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我們?cè)凇短厮估盗袑?zhuān)題報(bào)告（三）：顛覆性創(chuàng)新重塑汽車(chē)產(chǎn)業(yè)，零部件廠商破殼重 生》中提到，在特斯拉的引領(lǐng)之下，汽車(chē) E/E 架構(gòu)、軟件架構(gòu)、通信架構(gòu)正全面升 級(jí)，傳統(tǒng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈正在被顛覆性重塑。此外，《特斯拉系列專(zhuān)題報(bào)告（五）：域控 制器—智能汽車(chē)的“大腦”》中重點(diǎn)探討了智能汽車(chē)中核心增量零部件域控制器的相 關(guān)內(nèi)容。我們認(rèn)為，當(dāng) E/E 架構(gòu)正由傳統(tǒng)的分布式走向集中化時(shí)，原本孤立的 ECU 相互融合為域控制器，并將以此有效減少汽車(chē)智能化升級(jí)進(jìn)程中的線束成本、研發(fā) 成本等，加速汽車(chē)智能化時(shí)代的到來(lái)。不過(guò)，集中化的 E/E 架構(gòu)以及域控制器的誕 生僅僅是汽車(chē)實(shí)現(xiàn)快速智能化升級(jí)的硬件基礎(chǔ)。若要完全實(shí)現(xiàn)軟件驅(qū)動(dòng)創(chuàng)新、軟件 定義汽車(chē)，還需要松耦合、易擴(kuò)展的車(chē)載軟件架構(gòu)予以持續(xù)賦能。同時(shí)，軟件亦是 在智能汽車(chē)中可做到差異化最高、邊際開(kāi)發(fā)成本最低的領(lǐng)域，相比較硬件未來(lái)將具 備更大的價(jià)值量。因此，本篇我們將重點(diǎn)討論在汽車(chē)硬件架構(gòu)快速升級(jí)的基礎(chǔ)下軟 件系統(tǒng)的變革趨勢(shì)，挖掘軟件定義汽車(chē)時(shí)代，車(chē)載軟件賽道的投資機(jī)遇。

(資料圖片)

1.1、 軟件定義汽車(chē)已為產(chǎn)業(yè)界共識(shí)，鯰魚(yú)效應(yīng)下車(chē)載軟件需求大幅提升

“軟件定義汽車(chē)”（Software Define Vehicle）的概念最早于 2007 年 4 月份的 IEEE 會(huì) 議論文中被提出，而后于 2016 年被百度自動(dòng)駕駛事業(yè)部總經(jīng)理再次提及，隨之這一 概念開(kāi)始在產(chǎn)業(yè)界廣為流傳，并已逐步成為產(chǎn)業(yè)界對(duì)于智能汽車(chē)演進(jìn)方向的共識(shí)。 可以看到，近年來(lái)在特斯拉的引領(lǐng)下，眾多傳統(tǒng)整車(chē)廠正通過(guò)成立子公司（沃爾沃、 豐田、上汽、長(zhǎng)安、一汽、吉利等）、成立軟件研發(fā)部門(mén)（長(zhǎng)城、大眾、雷諾日產(chǎn)等）、 與軟件供應(yīng)商合作（廣汽、寶馬等）三種模式加碼車(chē)載軟件領(lǐng)域布局。

而“軟件定義汽車(chē)”之所以能夠在現(xiàn)在時(shí)點(diǎn)下成為眾多整車(chē)廠、傳統(tǒng)供應(yīng)商及互聯(lián) 網(wǎng)科技公司的共識(shí)，究其原因，我們認(rèn)為主要源自于以下兩方面：

（1）特斯拉率先落地“硬件為流量入口、軟件為收費(fèi)服務(wù)”的模式，鯰魚(yú)效應(yīng)顯著。

特斯拉基于領(lǐng)先的硬件實(shí)力（高算力 AI 芯片、集中化 E/E 架構(gòu)、以太網(wǎng)通信等）， 通過(guò)自研 AI 操作系統(tǒng)率先實(shí)現(xiàn)“數(shù)據(jù)采集-訓(xùn)練學(xué)習(xí)-部署”的數(shù)據(jù)閉環(huán)，邁向軟件 開(kāi)發(fā) 2.0 時(shí)代（也即去人力化、以機(jī)器學(xué)習(xí)為主的進(jìn)化模式）。根據(jù) MIT 學(xué)術(shù)研究員 Lex Fridman 統(tǒng)計(jì)，截至 2020Q1，所有特斯拉已售車(chē)型中，95%以上已實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)駕 駛相關(guān)硬件的預(yù)埋。截至 2020 年，預(yù)計(jì)所有特斯拉已售車(chē)型的自動(dòng)駕駛里程數(shù)總和 將超過(guò) 51.3 億英里。同時(shí)，基于這種數(shù)據(jù)閉環(huán)，特斯拉早在 2012 年便已在 Model S 上率先實(shí)現(xiàn)整車(chē) OTA，從而推動(dòng)整車(chē)廠在產(chǎn)業(yè)鏈的中角色由傳統(tǒng)的汽車(chē)生產(chǎn)制造商 （“賣(mài)硬件”），升級(jí)為綜合性的出行服務(wù)供應(yīng)商（“賣(mài)服務(wù)”），并且可以為消費(fèi)者提 供全生命周期的軟件增值服務(wù)（“賣(mài)軟件”），顛覆性改變了傳統(tǒng)汽車(chē)行業(yè)的商業(yè)模式。 根據(jù)特斯拉官網(wǎng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，在 2012-2019 年間特斯拉已完成超過(guò) 142 次的 OTA 升級(jí) （潛在問(wèn)題改善 11 次、全新功能導(dǎo)入 67 次、交互界面邏輯等優(yōu)化 64 次），涉及自 適應(yīng)巡航、自動(dòng)緊急剎車(chē)系統(tǒng)、360°全景視圖、并道輔助等多項(xiàng)功能，系統(tǒng)版本從 2014 年的 V6.0 已迭代至目前的 V10.0?？傮w而言，特斯拉作為智能汽車(chē)的引領(lǐng)者， 其在產(chǎn)業(yè)界的示范效應(yīng)已不言而喻?；诂F(xiàn)有數(shù)據(jù)閉環(huán)及軟件架構(gòu)，特斯拉可實(shí)現(xiàn) 快速的軟件迭代升級(jí)，進(jìn)而建立軟件付費(fèi)模式，進(jìn)一步打開(kāi)盈利空間。由此所帶來(lái) 的鯰魚(yú)效應(yīng)，促使傳統(tǒng)整車(chē)廠加速轉(zhuǎn)型布局車(chē)載軟件領(lǐng)域，軟件定義汽車(chē)時(shí)代正加 速到來(lái)。

（2）軟件才能形成差異化，以軟件驅(qū)動(dòng)創(chuàng)新，邊際開(kāi)發(fā)成本更低

復(fù)盤(pán)智能手機(jī)發(fā)展路徑來(lái)看，隨著屏幕尺寸、攝像頭像素、CPU 性能等硬件競(jìng)爭(zhēng)的 愈演愈烈，智能手機(jī)的硬件體系逐漸固化，各品牌手機(jī)硬件同質(zhì)化嚴(yán)重。由此導(dǎo)致 了手機(jī)平均更換周期延長(zhǎng)（根據(jù) Statista 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球手機(jī)平均替換周期已由 2013 年的 25.6 個(gè)月延長(zhǎng)至 2019 年的 33.2 個(gè)月）。而對(duì)于手機(jī)廠商而言，純粹的硬件產(chǎn)品 收入增速也隨著手機(jī)替換周期延長(zhǎng)、全球手機(jī)滲透率達(dá)到瓶頸等因素逐步放緩。根 據(jù)蘋(píng)果公司年報(bào)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，其近年來(lái) iphone 產(chǎn)品收入增速已顯著下滑。但相比較而 言，以 App Store 為核心的軟件收入近年來(lái)增速持續(xù)保持在 20%以上，并且亦具備更 高的毛利率水平。從長(zhǎng)期來(lái)看，蘋(píng)果軟件收入的背后是強(qiáng)大的 iOS 生態(tài)，根據(jù) 2020 年蘋(píng)果 WWDC（全球開(kāi)發(fā)者大會(huì)）官方數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，蘋(píng)果全球應(yīng)用開(kāi)發(fā)者數(shù)量已經(jīng)超 過(guò) 2300 萬(wàn)人，具備持續(xù)的更新迭代能力?；乜雌?chē)行業(yè)，目前，傳統(tǒng)整車(chē)廠及 Tier1 已紛紛開(kāi)啟智能化轉(zhuǎn)型，主控芯片的算力軍備競(jìng)賽已經(jīng)開(kāi)始，正如智能手機(jī)浪潮伊 始之時(shí)，各個(gè)廠商爭(zhēng)相提升攝像頭、屏幕以及處理器等配置。而當(dāng)硬件配置競(jìng)賽達(dá) 到白熱化階段時(shí)，軟件層面的競(jìng)爭(zhēng)則更能體現(xiàn)差異化競(jìng)爭(zhēng)力。同時(shí)，軟件的邊際開(kāi) 發(fā)成本更低，更易滿(mǎn)足用戶(hù)千人千面的需求，且完善的軟件生態(tài)亦可為整車(chē)廠樹(shù)立 更加牢固的護(hù)城河、打造更為差異化的品牌特征，從而反向推動(dòng)新車(chē)的銷(xiāo)量。根據(jù) McKinsey analysis 數(shù)據(jù)預(yù)計(jì)，2030 年全球車(chē)載軟件市場(chǎng)規(guī)模將有望達(dá)到 500 億美元。

