汽车智能化系统软件分析之—操作系统

汽车安全 9个月前 admin
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汽车智能化系统软件分析之—操作系统

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在智能网联时代,车机操作系统 OSoperating system)按下游应用划分,可以分为车控 OS和座OS两大类:(1)车OS:主要负责实现车辆底盘控制、动力系统和自动驾驶,与汽车的行驶决策直接相关;(2)座舱OS要为车载信息娱乐服务以及车内人机交互提供控制平台,是汽车实现座舱智能化与多源信息融合的运行环境,不直接参与汽车的行驶决策。


对于车控 OS而言,可分为嵌入式实时操作系统 RTOS 和基于 POSIX标准的操作系统1)嵌入式实时操作系RTOS:传统车控 ECU中主控芯片MCU装载运行的嵌入式 OS,面向经典车辆控制领域,如动力系统、底盘系统和车系统等。要求实时程序必须保证在严格的时间限制内响应,特点包括速度快,吞吐量大,代码精简,代码规模小等;2基于POSIX标准的操作系统:主要面向智能驾驶系统,主要满足其高通信和低延时的要求。


汽车电控  ECU  必须是高稳定性的嵌入式实时性操作系统,主流的嵌入式实时操作系统都兼容OSEK/VDXClassicAUTOSAR这两类汽车电子软件标准。嵌入式实时操作系统具有高可靠性、实时性、交互性以及多路性的优势,系统响应极高,通常在毫秒或者微秒级别,满足了高实时性的要求。目前,主流的嵌入式实时操作系统都兼容OSEK/VDXClassicAUTOSAR这两类汽车电子软件标准。


欧洲在上世纪90  年代提出了汽车电子上分布式实时控制系统的开放式系统标准OSEK/VDX。但随着技术、产品、客户需求等的升级,OSEK标准逐渐不能支持新的硬件平台。2003年,宝马、博世、大陆、戴姆勒、通用、福特、标志雪铁龙、丰田、大众9家企业作为核心成员,成立AUTOSAR组织,致力于建立一个标准化平台,独立于硬件的分层软件架构,制定各种车辆应用接口规范和集成标准,AUTOSAR是基于OSEK/VDX发展出来的,但涉及的范围更广。


AUTOSAR 主要包括ClassicPlatformAUTOSARCPAdaptive PlatformAUTOSARAP)两个平台规范:CP AUTOSAR是基于 OSEK/VDX标准的,广泛应用于传统嵌入式ECU中,如发动机控制器、电机控制器、整车控制器、BMS控制器等;APAUTOSAR基于 POSIX,主要应用于自动驾驶等需求高计算能力、高带宽通信、分布式部署的下一代汽车应用领域中。


狭义 OS仅包含内核(如QNXLinux),广义 OS从下至上包括从 BSP、操作系统内核、中间件及库组件等硬件和上层应用之间的所有程序。


QNXLinux 是目前常见内核 OSVxWorks 也有一定应用。随着WinCE 停止更新逐渐退出,OS 内核的格局较为稳定,主要玩家为QNXBlackberry)、Linux(开源基金会)、VxWorks(风河)。其中Linux 属于非实时操作系统,QNXVxWorks属于实时操作系统,WinCE是微软开发的嵌入式操作系统,正在逐步退出汽车操作系统市场。


(1)   BlackberryQNX

QNX是遵从POSIX规范的类UNIX实时操作系统,是全球第一款达到ASILD级别的车载操作系统,优点是稳定性和安全性非常高,QNX依靠其微内核架构实现性能和可靠性的平衡,主要特点有内核小、代码少以及故障影响小,驱动等错误不会导致整个系统都崩溃,通用、沃尔沃、奥迪、上汽等均用QNX作为自动驾驶OS。但缺点是QNX作为非开源系统,兼容性较差,开发难度大,在娱乐系统开发中应用不多,主要是开放性不够,应用生态缺乏。


