　為什么需要操作系統(tǒng)?

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

　　從20世紀(jì)90年代開(kāi)始，隨著車載和電控系統(tǒng)功能的日益豐富以及汽車電子產(chǎn)品外部交互/接口標(biāo)準(zhǔn)的種類增加，這類基于微控制芯片的嵌入式電子產(chǎn)品逐漸需要采用類似個(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)牙電話功能，接著又集成了地圖導(dǎo)航、倒車?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)。

　　車載操作系統(tǒng) IVI-OS

　　早在2011年，咨詢機(jī)構(gòu)StrategyAnalytics對(duì)中國(guó)當(dāng)時(shí)主流汽車主機(jī)廠和車載信息娛樂(lè)系統(tǒng)供應(yīng)商進(jìn)行了調(diào)研，報(bào)道了當(dāng)時(shí)車載操作系統(tǒng)的生態(tài)圈，如圖所示。隨著中國(guó)汽車市場(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 : 日資車型的主流汽車操作系統(tǒng)，但日系供應(yīng)商也逐漸采用其他OS以滿足不同市場(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，汽車安全氣囊控制，在車輛發(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)乘車人員起到保護(hù)作用。

　　可見(jiàn)，汽車電控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這兩類汽車電子軟件標(biāo)準(zhǔn)。

　　1. OSEK/VDX : 這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)旨在制定汽車電子標(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的全稱是Automotive Open System Architecture，直譯為汽車開(kāi)放式系統(tǒng)架構(gòu)。發(fā)起于2003年，由全球汽車制造商，汽車電子部件供應(yīng)商，汽車軟件和工具服務(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)汽車電子部件功能將整車劃分為動(dòng)力總成，車輛安全，車身電子，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電子電氣架構(gòu)(EEA)。

　　雖然這樣的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了汽車電子網(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)又與汽車電子功能安全標(biāo)準(zhǔn)背道而馳。

　　如何解決呢?隨著汽車電子安全件如IVI系統(tǒng)和其他非安全件的融合在智能網(wǎng)聯(lián)汽車上是必然趨勢(shì)，汽車電子專家引入了航電設(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(車載功能)和QNX(電控功能)，為智能網(wǎng)聯(lián)的應(yīng)用提供高性價(jià)比且符合安全要求的平臺(tái)。

　　目前面向汽車的虛擬機(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電子收購(gòu)的OpenSynergy。

　　阿里巴巴的Alios能驅(qū)動(dòng)汽車智能嗎?

　　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打造成車聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)。

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

　　第一，Alios目前的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手仍是谷歌Android，蘋果IOS及百度DuerOS此類的車載操作系統(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)，盡管Alios并沒(méi)有主動(dòng)涉及電控ECU操作系統(tǒng)的動(dòng)力，但由于技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)(如域控制器)會(huì)迫使阿里巴巴不得不面臨技術(shù)融合的挑戰(zhàn)，積極配合主機(jī)廠和一級(jí)供應(yīng)商開(kāi)發(fā)能將非安全相關(guān)的車載和安全相關(guān)的電控集成于一體的虛擬機(jī)，并分享有價(jià)值的數(shù)據(jù)。

　　第三，Alios總裁胡曉明接受采訪時(shí)預(yù)期“Alios未來(lái)市場(chǎng)份額將超過(guò)50%”是過(guò)于樂(lè)觀的，因?yàn)橹饕献骰锇槭亲灾髌放坪弯N量欠佳的合資品牌，而競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手方面，內(nèi)有BATJ中的其他家加上華為中興，外有上面提到的知名汽車操作系統(tǒng)企業(yè)，畢竟智能網(wǎng)聯(lián)汽車行業(yè)帶來(lái)的市場(chǎng)紅利誰(shuí)都希望分到一杯羹。

　　Takeaways

　　1. 阿里巴巴斑馬的Alios目前并不是直接“驅(qū)動(dòng)”汽車關(guān)鍵部件的操作系統(tǒng)，作為新生代車載操作系統(tǒng)，它只是一個(gè)包含云端服務(wù)的可支撐人機(jī)交互和車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)交換的平臺(tái)，如何在這個(gè)平臺(tái)OS之上實(shí)現(xiàn)以支付寶生態(tài)系統(tǒng)為核心的服務(wù)應(yīng)用去吸引汽車用戶為其買單，重新定義汽車作為移動(dòng)支付的新載體才是阿里的主要目的，實(shí)質(zhì)是2C。

　　2. 百度Apollo系統(tǒng)采用的是開(kāi)源操作系統(tǒng)ROS(編者：后來(lái)改為QNX)，Apollo目標(biāo)則是打造開(kāi)放式智能駕駛平臺(tái)(架構(gòu)+底層軟件+通用算法模塊)，關(guān)鍵在于吸引全球的開(kāi)發(fā)者合作改進(jìn)自動(dòng)駕駛所需的各類模塊算法，然后聯(lián)合汽車主機(jī)廠和零部件供應(yīng)商將其商業(yè)化后共同收集車輛移動(dòng)中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)(車輛工況，路況，乘客信息等)，結(jié)合其高清地圖，不斷優(yōu)化智能駕駛的核心技術(shù)--人工智能算法。

　　另外，DuerOS作為百度語(yǔ)音智能系統(tǒng)，高度融合在Apollo系統(tǒng)之中是必然選擇，在車載方面與阿里Alios會(huì)直接競(jìng)爭(zhēng)?？傊?，大數(shù)據(jù)和人工智能算法是百度Apollo和DuerOS日后2B2C變現(xiàn)的基礎(chǔ)。

　　3. 智能網(wǎng)聯(lián)汽車和域控制理念的發(fā)展，有可能進(jìn)一步推動(dòng)全球零部件供應(yīng)商收購(gòu)汽車操作系統(tǒng)和汽車軟件相關(guān)標(biāo)的;而目前，中國(guó)大型的汽車電子企業(yè)少有如此的戰(zhàn)略眼光進(jìn)行這樣布局，仍然以功能型電子產(chǎn)品作為潛在并購(gòu)標(biāo)的，缺乏整合垂直技術(shù)的能力。相比之下，原本封閉的日資汽車企業(yè)都開(kāi)始邁出垂直整合的步伐，值得國(guó)內(nèi)企業(yè)思考。

　　4. 作為汽車電子行業(yè)創(chuàng)業(yè)者，如果沒(méi)有汽車操作系統(tǒng)的基本概念，他們開(kāi)發(fā)出來(lái)的產(chǎn)品未來(lái)或許很難進(jìn)入前裝市場(chǎng)，投資人請(qǐng)謹(jǐn)慎考慮他們的商業(yè)融資計(jì)劃。