细数汽车操作系统的前世今生

随着阿里巴巴Alios和百度Apollo轮流上台，“操作系统”似乎一夜之间成为智能网联汽车的标准。事实真的是这样吗？本文将简要介绍过去汽车操作系统的使用情况。车载系统和电子控制系统要谈论汽车操作系统，我们必须首先了解汽车电子。传统的汽车电子产品可分为两类：一类是车载电子设备，如仪表、娱乐音频、导航系统、平视显示器、车载通信、无线互联网接入等。这些系统不直接参与车辆驾驶的控制决策，并且不会影响车辆的驾驶性能和安全性，并且通常被称为车载信息娱乐（IVI）。另一种是汽车电子控制装置，它是车辆运动和安全保护的控制“大脑”，并通过直接向执行器（如电子阀、继电器开关、执行器电机等）发送指令来控制车辆关键部件（如发动机、变速箱、动力电池等）的协同工作。这种系统可以统称为电子控制单元。常见的ECU包括EMS发动机电子控制系统、ABS制动防抱死控制、变速器牵引力控制TCU、电子稳定控制EPS、电子助力转向EPS、新能源汽车控制VCU、电池管理系统BMS等。为什么需要操作系统？汽车操作系统是汽车电子软件的重要组成部分，但并不是所有的汽车电子产品都需要操作系统。自20世纪90年代以来，随着车载和电子控制系统的功能越来越丰富，汽车电子产品的外部交互/接口标准种类越来越多，这种基于微控制芯片的嵌入式电子产品逐渐需要采用类似于个人计算机的软件架构来实现分层，平台化、模块化，提高开发效率，降低开发成本。因此，嵌入式操作系统逐渐被汽车电子产品所采用。以汽车娱乐信息系统为例，最早的数字收音机/CD播放器可以通过使用专用音频解码芯片来实现。后来，触摸液晶屏被数字化，取代了播放器开关和调节按钮，然后增加了蓝牙电话功能。然后，将地图导航和倒车雷达图像集成在一起，IVI嵌入式系统主CPU实现这些功能的数据处理能力逐渐增强。从最早的4位、8位到16位、32位再到多核，嵌入式操作系统的引入是为了有效地分配CPU资源，协同管理上述任务和功能，并控制每个任务的优先级。与车载电子产品相比，电子控制系统通常需要闭环控制，这意味着需要响应更多的输入和输出信号，任务调度也更复杂；

此外，由于电子控制系统直接参与车辆运行管理，对系统可靠性要求更高，因此应用于电子控制单元ECU的嵌入式操作系统比车辆电子产品的操作系统具有更严格的技术指标。车载操作系统IVI-OS早在2011年，咨询机构StrategyAnalytics就对当时中国的主流汽车原始设备制造商和车载信息娱乐系统供应商进行了调查，并报告了当时的车载操作系统生态系统，如图所示。随着中国汽车市场的持续增长带来的变化，该报告在2015年进行了部分更新。目前，市场上用于车载系统的操作系统包括：1。安卓系统：开源操作系统。无证费用对许多低端车载电子产品的开发者来说非常有吸引力，但版本升级过于频繁，启动时间长，系统稳定性不强，一直受到批评。2.微软：Windows嵌入式操作系统，从定位工业应用WinCE到移动通信，由于其相对稳定的性能和公平的（Dao）价格（Ban）许可费，受到许多从消费电子转向售后导航的公司的高度赞扬，但其市场份额持续下降。3.QNX：曾占据近60%的市场份额，优惠的单机授权费和良好的开发支持是国际主流汽车电子供应商愿意合作的原因。然而，随着母公司黑莓的衰落和其他免费竞争对手的挑战，风光不再像过去那么好。4.Wind River：功能强大的硬实时操作系统，覆盖多个行业，但授权和开发定制成本很高，市场份额有限。5.Microtron：日资车型的主流汽车操作系统，但日本供应商正在逐步采用其他操作系统来满足不同市场的需求。6.Linux：基于开源代码，稳定且易于切割。许多具有强大研发能力的汽车原始设备制造商和供应商都在Linux的基础上定制了自己的操作系统。