1.2、 為真正落地軟件定義汽車(chē)?yán)砟睿悄芷?chē)軟件架構(gòu)向 SOA 轉(zhuǎn)型升級(jí)

集中化的 E/E 架構(gòu)是實(shí)現(xiàn)軟件定義汽車(chē)的硬件基礎(chǔ)，SOA 架構(gòu)則是實(shí)現(xiàn)軟件定義汽 車(chē)的軟件基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的分布式 E/E 架構(gòu)下，汽車(chē)采用的是“面向信號(hào)”的軟件結(jié)構(gòu)， ECU 之間通過(guò) LIN/CAN 等總線進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。并且，此時(shí) ECU 的信號(hào)收發(fā)關(guān)系 和路由信息是靜態(tài)的（已在 ECU 軟件的編譯階段完成預(yù)設(shè)），如果要新增或升級(jí)某 項(xiàng)功能，除了要修改與該信號(hào)相關(guān)的所有 ECU 軟件外，還需要對(duì)總線的網(wǎng)關(guān)配置、 節(jié)點(diǎn)的數(shù)量等進(jìn)行修改。因此，在傳統(tǒng)的通信及 ECU 軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)中，通訊網(wǎng)絡(luò)關(guān) 注的重點(diǎn)在于各類(lèi)信號(hào)能否準(zhǔn)確、高效的在車(chē)內(nèi)進(jìn)行收發(fā)傳導(dǎo)。而隨著汽車(chē)智能化 升級(jí)需求的快速增長(zhǎng)，傳統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)及軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)中擴(kuò)展性差、升級(jí)和移植成本 高等問(wèn)題逐漸凸顯，例如若想新增某項(xiàng)軟件應(yīng)用或服務(wù)，仍需要從頭建立一個(gè)新的 基礎(chǔ)軟件環(huán)境。因此，為解決以上問(wèn)題，汽車(chē)行業(yè)借鑒 IT 行業(yè)發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，提出 SOA （面向服務(wù)）軟件架構(gòu)。

軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)的理念，其核心思想是將每個(gè)控制器的底層功能以“服務(wù)”的形式進(jìn) 行封裝，一個(gè)服務(wù)即是一個(gè)獨(dú)立可執(zhí)行的軟件組件，并對(duì)其賦予特定的 IP 地址和標(biāo) 準(zhǔn)化的接口以便隨時(shí)調(diào)用，最終通過(guò)對(duì)這些底層功能的自由組合，以實(shí)現(xiàn)某項(xiàng)復(fù)雜 的智能化功能。我們以新增 Model X“跳舞”功能的方式為例，具體說(shuō)明 SOA 軟件 架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)所在：“跳舞”功能的實(shí)現(xiàn)包含音樂(lè)、車(chē)身、前后運(yùn)動(dòng)等多方面，與之對(duì) 應(yīng)的是座艙、車(chē)身、底盤(pán)中的多個(gè)控制器，若在傳統(tǒng)軟件架構(gòu)下實(shí)現(xiàn)該功能，則需 要對(duì)與該功能鏈路上所有相關(guān)的控制器軟件進(jìn)行重新編譯，并通過(guò) LIN/CAN 總線實(shí) 現(xiàn)信號(hào)的傳遞。而在 SOA 軟件架構(gòu)下，我們可將各個(gè)控制器所能貢獻(xiàn)的部分抽象為 一種“服務(wù)”，如“燈光控制服務(wù)”、“語(yǔ)音交互服務(wù)”等，然后僅需要對(duì)“跳舞”APP 進(jìn)行編寫(xiě)，對(duì)以上基礎(chǔ)服務(wù)予以調(diào)用，即可實(shí)現(xiàn)這一功能。

SOA 軟件架構(gòu)下的底層軟件具備接口標(biāo)準(zhǔn)化、相互獨(dú)立、松耦合三大特點(diǎn)。在 SOA 軟件架構(gòu)之下，各個(gè)“服務(wù)”（底層軟件）具有以下三個(gè)特點(diǎn)：

（1）標(biāo)準(zhǔn)化：各個(gè)“服 務(wù)”間具有界定清晰的功能范圍，并且留予標(biāo)準(zhǔn)化的訪問(wèn)接口（由第三方代碼編碼 而成），以便于其他控制器在進(jìn)行功能變更或升級(jí)時(shí)進(jìn)行訂閱。

（2）相互獨(dú)立：每個(gè) 服務(wù)之間相互獨(dú)立且唯一，均屬于汽車(chē)軟件架構(gòu)中的基礎(chǔ)軟件，因此若想升級(jí)或新 增某項(xiàng)功能只需通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的接口進(jìn)行調(diào)用即可。

（3）松耦合：底層軟件獨(dú)立于車(chē) 型、硬件平臺(tái)、操作系統(tǒng)以及編程語(yǔ)言?？梢詫鹘y(tǒng)中間件編程從業(yè)務(wù)邏輯分離， 允許開(kāi)發(fā)人員集中精力編寫(xiě)上層的應(yīng)用算法，而不必將大量的時(shí)間花費(fèi)在更為底層 的技術(shù)實(shí)現(xiàn)上。

總體而言，SOA 架構(gòu)的本質(zhì)是將原本相互分散的 ECU 及其對(duì)應(yīng)的基礎(chǔ)軟件功能模 塊化、標(biāo)準(zhǔn)化，將各個(gè)應(yīng)用區(qū)域相互解耦，重新部署為分層式的軟件架構(gòu)，汽車(chē)可 在不增加或更換硬件的條件下通過(guò)不同的軟件配置為駕駛員提供不同的服務(wù)，從而 實(shí)現(xiàn)千人千面。以上汽零束 SOA 軟件架構(gòu)為例，將實(shí)現(xiàn)“T+0+1+7”的迭代速度， 也即在新的應(yīng)用場(chǎng)景可于“T+0”快速上線；新的輕應(yīng)用可于“T+1”快速上線；新 的 APP 則可在“T+7”時(shí)快速上線。并且基于標(biāo)準(zhǔn)化的服務(wù)接口，開(kāi)發(fā)過(guò)程的參與 者將不再局限于整車(chē)廠，還將包括第三方應(yīng)用廠商甚至個(gè)人開(kāi)發(fā)者，最終旨在構(gòu)建 類(lèi)似于智能手機(jī)上 iOS/安卓的開(kāi)發(fā)平臺(tái)。目前，歐洲主要車(chē)廠，如寶馬、大眾、戴 姆勒等采用 AP AUTOSAR 統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)來(lái)構(gòu)建 SOA 基礎(chǔ)軟件平臺(tái)；而國(guó)內(nèi)車(chē)廠在紛紛 成立軟件中心的同時(shí)亦建立 AUTOSEMO 聯(lián)盟，構(gòu)建國(guó)內(nèi)本地化的軟件開(kāi)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)。

