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

　　車(chē)載系統和電控系統

　　要談汽車(chē)操作系統，首先得了解汽車(chē)電子。

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

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

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

　　為什么需要操作系統?

　　汽車(chē)操作系統是汽車(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。

　　從20世紀90年代開(kāi)始，隨著(zhù)車(chē)載和電控系統功能的日益豐富以及汽車(chē)電子產(chǎn)品外部交互/接口標準的種類(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)人電腦的軟件架構以實(shí)現分層化，平臺化和模塊化，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(EmbeddedOperating System)。

　　以車(chē)載娛樂(lè )信息系統為例，最早的數字收音機/CD播放器采用專(zhuān)用的音頻解碼芯片就能實(shí)現，后來(lái)實(shí)現數字化將可觸摸液晶屏代替播放器開(kāi)關(guān)、調節按鈕，后來(lái)又增加了藍牙電話(huà)功能，接著(zhù)又集成了地圖導航、倒車(chē)雷達影像，相應的實(shí)現這些功能的IVI嵌入式系統主CPU數據處理能力也逐步增強，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，就是有效分配CPU資源，對以上各種任務(wù)功能進(jìn)行協(xié)同管理，并控制各項任務(wù)優(yōu)先級別。

　　相比車(chē)載電子產(chǎn)品，電控系統通常需要閉環(huán)控制，這樣就意味著(zhù)需要響應更多的輸入輸出信號，任務(wù)調度更加復雜;另外，由于電控系統直接參與車(chē)輛行駛的管理，系統可靠性要求要更高，因此應用于電控單元ECU的嵌入式操作系統比車(chē)載電子產(chǎn)品的操作系統有更嚴苛的技術(shù)指標。

　　車(chē)載操作系統 IVI-OS

　　早在2011年，咨詢(xún)機構StrategyAnalytics對中國當時(shí)主流汽車(chē)主機廠(chǎng)和車(chē)載信息娛樂(lè )系統供應商進(jìn)行了調研，報道了當時(shí)車(chē)載操作系統的生態(tài)圈，如圖所示。隨著(zhù)中國汽車(chē)市場(chǎng)的持續增長(cháng)帶來(lái)的變化，該報告在2015年進(jìn)行了部分更新，目前市場(chǎng)上用于車(chē)載系統的OS包括：

　　1. Android：開(kāi)源操作系統，無(wú)授權費用對很多中低端車(chē)載電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)商是有很大的吸引，但是版本升級過(guò)于頻繁，開(kāi)機啟動(dòng)時(shí)間長(cháng)，系統穩定性不強而飽受詬病。

　　2. Microsoft：從定位工業(yè)應用WinCE到移動(dòng)通信的Windows Embedded操作系統，由于相對穩定的性能和平(Dao)價(jià)(Ban)授權費用,深受眾多從消費電子轉型到后裝導航市場(chǎng)的公司推崇，但市場(chǎng)份額持續下降。

　　3. QNX：曾經(jīng)占據接近60%的市場(chǎng)份額，優(yōu)惠的單機授權費用和良好的開(kāi)發(fā)支持是主流國際汽車(chē)電子供應商愿意合作的原因，但隨著(zhù)其母公司Blackberry的凋落和其他免費競爭對手挑戰，風(fēng)光已不敵當年。

　　4. Wind River : 功能強大覆蓋多行業(yè)的硬實(shí)時(shí)操作系統，但授權和開(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，但日系供應商也逐漸采用其他OS以滿(mǎn)足不同市場(chǎng)的需要。

　　6. Linux : 基于開(kāi)源代碼，穩定和易于裁剪，很多研發(fā)能力強的汽車(chē)主機廠(chǎng)和供應商在Linux基礎上定制了自有的操作系統。

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

　　電控實(shí)時(shí)操作系統 ECU-OS

　　前面提到過(guò)，汽車(chē)電控系統屬于復雜測控系統，如果系統任務(wù)的響應不及時(shí)或有延遲過(guò)大，就可能導致嚴重的損失。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(毫秒級)如不能快速打開(kāi)，就無(wú)法對乘車(chē)人員起到保護作用。

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

　　1. OSEK/VDX : 這個(gè)標準旨在制定汽車(chē)電子標準化接口，主要定義了三個(gè)組件：實(shí)時(shí)操作系統(OSEK-OS)，通訊系統(OSEK-COM)和網(wǎng)絡(luò )管理系統(OSEK-NM)。OSEK操作系統始于20世紀90年代，第一個(gè)商業(yè)化的OSEK操作系統由德國3Soft公司開(kāi)發(fā)，最早應用于奧迪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)放式系統架構。發(fā)起于2003年，由全球汽車(chē)制造商，汽車(chē)電子部件供應商，汽車(chē)軟件和工具服務(wù)商和半導體制造商聯(lián)合成立的一個(gè)標準聯(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、標準化的軟件架構。AUTOSAR兼容OSEK/VDX標準，增加了新的系統模塊同時(shí)隱含的提出了“軟件定義電控系統”的概念，如圖，完整的AUTOSAR系統架構從下向上分為硬件層HW，硬件抽象層MCAL，基礎軟件層BSW，運行時(shí)環(huán)境RTE和應用軟件SWC，其中操作系統被包含在BSW層中。

　　不管是OSEK還是AUTOSAR操作系統，它們僅僅作為標準定義了操作系統的技術(shù)規范，各家軟件和工具服務(wù)商開(kāi)發(fā)了各自的符合標準的操作系統產(chǎn)品，然后提供給Tier1供應商廣泛應用于各類(lèi)電控系統。