7.GENIVI：准确地说，这是一个标准的联盟。以宝马为首的知名企业建立的应用于车载系统的开放软件平台和操作系统基于Linux平台，形成了从研发到应用的闭环生态。电子控制实时操作系统ECU-OS之前提到，汽车电子控制系统是一个复杂的测量和控制系统。如果系统任务的响应不及时或延迟过大，可能会导致严重的损失。例如，如果汽车安全气囊在车辆碰撞时不能在短时间（毫秒）内迅速打开，那么它的控制就无法保护乘客。由此可见，汽车电控ECU必须是一个高稳定性的嵌入式实时操作系统，而实时意味着系统保证在一定的时间内完成特定的功能。目前主流的电控操作系统基本兼容OSEK/VDX和AUTOSAR这两种汽车电子软件标准。1.OSEK/VDX：本标准旨在制定汽车电子的标准化接口，主要定义了三个组件：实时操作系统（OSEK-OS）、通信系统（OSEK-COM）和网络管理系统（OSIK-NM）。OSEK操作系统始于20世纪90年代。首个商用OSEK操作系统由德国3Soft公司开发，并首次应用于奥迪A8的仪表控制器。2.AutoSAR：AutoSAR的全名是Automotive Open System Architecture，直译为汽车开放系统架构。由全球汽车制造商、汽车电子元件供应商、汽车软件和工具服务提供商以及半导体制造商联合成立的标准联盟组织成立于2003年，致力于为汽车行业开发开放、标准化的软件架构。AUTOSAR与OSEK/VDX标准兼容，增加了新的系统模块，并隐含地提出了“软件定义的电子控制系统”的概念。如图所示，完整的AUTOSAR系统架构自下而上分为硬件层HW、硬件抽象层MCAL、基础软件层BSW、运行时环境RTE和应用软件SWC……

该操作系统被包括在BSW层中。无论是OSEK还是AUTOSAR操作系统，它们都只是将操作系统的技术规范定义为标准。各种软件和工具服务提供商开发了自己的符合标准的操作系统产品，然后将其提供给一级供应商，以便在各种电子控制系统中广泛使用。目前，AUTOSAR已逐渐成为主流，市场上拥有完整解决方案的知名企业包括Vector、KPIT、ETAS、DS，并收购了EB（Continental）和MentorGraphics（Siemens）。在国内，i-Soft公司还依托国家“核高基”项目，开发了符合AUTOSAR标准的操作系统和基础软件，并成功应用于自主品牌和新能源生产汽车。智能网络对操作系统的新要求智能网联汽车的特点是增加更多的智能传感器（高清摄像头、激光雷达、毫米波雷达等），并收集、处理和共享海量数据。要实现智能网联，需要解决两个基本问题：一是控制器芯片的处理能力，二是信息安全。因此，以博世、大陆集团和德尔福为首的Tier1提出了域控制单元（DCU）的概念。根据汽车电子元件的功能，整车分为动力总成、车辆安全、车身电子、智能座舱和智能驾驶等几个领域，并且通过使用具有更强处理能力的多核CPU/GPU芯片来取代当前的分布式汽车电子电气架构（EEA），相对集中地控制每个域。这种设计虽然简化了汽车电子网络的拓扑结构，但由于各种数据的相互集成，也带来了安全风险。例如，智能驾驶舱系统的ECU将原有的车载信息娱乐系统与V2X、HMI、仪表等数据融合在一起，但根据功能安全ISO26262的定义，仪表的一些关键数据和代码属于不同的ASIL要求，因此从安全的角度来看，它们应该与HMI代码物理隔离。因此，这种设计与汽车电子功能的安全标准背道而驰。如何解决？随着IVI系统等汽车电子安全组件与智能网联汽车中其他非安全组件的集成，汽车电子专家引入了航空电子中虚拟机管理的概念，并提出了基于AUTOSAR标准的AUTOSAR Hypervior虚拟机。新版AUTOSAR自适应平台也扩展到智能网联汽车和自动驾驶汽车的应用。