此外，亦有華為、特斯拉基于 Linux 系統(tǒng)自建分層、模塊化基礎(chǔ)軟件平臺(tái)。

2、 短期看系統(tǒng)及功能軟件舉足輕重，長(zhǎng)期看應(yīng)用層價(jià)值更大

在 SOA 軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)理念之下，汽車(chē)軟件架構(gòu)走向分層化、模塊化，使得應(yīng)用層功 能夠在不同車(chē)型、硬件平臺(tái)、操作系統(tǒng)上復(fù)用，并且可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化接口對(duì)應(yīng)用功 能進(jìn)行快速迭代升級(jí)。進(jìn)一步來(lái)看，軟件架構(gòu)按層級(jí)自下而上大致可分為系統(tǒng)軟件 （虛擬機(jī)、系統(tǒng)內(nèi)核、中間件）、功能軟件以及應(yīng)用程序?qū)尤糠?。短期?lái)看，若想 真正在汽車(chē)上落地 SOA 軟件架構(gòu)，虛擬機(jī)技術(shù)、系統(tǒng)內(nèi)核及中間件等系統(tǒng)軟件將至 關(guān)重要；長(zhǎng)期來(lái)看，在 SOA 架構(gòu)構(gòu)建成熟后，豐富的應(yīng)用生態(tài)具備更大的價(jià)值空間。

2.1、 系統(tǒng)軟件：操作系統(tǒng)的基石，支撐上層軟件運(yùn)行的載體

在智能汽車(chē)的嵌入式操作系統(tǒng)中，系統(tǒng)軟件是最為基礎(chǔ)的部分，通常包括系統(tǒng)內(nèi)核、 中間件、虛擬機(jī)三大部分。同時(shí)，通過(guò)系統(tǒng)軟件平臺(tái)集成虛擬機(jī)、系統(tǒng)內(nèi)核、中間件等組件，可為上層功能軟件提供一個(gè)穩(wěn)定、高效、安全的運(yùn)行環(huán)境，以及與硬件 無(wú)關(guān)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)接口。

2.1.1、 虛擬機(jī)：構(gòu)建智能計(jì)算平臺(tái)操作系統(tǒng)的第一步

虛擬機(jī)技術(shù)的引入是實(shí)現(xiàn)軟件定義汽車(chē)的第一步。汽車(chē)從硬件角度來(lái)看，智能汽車(chē) 中無(wú)論是 E/E 架構(gòu)還是主控芯片，都存在顯著的集中化趨勢(shì)，其中 E/E 架構(gòu)由分布 式走向域集中，主控芯片由單一的 CPU 走向包含 AI 單元的 SOC 芯片。而在硬件資 源集中化的背景下，傳統(tǒng)的基于總線和網(wǎng)關(guān)的物理保護(hù)屏障被打破，使得不同安全 等級(jí)的應(yīng)用不得不共享同一個(gè)計(jì)算平臺(tái)。此時(shí)，可保障各類(lèi)應(yīng)用系統(tǒng)具備一定隔離 性的虛擬機(jī)（Hypervisor）技術(shù)，將成為實(shí)現(xiàn)高性能智能駕駛操作系統(tǒng)的關(guān)鍵。舉例 來(lái)看，在座艙域控制器中，由于產(chǎn)品屬性的不同，需要運(yùn)行不同類(lèi)別的操作系統(tǒng)， 比如 QNX 負(fù)責(zé)安全要求等級(jí)較高的儀表、安卓則用于更強(qiáng)調(diào)應(yīng)用生態(tài)的信息娛樂(lè)系 統(tǒng)。通過(guò) Hypervisor 技術(shù)可以將以上不同的操作系統(tǒng)運(yùn)行在同一個(gè)主控芯片之上。 如此以來(lái)，智能汽車(chē)中的硬件資源和軟件資源可以根據(jù)終端產(chǎn)品需求的不同，靈活 的在各類(lèi)操作系統(tǒng)中給予分配，從而更好的發(fā)揮芯片性能、降低硬件成本。

當(dāng)前可提供車(chē)規(guī)級(jí) Hypervisor 技術(shù)的廠商較少，QNX 憑借高安全等級(jí)占據(jù)市場(chǎng)主 導(dǎo)地位。從競(jìng)爭(zhēng)格局來(lái)看，由于車(chē)載虛擬機(jī)技術(shù)要求安全等級(jí)較高（需通過(guò) ASIL D 級(jí)安全認(rèn)證），因此僅少數(shù)的頭部廠商可提供該產(chǎn)品，市場(chǎng)份額高度集中。目前，產(chǎn) 業(yè)內(nèi)主要的虛擬機(jī)技術(shù)包括黑莓的 QNX Hypervisor、瑞薩的 COQOS Hypervisor、英 特爾的ACRN、大陸集團(tuán)的L4RE等。其中，QNX Hypervisor 2.0是全球首款通過(guò) ASIL D 安全認(rèn)證的商用虛擬機(jī)，能夠支持在單一芯片上運(yùn)行 QNX Neutrino、Linux 以及 Android 等多個(gè)操作系統(tǒng)，已廣泛被國(guó)內(nèi)外整車(chē)廠及 Tier1 采用。

2.1.2、 系統(tǒng)內(nèi)核：汽車(chē)軟件架構(gòu)的核心，競(jìng)爭(zhēng)格局高度穩(wěn)定

內(nèi)核是系統(tǒng)軟件中最核心的部分，是軟件架構(gòu)中直接且唯一可對(duì)接硬件資源的部分。操作系統(tǒng)通過(guò)采用輸入輸出語(yǔ)句控制下層硬件，并將硬件控制命令集成于內(nèi)核的庫(kù) 函數(shù)——系統(tǒng)調(diào)用（System Calls），上層應(yīng)用程序通過(guò)訪問(wèn)系統(tǒng)內(nèi)核進(jìn)而調(diào)用硬件資 源。以“駕駛員通過(guò)與車(chē)內(nèi)液晶屏幕交互使得汽車(chē)自動(dòng)打開(kāi)天窗”為例，需要經(jīng)歷 下面的幾個(gè)流程：

（1）通過(guò) HMI（Human Machine Interface，人機(jī)交互）層。將駕駛 員的生理信號(hào)通過(guò)液晶屏幕進(jìn)行壓力觸碰識(shí)別，轉(zhuǎn)換為電輸入信號(hào)。

（2）通過(guò)應(yīng)用 程序?qū)?。由電輸入信?hào)啟動(dòng)與壓力觸碰相對(duì)應(yīng)的應(yīng)用程序。

（3）通過(guò)中間件層。應(yīng) 用程序向下需要首先經(jīng)過(guò)中間件，需要向中間件獲得相應(yīng)的計(jì)算資源和網(wǎng)絡(luò)通信來(lái) 繼續(xù)向下傳遞信號(hào)。

（4）進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)核。當(dāng)信號(hào)傳入內(nèi)核中，內(nèi)核會(huì)根據(jù)輸入信號(hào) 的強(qiáng)弱（即中間層分配的計(jì)算資源和網(wǎng)絡(luò)通信大小）為該應(yīng)用程序規(guī)劃并調(diào)度相應(yīng) 的機(jī)械單元完成目標(biāo)操作。總體來(lái)說(shuō)，內(nèi)核在整個(gè)流程中起到調(diào)度硬件、協(xié)調(diào)實(shí)施 的重要作用。

進(jìn)一步來(lái)看，系統(tǒng)內(nèi)核具備較高的技術(shù)壁壘，QNX 和 Linux 市場(chǎng)份額占據(jù) 90%以 上，競(jìng)爭(zhēng)格局穩(wěn)定。系統(tǒng)內(nèi)核具體可分為微內(nèi)核、宏內(nèi)核及混合內(nèi)核三種：

（1）微 內(nèi)核是系統(tǒng)內(nèi)核的一種精簡(jiǎn)形式。通常而言，系統(tǒng)服務(wù)層和內(nèi)核集成在一起，而微 內(nèi)核將系統(tǒng)服務(wù)層分離出來(lái)，變成可以根據(jù)需求加入的選件，由此可以提供更好的 可擴(kuò)展性和更加有效的應(yīng)用環(huán)境。微內(nèi)核具有代碼量和漏洞少、可擴(kuò)展性高的優(yōu)點(diǎn)， 但內(nèi)核與服務(wù)層間的頻繁通信會(huì)降低系統(tǒng)整體性能。根據(jù)思邁汽車(chē)信息咨詢(xún)公司 2019 年的相關(guān)數(shù)據(jù)，QNX Neutrino 微內(nèi)核在車(chē)控操作系統(tǒng)/車(chē)載操作系統(tǒng)中市占率分 別為 90%/50%以上，截至 2020 年 6 月已搭載于超 1.75 億車(chē)輛，具備壟斷地位。