　　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以及被收購的EB(Continental)和MentorGraphics(Siemens)。在國內，依托國家“核高基”課題，i-Soft公司也開(kāi)發(fā)了符合AUTOSAR標準的操作系統和基礎軟件，并成功應用于自主品牌和新能源量產(chǎn)車(chē)型。

　　智能網(wǎng)聯(lián)對操作系統的新要求

　　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，毫米波雷達等)，并且需要對海量數據進(jìn)行采集，處理和共享。

　　要實(shí)現智能網(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，利用處理能力更強的多核CPU/GPU芯片相對集中的去控制每個(gè)域，以取代目前的分布式汽車(chē)電子電氣架構(EEA)。

　　雖然這樣的設計簡(jiǎn)化了汽車(chē)電子網(wǎng)絡(luò )拓撲結構，但由于各種數據的相互融合也帶來(lái)了安全隱患。例如，智能座艙系統ECU將原有的車(chē)載信息娛樂(lè )系統與V2X,HMI，儀表等數據融合在一起處理，但根據功能安全ISO26262標準定義,儀表的某些關(guān)鍵數據和代碼與HMI的代碼屬于不同等級要求(ASIL)，從安全角度應該進(jìn)行物理上的隔絕。因而這樣的設計又與汽車(chē)電子功能安全標準背道而馳。

　　如何解決呢?隨著(zhù)汽車(chē)電子安全件如IVI系統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，汽車(chē)電子專(zhuān)家引入了航電設備中虛擬機管理的概念，基于A(yíng)UTOSAR標準之上提出了AUTOSAR Hypervior虛擬機，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)的應用。

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

　　目前面向汽車(chē)的虛擬機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)電子收購的OpenSynergy。

　　阿里巴巴的Alios能驅動(dòng)汽車(chē)智能嗎?

　　Alios由YunOS更名而來(lái)，YunOS是不是Android的爭論其實(shí)已經(jīng)不重要，不管怎樣，至少是典型的中國式創(chuàng )新。智能手機市場(chǎng)，阿里為擴大YunOS在手機設備上的市場(chǎng)占有率，阿里巴巴采取的策略是與三線(xiàn)自主品牌手機進(jìn)行合作，對預裝YunOS的手機進(jìn)行高額補貼;后轉向汽車(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。

　　但是，Alios對于汽車(chē)來(lái)說(shuō)，暫且僅能稱(chēng)之為車(chē)載操作系統，它能驅動(dòng)汽車(chē)智能嘛?個(gè)人認為：

　　第一，Alios目前的競爭對手仍是谷歌Android，蘋(píng)果IOS及百度DuerOS此類(lèi)的車(chē)載操作系統，其優(yōu)勢在于A(yíng)lios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)，以此打造除手機之外的第二移動(dòng)支付終端。

　　第二，隨著(zhù)智能網(wǎng)聯(lián)系統的升級，盡管Alios并沒(méi)有主動(dòng)涉及電控ECU操作系統的動(dòng)力，但由于技術(shù)發(fā)展的趨勢(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，積極配合主機廠(chǎng)和一級供應商開(kāi)發(fā)能將非安全相關(guān)的車(chē)載和安全相關(guān)的電控集成于一體的虛擬機，并分享有價(jià)值的數據。

　　第三，Alios總裁胡曉明接受采訪(fǎng)時(shí)預期“Alios未來(lái)市場(chǎng)份額將超過(guò)50%”是過(guò)于樂(lè )觀(guān)的，因為主要合作伙伴是自主品牌和銷(xiāo)量欠佳的合資品牌，而競爭對手方面，內有BATJ中的其他家加上華為中興，外有上面提到的知名汽車(chē)操作系統企業(yè)，畢竟智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)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“驅動(dòng)”汽車(chē)關(guān)鍵部件的操作系統，作為新生代車(chē)載操作系統，它只是一個(gè)包含云端服務(wù)的可支撐人機交互和車(chē)聯(lián)網(wǎng)數據交換的平臺，如何在這個(gè)平臺OS之上實(shí)現以支付寶生態(tài)系統為核心的服務(wù)應用去吸引汽車(chē)用戶(hù)為其買(mǎi)單，重新定義汽車(chē)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系統采用的是開(kāi)源操作系統ROS(編者：后來(lái)改為QNX)，Apollo目標則是打造開(kāi)放式智能駕駛平臺(架構+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(lèi)模塊算法，然后聯(lián)合汽車(chē)主機廠(chǎng)和零部件供應商將其商業(yè)化后共同收集車(chē)輛移動(dòng)中的實(shí)時(shí)數據(車(chē)輛工況，路況，乘客信息等)，結合其高清地圖，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，高度融合在A(yíng)pollo系統之中是必然選擇，在車(chē)載方面與阿里Alios會(huì )直接競爭?？傊?，大數據和人工智能算法是百度Apollo和DuerOS日后2B2C變現的基礎。

　　3. 智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)和域控制理念的發(fā)展，有可能進(jìn)一步推動(dòng)全球零部件供應商收購汽車(chē)操作系統和汽車(chē)軟件相關(guān)標的;而目前，中國大型的汽車(chē)電子企業(yè)少有如此的戰略眼光進(jìn)行這樣布局，仍然以功能型電子產(chǎn)品作為潛在并購標的，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(chē)企業(yè)都開(kāi)始邁出垂直整合的步伐，值得國內企業(yè)思考。

　　4. 作為汽車(chē)電子行業(yè)創(chuàng )業(yè)者，如果沒(méi)有汽車(chē)操作系統的基本概念，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)，投資人請謹慎考慮他們的商業(yè)融資計劃。