引入虚拟机管理的关键意义在于，虚拟机可以为同时运行两个独立的操作系统提供环境，例如在智能座舱的ECU中同时运行Android（车载功能）和QNX（电子控制功能），为智能网络的应用提供了一个经济高效、安全的平台。目前，已商业化的汽车系统管理程序产品包括黑莓QNX系统管理程序、Wind River VxWorks、Green Hills INTEGRITY Mutivisor、Mentor Graphics嵌入式系统管理程序以及松下汽车电子去年收购的OpenSynergy。阿里巴巴的Alios能推动汽车智能化吗？Alios由YunOS更名而来。关于YunOS是否是Android的争论实际上是无关紧要的。无论如何，这至少是一个典型的中国创新。在智能手机市场，为了扩大云操作系统在移动设备中的市场份额，阿里巴巴采取了与三线自主品牌手机合作的策略，为预装云操作系统的手机提供高额补贴；

转向汽车市场后，阿里从与上汽自主品牌的合作中尝到了甜头，开始将Alios打造成一款车联网操作系统。然而，Alios暂时只能被称为汽车操作系统。它能推动汽车智能化吗？我个人认为：首先，Alios目前的竞争对手仍然是谷歌安卓、苹果IOS和百度DuerOS等汽车操作系统。其优势在于，Alios增加了与云服务相关的模块，以接入阿里巴巴的生态环境，重点关注电子商务（淘宝）、在线支付（支付宝）和高清地图（高德），从而打造除手机之外的第二个移动支付终端。第二，随着智能网联系统的升级，尽管Alios没有积极参与电子控制ECU操作系统的动力，但由于技术发展的趋势（如域控制器），阿里巴巴将不得不面临技术集成的挑战，积极与OEM和一线供应商合作，开发能够将非安全相关车辆与安全相关电子控制集成的虚拟机，并共享有价值的数据。再次，Alios总裁胡晓明在接受采访时过于乐观，认为“Alios未来的市场份额将超过50%”，因为主要合作伙伴是销量不佳的自主品牌和合资品牌，而竞争对手包括BATJ的其他制造商加上华为中兴，以及上述知名汽车操作系统企业。毕竟，每个人都想分享智能网联汽车行业带来的市场红利。Takaways1.阿里巴巴斑马的Alios目前并不是直接“驱动”汽车关键部件的操作系统。作为新一代车载操作系统，它只是一个包含云服务的平台，可以支持车联网的人机交互和数据交换。如何在这个平台操作系统上实现以支付宝生态系统为核心的服务应用，吸引汽车用户为其付费，并将汽车重新定义为移动支付的新载体，这是阿里的主要目的，其本质是2C。2.百度Apollo系统使用开源操作系统ROS（编辑：后改为QNX），Apollo旨在构建一个开放的智能驾驶平台（架构+底层软件+通用算法模块）。关键是吸引来自世界各地的开发者合作，改进自动驾驶所需的各种模块算法，然后在汽车原始设备制造商和零部件供应商将其商业化时，共同收集实时数据（车辆工况、路况、乘客信息等），并不断与其高清地图相结合。此外，DuerOS作为百度语音智能系统，在Apollo系统中高度集成是必然的选择，它将在车载方面与Ali Alios直接竞争。总之，大数据和人工智能算法是未来百度Apollo和DuerOS实现2B2C的基础。3.智能网联汽车和域控制概念的发展可能会进一步推动全球零部件供应商收购汽车操作系统和汽车软件相关目标；