（2） 宏內(nèi)核同樣管理著用戶(hù)程序和硬件之間的系統(tǒng)資源，但是在宏內(nèi)核架構(gòu)中，用戶(hù)服務(wù)和內(nèi)核服務(wù)在同一空間中實(shí)現(xiàn)。具體而言，內(nèi)核可以代表內(nèi)核進(jìn)程運(yùn)行代碼，即 內(nèi)核進(jìn)程；當(dāng)用戶(hù)進(jìn)程經(jīng)過(guò)系統(tǒng)調(diào)用或者中斷進(jìn)入到內(nèi)核態(tài)時(shí)，內(nèi)核也可以代表它 運(yùn)行代碼。因此，宏內(nèi)核需要管理的資源多于微內(nèi)核，其大小相對(duì)微內(nèi)核更大一些。 性能高的同時(shí)也帶來(lái)了維護(hù)困難的缺點(diǎn)。Linux 和 WinCE 為宏內(nèi)核產(chǎn)品，同時(shí)由于 Linux 開(kāi)源從而更易擴(kuò)展應(yīng)用生態(tài)，因此常用于車(chē)載信息娛樂(lè)系統(tǒng)之中。

（3）混合內(nèi) 核包含了兩個(gè)或兩個(gè)以上的內(nèi)核，是華為等研發(fā)能力較強(qiáng)企業(yè)由宏內(nèi)核向微內(nèi)核發(fā) 展的過(guò)渡方案。2019 年發(fā)布的鴻蒙 OS 1.0 采用了混合內(nèi)核結(jié)構(gòu)，即同時(shí)搭載了 Linux 內(nèi)核、自研的鴻蒙微內(nèi)核和 Lite OS 作為當(dāng)前的技術(shù)過(guò)渡方案。由于系統(tǒng)內(nèi)核開(kāi)發(fā)難 度最大，且安全性要求最高，因此少有廠商涉足該領(lǐng)域，競(jìng)爭(zhēng)格局亦最為穩(wěn)定。根 據(jù) IHS Automotive 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，系統(tǒng)內(nèi)核目前主要以 QNX 和開(kāi)源的 Linux 為主，兩者 合計(jì)市占率已近 90%（包含車(chē)機(jī)和車(chē)控兩類(lèi)）。

2.1.3、 中間件：實(shí)現(xiàn)軟硬件解耦關(guān)鍵環(huán)節(jié)，海內(nèi)外 Tier1 加碼中間件研發(fā)

中間件是一類(lèi)提供系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件之間連接、便于軟件各部件之間溝通的軟件， 應(yīng)用軟件可以借助中間件在不同的技術(shù)架構(gòu)之間共享信息與資源，根據(jù)功能領(lǐng)域的 不同具體可分為通信中間件、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中間件、安全中間件等多種。中間件位于客 戶(hù)機(jī)服務(wù)器的操作系統(tǒng)之上，管理客戶(hù)機(jī)與系統(tǒng)軟件之間的計(jì)算資源和網(wǎng)絡(luò)通信。

通過(guò)對(duì)底層軟件模塊的封裝和接口標(biāo)準(zhǔn)化，可以將硬件功能抽象化并將其通過(guò)標(biāo)準(zhǔn) 化接口提供給上層軟件開(kāi)發(fā)者，實(shí)現(xiàn)軟硬件分離。同時(shí)推動(dòng)跨平臺(tái)開(kāi)發(fā)，減少設(shè)計(jì) 的復(fù)雜性，從而消除了多次重新開(kāi)發(fā)相同軟件的問(wèn)題。目前，應(yīng)用在汽車(chē)領(lǐng)域的中 間件主要包括 AUTOSAR、OSEK、QNX 等，滿(mǎn)足最高等級(jí)的功能安全需求，其中 AUTOSAR 由于其應(yīng)用的廣泛性、方法論的成熟性，擁有最廣泛的開(kāi)發(fā)生態(tài)，且已 有 EB、VECTOR、ETAS、東軟睿馳、華為等多家軟件供應(yīng)商可基于 AUTOSAR 架 構(gòu)提供具有差異化的中間件解決方案。

從 CP AUTOSAR 到 AP AUTOSAR，助力整車(chē)廠構(gòu)建 SOA 軟件架構(gòu)

AUTOSAR 是汽車(chē)行業(yè)內(nèi)最著名的中間件方案，由眾多整車(chē)廠與供應(yīng)商聯(lián)合制定， 其核心在于對(duì)各個(gè)軟件接口進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化定義。2003 年，整車(chē)廠與供應(yīng)商為降低汽車(chē) 電子系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā)成本、同時(shí)更加便捷有效的對(duì)其進(jìn)行管理，共同建立了汽車(chē)開(kāi) 放系統(tǒng)架構(gòu)（AUTOSAR）。AUTOSAR 架構(gòu)中對(duì)各功能模塊進(jìn)行了封裝，并對(duì)模塊 與模塊之間的接口進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，從而實(shí)現(xiàn)了汽車(chē)軟件與硬件的解耦。以經(jīng)典 AUTOSAR 為例，AUTOSAR 平臺(tái)運(yùn)行于微處理器（MCU）之上，并將汽車(chē)的軟件 架構(gòu)抽象為基礎(chǔ)軟件層、運(yùn)行環(huán)境層以及應(yīng)用軟件層三部分：

（1）基礎(chǔ)軟件層（BSW） 包括微控制器抽象層、ECU 抽象層、服務(wù)層、復(fù)雜設(shè)備驅(qū)動(dòng)層四部分，是將硬件“軟 化”的第一步。其主要作用是將各類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)軟件服務(wù)功能封裝起來(lái)供應(yīng)用層 調(diào)用（本身并不參加實(shí)際工作），包括系統(tǒng)服務(wù)、內(nèi)存服務(wù)、通信服務(wù)等。

（2）運(yùn)行 環(huán)境層（RTE）是 AUTOSAR 系統(tǒng)的核心樞紐，其通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的接口（分為標(biāo)準(zhǔn)化 接口、AUTOSAR 接口、標(biāo)準(zhǔn)化的 AUTOSAR 接口三類(lèi)）將上層應(yīng)用軟件與基礎(chǔ)軟 件層進(jìn)行連接，使得應(yīng)用層可以通過(guò) RTE 的接口函數(shù)來(lái)調(diào)用基礎(chǔ)軟件服務(wù)。

（3）應(yīng) 用軟件層則是負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)汽車(chē)中各類(lèi)具體功能。

經(jīng)典 AUTOSAR 是以“面向信號(hào)”軟件架構(gòu)為背景下的產(chǎn)物，當(dāng)軟件架構(gòu)邁向 SOA 時(shí)，AP AUTOSAR 將開(kāi)始被廣泛應(yīng)用。在傳統(tǒng)“面向信號(hào)”的軟件架構(gòu)中，CP AUTOSAR 的引入雖然可以有效解決應(yīng)用程序與底層軟件強(qiáng)耦合的問(wèn)題，降低應(yīng)用 程序的開(kāi)發(fā)成本，但各個(gè) ECU 的信號(hào)收發(fā)關(guān)系和路由信息已在 ECU 軟件的編譯階 段完成預(yù)設(shè)，后期難以大幅修改、批量升級(jí)。因此，在 SOA 軟件架構(gòu)理念下， AUTOSAR 于 2017 年提出 AP AUTOSAR 平臺(tái)，平臺(tái)由根據(jù)服務(wù)和 AP AUTOSAR 基 礎(chǔ)分組的多個(gè)功能棧組成。相比較 CP AUTOSAR，AP AUTOSAR 具備可靈活在線升 級(jí)、硬件資源連接虛擬化（不局限于線束的連接關(guān)系、可通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)連接），支持高 性能計(jì)算等優(yōu)勢(shì)，更適用于功能需求快速迭代的智能駕駛時(shí)代。