(2)   LinuxAndroid

Linux是基于POSIXUNIX的开源操作系统,可适配更多的应用场景,具有很强的定制开发灵活度,主要用于支持更多应用和接口的信息娱乐系统场景。Android是谷歌基于Linux内核开发的开源操作系统,主要应用在车载信息娱乐系统、导航领域,在国内车载信息娱乐系统领域占据主流地位。由于其完全开源,基于Linux开发的难度也极大,而且开发周期比较长,这就限制了车机系统进入门槛。


(3)  VxWorks

VxWorksWindRiver设计开发的嵌入式实时操作系统,以其良好的可靠性和卓越的实时性被广泛地应用在通信、军事、航空、航天等领域,VxWorks400多个相对独立的目标模块组成,但与Linux相比,VxWorks需要收取高昂的授权费,开发定制成本较高,这限制了其市场占有率的增长。


常见 OS内核对比

汽车智能化系统软件分析之—操作系统资料来源:九章智驾,国信证券经济研究所整


QNX 、 Linux 是当前车机 OS 内核的首选。根据赛迪顾问的统计, QNX 由于其典型的实时性、低延时、高稳定等特征, 2 021 年 Q NX 市占率达到 4 3%3%,是当前市占份额最高的车机 O S 已应用在包括宝马、奥迪、奔驰等超过 40 个品牌,全球使用了 QNX 的汽车超 1.75 亿辆 Linux (含 Android Linux 版本丰富,经过改造 Linux 内核也将具备实时性功能, 21 年 市占率 35% WinCE 当前 市占率 8%8%,呈现快速下滑态势,未来可能将逐步在市场消失 VxWorks 同时具备实时性及开源特点,但其业务重点一直在复杂工业领域,对于汽车产业投入较少,售价及维修费用极其昂贵,目前仅在部分高端品牌车型上有所尝试。


2021年全球智能座舱操作系统竞争格局

汽车智能化系统软件分析之—操作系统

资料来源:赛迪顾问,国信证券经济研究所整理


全球车载操作系统市场格局变化

汽车智能化系统软件分析之—操作系统

资料来源:ICVT ank ,国信证券经济研究所整理


QNX+LinuxQNX+Android是当前的主流趋势。

随着智能座舱和智能驾驶的进步,OEM厂商更加关注车机OS。然而,无论是传统OEM  巨头或是造车新势力,从零开始开发操作系统都绝非易事,根据对基础系统的改造程度不同,一般可以分为三类:


(1)   定制型车机OS:在基础 OS的基础上进行深度开发和定制(包括系统内核修改),与Tier1和主机厂一起实现座舱系统平台或自动驾驶系统平台。例如百度车载 OS、大众VW.OS、特斯拉 Version


(2)   ROM型车OS:基于AndroidLinux定制开发,无需更改系统内核。海外主机厂多选择基于Linux开发ROM型车机OS,国内自主品牌则主要选择应用生态更好的Android。例如奔驰、宝马、蔚来、小鹏等整车厂的车机系统都属于 ROM 型车机 OS


(3)  超级汽车APP:并非完整的车机OS,而是手机映射系统,是指集地图音乐、语音、社交等功能于一体的多功能 APP,满足车主需求。例如百度Carlife华为 HiCar、苹果CarPlay、谷歌AndroidAuto 等。


不同类型的定制车机系统

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资料来源:头豹研究院,国信证券经济研究所整理


QNX+Linux或者是 QNX+Android 是当前智能驾驶 OS+ 智能座舱 OS 的主要选择。当前 QNX 、 Linux (包含 Android )仍是 OS 底层内核的主要选择,无论是智能驾驶 OS 还是智能座舱 OS 基本都会采用 QNX+Linux 或者是QNX+Android 的组合方式。以 QNX 为代表的实时操作系统 主要用在驾驶 OS上,由于 应用生态上较为薄弱,当前座舱 OS 主流是 Android 以及基于 Linux系统的定制型及 ROM 型系统。


各家OEM所采用的车机OS以及底层内核

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资料来源:蔚来、小鹏、理想等公司官网,国信证券经济研究所整理


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原文始发于微信公众号(智能汽车设计):汽车智能化系统软件分析之—操作系统

版权声明:admin 发表于 2022年5月9日 上午9:00。
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