目前，中国的大型汽车电子企业很少有这样的战略眼光进行这样的布局，仍然将功能电子产品作为潜在的并购目标，缺乏整合垂直技术的能力。相比之下，原本关闭的日资车企已经开始迈出垂直整合的步伐，这值得国内企业思考。作为汽车电子行业的创业者，如果没有汽车操作系统的基本概念，他们开发的产品未来可能很难进入预装配市场。投资者应仔细考虑其商业融资计划。随着阿里巴巴Alios和百度Apollo轮流上台，“操作系统”似乎一夜之间成为智能网联汽车的标准。事实真的是这样吗？本文将简要介绍过去汽车操作系统的使用情况。车载系统和电子控制系统要谈论汽车操作系统，我们必须首先了解汽车电子。传统的汽车电子产品可分为两类：一类是车载电子设备，如仪表、娱乐音频、导航系统、平视显示器、车载通信、无线互联网接入等。这些系统不直接参与车辆驾驶的控制决策，并且不会影响车辆的驾驶性能和安全性，并且通常被称为车载信息娱乐（IVI）。另一种是汽车电子控制装置，它是车辆运动和安全保护的控制“大脑”，并通过直接向执行器（如电子阀、继电器开关、执行器电机等）发送指令来控制车辆关键部件（如发动机、变速箱、动力电池等）的协同工作。这种系统可以统称为电子控制单元。常见的ECU包括EMS发动机电子控制系统、ABS制动防抱死控制、变速器牵引力控制TCU、电子稳定控制EPS、电子助力转向EPS、新能源汽车控制VCU、电池管理系统BMS等。为什么需要操作系统？汽车操作系统是汽车电子软件的重要组成部分，但并不是所有的汽车电子产品都需要操作系统。自20世纪90年代以来，随着车载和电子控制系统的功能越来越丰富，汽车电子产品的外部交互/接口标准种类越来越多，这种基于微控制芯片的嵌入式电子产品逐渐需要采用类似于个人计算机的软件架构来实现分层，平台化、模块化，提高开发效率，降低开发成本。因此，嵌入式操作系统逐渐被汽车电子产品所采用。以汽车娱乐信息系统为例，最早的数字收音机/CD播放器可以通过使用专用音频解码芯片来实现。后来，触摸液晶屏被数字化，取代了播放器开关和调节按钮，然后增加了蓝牙电话功能。然后，将地图导航和倒车雷达图像集成在一起，IVI嵌入式系统主CPU实现这些功能的数据处理能力逐渐增强。从最早的4位、8位到16位、32位再到多核，嵌入式操作系统的引入是为了有效地分配CPU资源，协同管理上述任务和功能，并控制每个任务的优先级。与车载电子产品相比，电子控制系统通常需要闭环控制，这意味着需要响应更多的输入和输出信号，任务调度也更复杂；

此外，由于电子控制系统直接参与车辆运行管理，对系统可靠性要求更高，因此应用于电子控制单元ECU的嵌入式操作系统比车辆电子产品的操作系统具有更严格的技术指标。车载操作系统IVI-OS早在2011年，咨询机构StrategyAnalytics就对当时中国的主流汽车原始设备制造商和车载信息娱乐系统供应商进行了调查，并报告了当时的车载操作系统生态系统，如图所示。随着中国汽车市场的持续增长带来的变化，该报告在2015年进行了部分更新。目前，市场上用于车载系统的操作系统包括：1。安卓系统：开源操作系统。无证费用对许多低端车载电子产品的开发者来说非常有吸引力，但版本升级过于频繁，启动时间长，系统稳定性不强，一直受到批评。2.微软：Windows嵌入式操作系统，从定位工业应用WinCE到移动通信，由于其相对稳定的性能和公平的（Dao）价格（Ban）许可费，受到许多从消费电子转向售后导航的公司的高度赞扬，但其市场份额持续下降。3.QNX：曾占据近60%的市场份额，优惠的单机授权费和良好的开发支持是国际主流汽车电子供应商愿意合作的原因。然而，随着母公司黑莓的衰落和其他免费竞争对手的挑战，风光不再像过去那么好。4.Wind River：功能强大的硬实时操作系统，覆盖多个行业，但授权和开发定制成本很高，市场份额有限。5.Microtron：日资车型的主流汽车操作系统，但日本供应商正在逐步采用其他操作系统来满足不同市场的需求。6.Linux：基于开源代码，稳定且易于切割。许多具有强大研发能力的汽车原始设备制造商和供应商都在Linux的基础上定制了自己的操作系统。7.GENIVI：准确地说，这是一个标准的联盟。