龍頭企業(yè)加碼中間件研發(fā)，打造從硬件至基礎(chǔ)軟件的完整解決方案

中間件作為一種基礎(chǔ)軟件，其關(guān)鍵在于能否通過(guò)制定一套可行的架構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)發(fā) 方法論，把汽車(chē)軟件開(kāi)發(fā)人員從大量重復(fù)的研發(fā)工作中解放出來(lái)。因此，產(chǎn)業(yè)鏈對(duì) 其的認(rèn)可程度將決定其能否獲存活，例如 AUTOSAR 標(biāo)準(zhǔn)之所以可以得到廣泛應(yīng)用， 得益于其在全球擁有超過(guò) 284 個(gè)會(huì)員（截至 2020 年 5 月），核心成員包括寶馬、博 世、德國(guó)大陸、戴姆勒等全球龍頭整車(chē)廠及 Tier1。歷史上來(lái)看，經(jīng)典 AUTOSAR 標(biāo) 準(zhǔn)下的開(kāi)發(fā)工具鏈及基礎(chǔ)軟件幾乎被海外 Tier1 所壟斷，包括 EB（Continental 子公 司）、ETAS（Bosch 子公司）、VECTOR 等。而隨著汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型升級(jí)，AP AUTOSAR 逐漸登上歷史舞臺(tái)，各個(gè)傳統(tǒng) Tier1 及科技公司亦相繼發(fā)布新一代中間件 解決方案。例如，2020 年 7 月，博世推出針對(duì)高級(jí)自動(dòng)駕駛應(yīng)用的中間件 Iceoryx， 兼容 ROS2 和 AP AUTOSAR 的接口，滿(mǎn)足不同開(kāi)發(fā)階段的需求。2020 年 12 月，采 埃孚發(fā)布中間件 ZF Middleware，提供可以集成到整車(chē)制造商軟件平臺(tái)的模塊化解決 方案，將于 2024 年搭載在量產(chǎn)車(chē)輛上。國(guó)內(nèi)方面，此前行業(yè)內(nèi)汽車(chē)基礎(chǔ)軟件架構(gòu)標(biāo) 準(zhǔn)及產(chǎn)業(yè)生態(tài)整體較為落后，而在產(chǎn)業(yè)智能化轉(zhuǎn)型升級(jí)的趨勢(shì)下，部分國(guó)內(nèi)廠商緊 抓 AP AUTOSAR 應(yīng)用趨勢(shì)，相繼邁向中間件及其工具鏈的研發(fā)。例如，華為發(fā)布的 智能駕駛域控制器MDC及支持和兼容AP AUTOSAR架構(gòu)，東軟睿馳基于AUTOSAR 標(biāo)準(zhǔn)所定制化開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)軟件 NeuSAR 等?？梢钥吹?，海內(nèi)外 Tier1 在中控儀表、域 控制器、攝像頭等硬件領(lǐng)域相繼進(jìn)行智能化轉(zhuǎn)型升級(jí)的同時(shí)，亦開(kāi)始滲透底層基礎(chǔ) 軟件的開(kāi)發(fā)，從而打造可提供從硬件到基礎(chǔ)軟件完整解決方案的能力，進(jìn)一步助力 降低整車(chē)廠研發(fā)成本，加快新產(chǎn)品落地。

2.2、 功能軟件：將共性需求軟件化、模塊化，助力應(yīng)用程序快速部署

由于智能駕駛涵蓋多種跨行業(yè)技術(shù)，在軟件層面具備較高的復(fù)雜性，單一廠商很難在系統(tǒng)軟件之上完成端到端的設(shè)計(jì)，因此只有實(shí)現(xiàn)功能軟件化、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化， 使得產(chǎn)業(yè)鏈各方力量各抒己長(zhǎng)（例如算法公司專(zhuān)注于感知或規(guī)控等算法、Tier1 亦可 專(zhuān)注自己擅長(zhǎng)的模塊），整車(chē)廠才能根據(jù)功能軟件框架進(jìn)行集成、靈活配置，從而推 動(dòng)智能網(wǎng)聯(lián)產(chǎn)品快速落地。功能軟件目前的整體集成由整車(chē)廠主導(dǎo)，而各個(gè)功能模 塊的研發(fā)由軟件供應(yīng)商與整車(chē)廠合作完成，其中主要包含自動(dòng)駕駛通用框架模塊、 傳感器抽象功能模塊、感知融合功能模塊、預(yù)測(cè)功能模塊、定位功能模塊等。我們 以感知融合功能模塊為例，進(jìn)一步來(lái)說(shuō)明此類(lèi)功能軟件的作用：在日常的車(chē)輛運(yùn)行 過(guò)程中，周?chē)慕煌ōh(huán)境會(huì)因?yàn)樘鞖?、擁堵程度等不可控因素而變得十分?fù)雜，因 此僅靠單一的傳感器難以適應(yīng)全工況、全天候的環(huán)境感知，此時(shí)就需要不同特性的 傳感器相互配合，從而提升感知的性能和可靠性。而感知融合功能模塊便是將各類(lèi) 不同特性的傳感器的測(cè)量結(jié)果（包括車(chē)輛狀態(tài)、車(chē)輛模型等）抽象化后，完成在數(shù) 字世界中對(duì)環(huán)境模型的構(gòu)建，最終輸出至自動(dòng)駕駛預(yù)測(cè)和決策模塊?？傮w而言，功 能軟件對(duì)智能駕駛中的一些共性需求進(jìn)行有效抽象，并將其軟件化、模塊化、標(biāo)準(zhǔn) 化，結(jié)合系統(tǒng)軟件共同構(gòu)建完整的操作系統(tǒng)，并且配合成熟的工具鏈?zhǔn)沟谜?chē)廠可 以快速實(shí)現(xiàn)智能駕駛應(yīng)用功能的部署。

2.3、 應(yīng)用程序：持續(xù)更新迭代，差異化競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)

應(yīng)用程序是基于操作系統(tǒng)之上獨(dú)立開(kāi)發(fā)的軟件程序，亦是各汽車(chē)品牌差異化競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。應(yīng)用算法差異化不僅涵蓋智能座艙（車(chē)載信息娛樂(lè)系統(tǒng) IVI、車(chē)聯(lián)網(wǎng)、人機(jī) 交互、中控系統(tǒng)、ADAS、智能座椅等），也包括智能駕駛（L1~L5 級(jí)智能駕駛等級(jí)） 領(lǐng)域。同時(shí)伴隨著云端軟件復(fù)雜性的提高，車(chē)載網(wǎng)絡(luò)信息安全(檢測(cè)與防衛(wèi)遠(yuǎn)程攻擊) 也將逐步成為未來(lái)應(yīng)用算法的關(guān)注焦點(diǎn)。

2.3.1、 OTA 空中升級(jí)模式普及，云端更新持續(xù)創(chuàng)造價(jià)值

OTA（Over-The-Air Technology，空中下載技術(shù)）指通過(guò)車(chē)端與云端通信升級(jí)車(chē)內(nèi) 系統(tǒng)，是車(chē)企從靜態(tài)出售硬件到動(dòng)態(tài)服務(wù)創(chuàng)收的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型所依賴(lài)的重要技術(shù)，也成 為了車(chē)企差異化競(jìng)爭(zhēng)的重要賽道。OTA 升級(jí)創(chuàng)新了車(chē)企的產(chǎn)銷(xiāo)模式，大大縮短了研 發(fā)和交付周期，車(chē)企可通過(guò)添加軟件補(bǔ)丁和解鎖預(yù)埋硬件功能在智能汽車(chē)全生命周期內(nèi)持續(xù)創(chuàng)造價(jià)值。根據(jù)美國(guó)科技媒體 Electrek 統(tǒng)計(jì)，截至 2019 年特斯拉已通過(guò)出 售 FSD 套件實(shí)現(xiàn)收入超過(guò) 10 億美元。具體來(lái)看，以特斯拉為例，OTA 升級(jí)流程包 括三步：

（1）由軟件供應(yīng)商生成更新包傳輸給云端服務(wù)器。

（2）由車(chē)輛網(wǎng)聯(lián)模塊接 收并下載更新包。

（3）由網(wǎng)關(guān)/OTA Manager 調(diào)用并向車(chē)載 ECU 分配更新包。據(jù)此， 可將 OTA 分類(lèi)為 SOTA（Software-Over-The-Air）和 FOTA（Firmware-Over-The-Air）：

（1）FOTA 可以實(shí)現(xiàn)大多數(shù)核心 ECU 層面的升級(jí)，包括更改電池、電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、 變速箱等控制件以改善續(xù)航能力和加速性能，比如 Model 3 通過(guò) OTA 將百里加速時(shí) 間由 4.6 秒提升為 4.1 秒。FOTA 過(guò)程需要壓縮更新包于待升級(jí)的嵌入式設(shè)備中，同 時(shí)需要借助算法提升更新效率，因而對(duì)底層固件開(kāi)放權(quán)限和差分算法要求較高，目 前僅有特斯拉、蔚來(lái)等少數(shù)車(chē)廠能夠?qū)崿F(xiàn) FOTA。

（2）SOTA 僅實(shí)現(xiàn)應(yīng)用軟件層面的 升級(jí)，大部分車(chē)企已具備 SOTA 技術(shù)。

2.3.2、 云端安全問(wèn)題初現(xiàn)端倪，軟件信息安全領(lǐng)域未來(lái)市場(chǎng)開(kāi)闊

“軟件定義汽車(chē)”不僅體現(xiàn)在開(kāi)發(fā)端代碼量的指數(shù)式增長(zhǎng)，云端軟件復(fù)雜性的提高 還給聯(lián)網(wǎng)車(chē)輛帶來(lái)了許多難以追蹤的新型信息安全風(fēng)險(xiǎn)。在傳統(tǒng)汽車(chē)的 E/E 架構(gòu)下， 程序員通過(guò)在 ECU 中獨(dú)立嵌入預(yù)先設(shè)置好的代碼來(lái)滿(mǎn)足功能需求，而在新一代汽車(chē) 的 SOA 架構(gòu)下，越來(lái)越多的應(yīng)用層接入云端，使得車(chē)載網(wǎng)絡(luò)在以前獨(dú)立的電子領(lǐng)域 （例如信息娛樂(lè)，ADAS 和動(dòng)力總成）之間建立連接。這些連接為通過(guò)汽車(chē)傳播的 新型網(wǎng)絡(luò)攻擊提供了渠道，由于可以利用一個(gè)系統(tǒng)中的軟件漏洞來(lái)提供對(duì)其他系統(tǒng) 的訪問(wèn)，跨車(chē)輛研究不同軟件堆棧的開(kāi)發(fā)人員很少協(xié)調(diào)修復(fù)系統(tǒng)安全漏洞。且由于 軟件功能品類(lèi)繁多，跨模塊的更新很困難，并且潛在“攻擊面”的數(shù)量會(huì)隨著所連 接的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)數(shù)量增加而遞增。根據(jù) Upstream Security 發(fā)布的 2020 年《汽車(chē)網(wǎng) 絡(luò)安全報(bào)告》顯示，自2016年至2020年1月，汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)安全事件的數(shù)量增長(zhǎng)了605%。

具體來(lái)看，在軟件信息安全領(lǐng)域，以騰訊和 360 公司為代表的老牌互聯(lián)網(wǎng)公司憑借 著強(qiáng)大的 IT 網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)優(yōu)勢(shì)，對(duì)以特斯拉為代表的智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)開(kāi)展了大量研究。常用的車(chē)聯(lián)網(wǎng)攻擊程序滲透路徑可歸納為：

（1）接入系統(tǒng)。即通過(guò)車(chē)內(nèi)開(kāi)放式的網(wǎng) 絡(luò)連接端口接入車(chē)載服務(wù)電子系統(tǒng)，進(jìn)而采用傳統(tǒng)分析方法找出應(yīng)用服務(wù)中的安全 漏洞，獲取多個(gè)車(chē)載系統(tǒng)權(quán)限。

（2）避開(kāi)檢測(cè)。由于各自獨(dú)立的 ECU 間通過(guò) CAN 總線相連，獲得 CAN 總線的權(quán)限即代表掌握了車(chē)體控制電子系統(tǒng)的命脈。所以其往 往采用技術(shù)手段繞過(guò)部分 ECU 的固件完整性檢測(cè)機(jī)制，刷新相應(yīng)固件來(lái)獲得向 CAN 總線讀寫(xiě)數(shù)據(jù)的能力。

（3）實(shí)施控制。最終通過(guò)將偽造的數(shù)據(jù)包注入到 CAN 總線， 實(shí)現(xiàn)在駐車(chē)模式或行駛模式下對(duì)汽車(chē)的遠(yuǎn)程無(wú)物理接觸式控制?？傮w來(lái)看，隨著汽 車(chē)智能網(wǎng)聯(lián)化進(jìn)程的加速，軟件功能的問(wèn)題引發(fā)大規(guī)模的產(chǎn)品召回，直接導(dǎo)致客戶(hù) 安全風(fēng)險(xiǎn)增加，對(duì)整車(chē)廠造成生產(chǎn)延期、預(yù)算超支等不良影響。為此，車(chē)載信息安 全行業(yè)需求漸起，軟件信息安全領(lǐng)域的進(jìn)步正為智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)的發(fā)展提供強(qiáng)有力的 支持。

3、 軟件定義汽車(chē)時(shí)代，多方勢(shì)力角逐操作系統(tǒng)

軟件定義汽車(chē)時(shí)代，操作系統(tǒng)將是智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。我們從技術(shù)角度和產(chǎn) 品角度兩個(gè)維度去定義操作系統(tǒng)類(lèi)型。從技術(shù)角度來(lái)看，車(chē)載操作系統(tǒng)可分為實(shí)時(shí) 操作系統(tǒng)和非實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。分別來(lái)看，所謂實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，是指系統(tǒng)接收到輸入 信號(hào)后，能夠在短時(shí)間內(nèi)處理完畢并予以反饋，并且其處理任務(wù)的（最遲）完成時(shí) 間是確定可知的，具備較高的安全性與可靠性。因此實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)往往應(yīng)用于車(chē)控 領(lǐng)域，包含傳統(tǒng)的車(chē)輛動(dòng)力、底盤(pán)、車(chē)身以及新興的自動(dòng)駕駛等。非實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) 則廣泛應(yīng)用于座艙娛樂(lè)等領(lǐng)域，更加注重兼容性與開(kāi)發(fā)生態(tài)。從產(chǎn)品角度來(lái)看，車(chē) 載操作系統(tǒng)可分為面向整車(chē)廠和面向消費(fèi)者的兩類(lèi)。其中，面向整車(chē)廠的操作系統(tǒng) 多被用于二次開(kāi)發(fā)或消費(fèi)者無(wú)法直接交互感知的領(lǐng)域，因此其自身并不具備品牌效 應(yīng)。面向消費(fèi)者的操作系統(tǒng)，以市場(chǎng)產(chǎn)品化為目的和檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，具備一定的品牌溢 價(jià)，大多數(shù)廠商是基于 Linux 內(nèi)核裁剪和配置，然后加上自己設(shè)計(jì)的 UI 而成。整體 來(lái)看，以上兩種對(duì)車(chē)載操作系統(tǒng)的定義相互交叉，面向整車(chē)廠的實(shí)時(shí)性操作系統(tǒng)包 括 QNX、RT-Linux、VxWorks 等；面向整車(chē)廠的非實(shí)時(shí)性操作系統(tǒng)主要為 Android、 AGL 等。面向消費(fèi)者的實(shí)時(shí)性操作系統(tǒng)包括特斯拉 Version、百度 Apollo、華為鴻蒙 OS 等；而面向消費(fèi)者的非實(shí)時(shí)性操作系統(tǒng)則包括小鵬 Xmart.OS、阿里 Ali.OS 等。