以宝马为首的知名企业建立的应用于车载系统的开放软件平台和操作系统基于Linux平台，形成了从研发到应用的闭环生态。电子控制实时操作系统ECU-OS之前提到，汽车电子控制系统是一个复杂的测量和控制系统。如果系统任务的响应不及时或延迟过大，可能会导致严重的损失。例如，如果汽车安全气囊在车辆碰撞时不能在短时间（毫秒）内迅速打开，那么它的控制就无法保护乘客。由此可见，汽车电控ECU必须是一个高稳定性的嵌入式实时操作系统，而实时意味着系统保证在一定的时间内完成特定的功能。目前主流的电控操作系统基本兼容OSEK/VDX和AUTOSAR这两种汽车电子软件标准。1.OSEK/VDX：本标准旨在制定汽车电子的标准化接口，主要定义了三个组件：实时操作系统（OSEK-OS）、通信系统（OSEK-COM）和网络管理系统（OSIK-NM）。OSEK操作系统始于20世纪90年代。首个商用OSEK操作系统由德国3Soft公司开发，并首次应用于奥迪A8的仪表控制器。2.AutoSAR：AutoSAR的全名是Automotive Open System Architecture，直译为汽车开放系统架构。由全球汽车制造商、汽车电子元件供应商、汽车软件和工具服务提供商以及半导体制造商联合成立的标准联盟组织成立于2003年，致力于为汽车行业开发开放、标准化的软件架构。AUTOSAR与OSEK/VDX标准兼容，增加了新的系统模块，并隐含地提出了“软件定义的电子控制系统”的概念。如图所示，完整的AUTOSAR系统架构自下而上分为硬件层HW、硬件抽象层MCAL、基础软件层BSW、运行时环境RTE和应用软件SWC……

该操作系统被包括在BSW层中。无论是OSEK还是AUTOSAR操作系统，它们都只是将操作系统的技术规范定义为标准。各种软件和工具服务提供商开发了自己的符合标准的操作系统产品，然后将其提供给一级供应商，以便在各种电子控制系统中广泛使用。目前，AUTOSAR已逐渐成为主流，市场上拥有完整解决方案的知名企业包括Vector、KPIT、ETAS、DS，并收购了EB（Continental）和MentorGraphics（Siemens）。在国内，i-Soft公司还依托国家“核高基”项目，开发了符合AUTOSAR标准的操作系统和基础软件，并成功应用于自主品牌和新能源生产汽车。智能网络对操作系统的新要求智能网联汽车的特点是增加更多的智能传感器（高清摄像头、激光雷达、毫米波雷达等），并收集、处理和共享海量数据。要实现智能网联，需要解决两个基本问题：一是控制器芯片的处理能力，二是信息安全。因此，以博世、大陆集团和德尔福为首的Tier1提出了域控制单元（DCU）的概念。根据汽车电子元件的功能，整车分为动力总成、车辆安全、车身电子、智能座舱和智能驾驶等几个领域，并且通过使用具有更强处理能力的多核CPU/GPU芯片来取代当前的分布式汽车电子电气架构（EEA），相对集中地控制每个域。这种设计虽然简化了汽车电子网络的拓扑结构，但由于各种数据的相互集成，也带来了安全风险。例如，智能驾驶舱系统的ECU将原有的车载信息娱乐系统与V2X、HMI、仪表等数据融合在一起，但根据功能安全ISO26262的定义，仪表的一些关键数据和代码属于不同的ASIL要求，因此从安全的角度来看，它们应该与HMI代码物理隔离。因此，这种设计与汽车电子功能的安全标准背道而驰。如何解决？随着IVI系统等汽车电子安全组件与智能网联汽车中其他非安全组件的集成，汽车电子专家引入了航空电子中虚拟机管理的概念，并提出了基于AUTOSAR标准的AUTOSAR Hypervior虚拟机。新版AUTOSAR自适应平台也扩展到智能网联汽车和自动驾驶汽车的应用。