3.1、 面向整車(chē)廠的實(shí)時(shí)性操作系統(tǒng)：QNX、RT-Linux 等

3.1.1、 QNX：世界首款通過(guò)車(chē)規(guī)級(jí)安全認(rèn)證的操作系統(tǒng)，核心優(yōu)勢(shì)在于高安全性

QNX 是世界上第一款通過(guò) ISO 26262 ASIL 級(jí)安全認(rèn)證的車(chē)載操作系統(tǒng)，母公司黑莓 所擁有的 80+項(xiàng)安全認(rèn)證和數(shù)千項(xiàng)安全相關(guān)專(zhuān)利將為其安全性持續(xù)賦能。從技術(shù)端來(lái) 看，QNX 采取微核心架構(gòu)，操作系統(tǒng)中的多數(shù)功能均以許多小型 Task 來(lái)執(zhí)行，這樣 的架構(gòu)使得用戶(hù)和開(kāi)發(fā)者可以關(guān)閉不需要的功能而不需要改變操作系統(tǒng)本身。得益 于這種執(zhí)行模式，QNX 系統(tǒng)中的各項(xiàng)功能與應(yīng)用能在不影響互相間穩(wěn)定性的前提下 整合運(yùn)算資源，在高安全性的同時(shí)保障其運(yùn)算效率。從產(chǎn)品端來(lái)看，公司產(chǎn)品覆蓋 基礎(chǔ)系統(tǒng)軟件（QNX Neutrino RTOS、QNX Hypervisor、QNX SDP）、安全認(rèn)證產(chǎn)品 （QNX OS for Safety 等）、安全解決方案（BlackBerry Jarvis、BlackBerry QNX OTA 等）、中間件（聲學(xué)管理、ADAS 等）四大領(lǐng)域。同時(shí)，為確保軟件的安全性，QNX 開(kāi)發(fā)生態(tài)較為封閉，黑莓是 QNX 的唯一開(kāi)發(fā)者，其他廠商在使用時(shí)需支付版權(quán)費(fèi)用。 根據(jù)黑莓公司官網(wǎng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至 2020 年 6 月底，全球已有超過(guò) 1.75 億輛汽車(chē)已搭 載 QNX 系統(tǒng)，車(chē)用市場(chǎng)占有率達(dá) 75%。德?tīng)柛！⒋箨?、電裝等 Tier1 的基礎(chǔ)軟件層 都是在 QNX 系統(tǒng)上搭建的，而其合作伙伴既包括小鵬、威馬等新勢(shì)力車(chē)企，也包括 寶馬、奧迪、保時(shí)捷、大眾、福特、通用等傳統(tǒng) OEM。

3.1.2、 Linux：優(yōu)化后用于 RTOS，核心優(yōu)勢(shì)在于靈活的開(kāi)發(fā)度

Linux 操作系統(tǒng)誕生于 1991 年，由于其完全開(kāi)源的特性，在過(guò)去的三十年中，全球 的軟件工程師都在為 Linux 體系不斷貢獻(xiàn)代碼，讓其更加完善。而高效、靈活的特 性亦使得其被廣泛使用在平板電腦、交換機(jī)、路由器、視頻游戲控制臺(tái)、臺(tái)式計(jì)算 機(jī)、掌機(jī)游戲、大型機(jī)和超級(jí)計(jì)算機(jī)等產(chǎn)品上面。相比較 QNX，Linux 的特點(diǎn)在于 免費(fèi)開(kāi)源，并且給予用戶(hù)更大的靈活性、更多的應(yīng)用場(chǎng)景、更為豐富的軟件庫(kù)選擇。 同時(shí)，可通過(guò)對(duì)內(nèi)核的進(jìn)程調(diào)度、中斷服務(wù)程序等代碼進(jìn)行修改與優(yōu)化，提高系統(tǒng) 的實(shí)時(shí)性能，具體改進(jìn)方案包括直接修改內(nèi)核法（如 Kurt-Linux、Ingo's RT patch 等） 和雙內(nèi)核法（RT-Linux）。目前，許多廠商是基于 Linux 內(nèi)核進(jìn)行裁剪和配置，然后 加上自己設(shè)計(jì)的 UI，作為車(chē)載操作系統(tǒng)。典型的包括特斯拉 Version、華為鴻蒙 OS、 阿里 AliOS 等。此外，德賽西威目前量產(chǎn)的車(chē)載信息娛樂(lè)系統(tǒng)和虛擬儀表的操作系 統(tǒng)大部分也是基于 Linux 平臺(tái)開(kāi)發(fā)的。

3.2、 面向整車(chē)廠的非實(shí)時(shí)性操作系統(tǒng)：AGL、Android

3.2.1、 AGL:基于 Linux 的開(kāi)源車(chē)載操作系統(tǒng)

Linux 基金會(huì)針對(duì)汽車(chē)領(lǐng)域成立 AGL 聯(lián)盟，該系統(tǒng)可提供 70%~80%的現(xiàn)成平臺(tái)。 Linux 基金會(huì)于 2014 年針對(duì)車(chē)載信息娛樂(lè)領(lǐng)域發(fā)布了 AGL（Automotive Grade Linux） 操作系統(tǒng)。與安卓系統(tǒng)類(lèi)似，AGL 的主要優(yōu)勢(shì)之一是它的統(tǒng)一代碼庫(kù)（UCB），它 基于 Tizen 和 GENIVI Alliance 另外兩個(gè)汽車(chē)開(kāi)源項(xiàng)目，從底層開(kāi)始開(kāi)發(fā)，一直到特 定的汽車(chē)應(yīng)用軟件，可提供 70%到 80%的現(xiàn)成平臺(tái)，這使得汽車(chē)制造商和供應(yīng)商能 夠?qū)⑺麄兊馁Y源集中在定制其他的 20-30％，以滿(mǎn)足他們獨(dú)特的客戶(hù)需求。目前，AGL 聯(lián)盟成員已超過(guò) 150 個(gè)，其中 11 個(gè)是汽車(chē)制造商（包括豐田、本田、馬自達(dá)、日產(chǎn)、 大眾等）主要應(yīng)用領(lǐng)域仍集中于信息娛樂(lè)系統(tǒng)。

3.2.2、 Android：兼容性與應(yīng)用生態(tài)優(yōu)勢(shì)顯著

Android 是基于 Linux 內(nèi)核開(kāi)發(fā)的操作系統(tǒng)，被稱(chēng)為“類(lèi) Linux 系統(tǒng)”，在兼容性與 應(yīng)用生態(tài)方面具備較強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力。2014 年，Google 聯(lián)合一些車(chē)企與科技企業(yè)組成 OAA 聯(lián)盟，旨在將 Android 操作系統(tǒng)引入汽車(chē)領(lǐng)域，Android Auto 同年作為該聯(lián)盟第一個(gè) 應(yīng)用成果正式發(fā)布。2019年，Google為抗衡傳統(tǒng)車(chē)載聯(lián)盟推出了Android-Automotive， 目的是獲得新的流量入口，將 Google 在機(jī)器學(xué)習(xí)方面的技術(shù)優(yōu)勢(shì)結(jié)合到汽車(chē)上來(lái)， 形成其在自動(dòng)駕駛方面的主導(dǎo)地位，卡位未來(lái)交通。

Android Auto 是專(zhuān)門(mén)為駕駛環(huán)境而設(shè)計(jì)的安卓版車(chē)機(jī)互聯(lián)方案，可讓用戶(hù)將智能手機(jī)連接到兼容的車(chē)輛上，以便直接在控制臺(tái)上顯示針對(duì)駕駛員進(jìn)行了優(yōu)化的應(yīng)用版本。 目前奧迪、凱迪拉克、沃爾沃等超過(guò) 50 家汽車(chē)制造商宣布支持 Android Auto。

Android Automotive 是一個(gè)支持信息娛樂(lè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的全棧、開(kāi)源、高度可定制的平臺(tái)。 配備該操作系統(tǒng)的車(chē)輛，信息娛樂(lè)系統(tǒng)完全基于 Android 的專(zhuān)用版本構(gòu)建，不需要手 機(jī)的參與，將直接集成至車(chē)輛。與 Android Auto 不同，Android Automotive 可以控制 車(chē)輛的諸多功能，如空調(diào)，暖氣，加熱座椅和音頻功能等，此時(shí)汽車(chē)與智能手機(jī)一 樣，是一個(gè)獨(dú)立的設(shè)備。使用 Google 帳戶(hù)登錄汽車(chē)的操作系統(tǒng)后，可以根據(jù)用戶(hù)自 定義的方式加載應(yīng)用程序和屏幕，為用戶(hù)量身定制駕駛體驗(yàn)。2020 年，通用汽車(chē)宣 布將從 2021 年開(kāi)始搭載 Android Automotive OS。沃爾沃旗下 Polestar 2 是首款通過(guò) Android Automotive 進(jìn)入市場(chǎng)的汽車(chē)，駕駛員可以通過(guò)中央屏幕控制車(chē)輛的所有功能， 還可以訪問(wèn)許多可以增強(qiáng)駕駛體驗(yàn)的應(yīng)用程序。未來(lái)，隨著 Android 大型開(kāi)發(fā)社區(qū)中 汽車(chē)信息娛樂(lè)系統(tǒng)的快速迭代和開(kāi)發(fā)，Android Automotive 在汽車(chē)信息與系統(tǒng)方面的 優(yōu)勢(shì)有望逐步凸顯。