引入虚拟机管理的关键意义在于，虚拟机可以为同时运行两个独立的操作系统提供环境，例如在智能座舱的ECU中同时运行Android（车载功能）和QNX（电子控制功能），为智能网络的应用提供了一个经济高效、安全的平台。目前，已商业化的汽车系统管理程序产品包括黑莓QNX系统管理程序、Wind River VxWorks、Green Hills INTEGRITY Mutivisor、Mentor Graphics嵌入式系统管理程序以及松下汽车电子去年收购的OpenSynergy。阿里巴巴的Alios能推动汽车智能化吗？Alios由YunOS更名而来。关于YunOS是否是Android的争论实际上是无关紧要的。无论如何，这至少是一个典型的中国创新。在智能手机市场，为了扩大云操作系统在移动设备中的市场份额，阿里巴巴采取了与三线自主品牌手机合作的策略，为预装云操作系统的手机提供高额补贴；

转向汽车市场后，阿里从与上汽自主品牌的合作中尝到了甜头，开始将Alios打造成一款车联网操作系统。然而，Alios暂时只能被称为汽车操作系统。它能推动汽车智能化吗？我个人认为：首先，Alios目前的竞争对手仍然是谷歌安卓、苹果IOS和百度DuerOS等汽车操作系统。其优势在于，Alios增加了与云服务相关的模块，以接入阿里巴巴的生态环境，重点关注电子商务（淘宝）、在线支付（支付宝）和高清地图（高德），从而打造除手机之外的第二个移动支付终端。第二，随着智能网联系统的升级，尽管Alios没有积极参与电子控制ECU操作系统的动力，但由于技术发展的趋势（如域控制器），阿里巴巴将不得不面临技术集成的挑战，积极与OEM和一线供应商合作，开发能够将非安全相关车辆与安全相关电子控制集成的虚拟机，并共享有价值的数据。再次，Alios总裁胡晓明在接受采访时过于乐观，认为“Alios未来的市场份额将超过50%”，因为主要合作伙伴是销量不佳的自主品牌和合资品牌，而竞争对手包括BATJ的其他制造商加上华为中兴，以及上述知名汽车操作系统企业。毕竟，每个人都想分享智能网联汽车行业带来的市场红利。Takaways1.阿里巴巴斑马的Alios目前并不是直接“驱动”汽车关键部件的操作系统。作为新一代车载操作系统，它只是一个包含云服务的平台，可以支持车联网的人机交互和数据交换。如何在这个平台操作系统上实现以支付宝生态系统为核心的服务应用，吸引汽车用户为其付费，并将汽车重新定义为移动支付的新载体，这是阿里的主要目的，其本质是2C。2.百度Apollo系统使用开源操作系统ROS（编辑：后改为QNX），Apollo旨在构建一个开放的智能驾驶平台（架构+底层软件+通用算法模块）。关键是吸引来自世界各地的开发者合作，改进自动驾驶所需的各种模块算法，然后在汽车原始设备制造商和零部件供应商将其商业化时，共同收集实时数据（车辆工况、路况、乘客信息等），并不断与其高清地图相结合。此外，DuerOS作为百度语音智能系统，在Apollo系统中高度集成是必然的选择，它将在车载方面与Ali Alios直接竞争。总之，大数据和人工智能算法是未来百度Apollo和DuerOS实现2B2C的基础。3.智能网联汽车和域控制概念的发展可能会进一步推动全球零部件供应商收购汽车操作系统和汽车软件相关目标；目前，中国的大型汽车电子企业很少有这样的战略眼光进行这样的布局，仍然将功能电子产品作为潜在的并购目标，缺乏整合垂直技术的能力。相比之下，原本关闭的日资车企已经开始迈出垂直整合的步伐，这值得国内企业思考。作为汽车电子行业的创业者，如果没有汽车操作系统的基本概念，他们开发的产品未来可能很难进入预装配市场。投资者应仔细考虑其商业融资计划。

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