3.3、 面向消費(fèi)者的實(shí)時(shí)性操作系統(tǒng)：百度 Apollo、華為鴻蒙 OS 等

3.3.1、 特斯拉 Version：基于 Linux 內(nèi)核深度定制化改造

特斯拉的操作系統(tǒng) Version 基于 Linux 內(nèi)核深度改造而成。特斯拉系統(tǒng)平臺(tái)采用 Linux4.4 開(kāi)源操作系統(tǒng)，支持 PyTorch 的深度學(xué)習(xí)編程框架，基于 Kafka 開(kāi)源流 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，可支持信息娛樂(lè)系統(tǒng)（IVI）和駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）等。同 時(shí)，Linux 開(kāi)源自由的特點(diǎn)可以讓特斯拉避免受制于操作系統(tǒng)廠商，特斯拉可通過(guò) OTA 快速進(jìn)行問(wèn)題修正與軟件升級(jí)，從而提升用戶(hù)體驗(yàn)。自 2014 年首次在 Model S 上使用 Version 6 以來(lái)， 特斯拉已通過(guò) OTA 技術(shù)對(duì)其操作系統(tǒng)進(jìn)行了多次重大 升級(jí)，涉及自適應(yīng)巡航、自動(dòng)緊急剎車(chē)系統(tǒng)、360°全景視圖、并道輔助等多項(xiàng)功能， 系統(tǒng)版本從 2014 年的 V6.0 已迭代至目前的 V10.0。

3.3.2、 華為鴻蒙 OS：自主研發(fā)鴻蒙微內(nèi)核，多域覆蓋提供全棧式解決方案

華為智能汽車(chē)軟件解決方案包括三個(gè)操作系統(tǒng)+一個(gè)跨域集成軟件框架。

（1）鴻蒙座 艙操作系統(tǒng) HOS：華為針對(duì)汽車(chē)座艙的使用場(chǎng)景、上層應(yīng)用軟件和底層硬件對(duì)接的 需求，進(jìn)行了定制化開(kāi)發(fā)，打造了鴻蒙座艙操作系統(tǒng) HOS。整體來(lái)看，鴻蒙座艙操 作系統(tǒng) HOS 采用雙內(nèi)核方案，針對(duì)于安全功能等級(jí)較高的儀表領(lǐng)域采用鴻蒙微內(nèi)核 （具備實(shí)時(shí)性）；而在對(duì)軟件生態(tài)要求較高的 IVI 領(lǐng)域，則采用基于 Linux 改造的宏 內(nèi)核。此外，在功能軟件層面，華為基于語(yǔ)音交互、視覺(jué)、聲音分區(qū)、音箱音響、 觸控共五大核心功能開(kāi)發(fā)了融合感知模塊，并通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的 API 開(kāi)放給主機(jī)廠、Tier1 等，使其可以進(jìn)行定制化開(kāi)發(fā)，共同構(gòu)建應(yīng)用生態(tài)。

（2）智能駕駛操作系統(tǒng) AOS： 針對(duì)智能駕駛打造的實(shí)時(shí)操作，目前已通過(guò) ASIL-D 等安全認(rèn)證，成為業(yè)界首個(gè)獲得 Security & Safety 雙高認(rèn)證的商用 OS 內(nèi)核。

（3）智能車(chē)控操作系統(tǒng) VOS：該系統(tǒng)原 生支持異構(gòu)多核，模型化工具鏈，兼容 AUTOSAR?？梢允沟迷瓉?lái)多 ECU 的集中開(kāi) 發(fā)變得簡(jiǎn)單高效。同時(shí)，該系統(tǒng)相比于現(xiàn)有的車(chē)控系統(tǒng)將更加開(kāi)放，不僅支持華為 自己的微處理器芯片，而且會(huì)支持世界范圍內(nèi)包括恩智浦、英飛凌在內(nèi)的眾多芯片。

（4）華為 Vehicle Stack：是面向服務(wù)（SOA）的跨域集成軟件框架，相當(dāng)于歐洲傳 統(tǒng)車(chē)企聯(lián)盟所創(chuàng)造的 AUTOSAR。在此軟件架構(gòu)之下，可以各個(gè)操作系統(tǒng)之間互聯(lián) 互通，使能整車(chē)特性快速開(kāi)發(fā)、驗(yàn)證、部署，同時(shí)還支持豐富的自動(dòng)化工具鏈，車(chē) 型開(kāi)發(fā)周期可縮短 6－8 個(gè)月。

3.3.3、 百度 Apollo：基于 ROS 深度定制內(nèi)核，打造開(kāi)源的自動(dòng)駕駛軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)

2017 年，百度發(fā)布“阿波羅計(jì)劃”及 Apollo 1.0，定位為自動(dòng)駕駛軟件的開(kāi)源平臺(tái)。該 平臺(tái)結(jié)合多種開(kāi)發(fā)工具，包括數(shù)據(jù)、API 和開(kāi)源代碼等，開(kāi)發(fā)者可以免費(fèi)使用這些 工具將自動(dòng)駕駛產(chǎn)品推向市場(chǎng)。2018 年 7 月，在百度 AI 開(kāi)發(fā)者大會(huì)上，百度發(fā)布 Apollo3.0 及小度車(chē)載 OS，并首次發(fā)布了車(chē)載語(yǔ)義開(kāi)放平臺(tái)。2019 年 12 月，在首屆 百度 Apollo 生態(tài)大會(huì)上，百度推出了 Apollo 5.5 版本，同時(shí)支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)城市自動(dòng)駕 駛，并將自動(dòng)駕駛平臺(tái)擴(kuò)展為自動(dòng)駕駛、車(chē)路協(xié)同、智能車(chē)聯(lián)三大開(kāi)源平臺(tái)。2020 年，百度發(fā)布 Apollo 6.0 邁向無(wú)人駕駛領(lǐng)域。其中，Apollo 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是 Ubuntu Linux 操作系統(tǒng)與 Apollo 內(nèi)核相結(jié)合的成果。其中，ubuntu 是業(yè)內(nèi)頂級(jí) Linux 發(fā)行版 之一，也是流行的云操作系統(tǒng)；Apollo 內(nèi)核是基于 ROS 進(jìn)行改進(jìn)而成。原始的 Ubuntu 系統(tǒng)并非實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，通過(guò)加入 Apollo 自主設(shè)計(jì)的內(nèi)核，使其成為實(shí)時(shí)性操作系 統(tǒng)。類(lèi)似于谷歌在移動(dòng)領(lǐng)域中推出的 Android 開(kāi)源項(xiàng)目，整個(gè) Apollo 平臺(tái)旨在車(chē)載 領(lǐng)域中為第三方提供更為便捷的開(kāi)發(fā)環(huán)境。2021 年 1 月 11 日，百度宣布組建智能汽 車(chē)公司，以整車(chē)制造商的身份與吉利汽車(chē)戰(zhàn)略合作，正式進(jìn)軍汽車(chē)行業(yè)。

3.4、 面向消費(fèi)者的非實(shí)時(shí)性操作系統(tǒng)：騰訊 TAI、阿里 AliOS 等

3.4.1、 騰訊 TAI：豐富的應(yīng)用生態(tài)，提供 300 萬(wàn)量級(jí)服務(wù)應(yīng)用擴(kuò)展空間

2017 年 11 月，騰訊在全球合作伙伴大會(huì)推出騰訊車(chē)聯(lián) AI in Car 系統(tǒng)，一年后，AI in Car升級(jí)為騰訊車(chē)聯(lián)TAI汽車(chē)智能系統(tǒng)。2020年6月，騰訊車(chē)聯(lián)推出全新TAI3.0TAI3.0 包含兩大車(chē)載 APP——騰訊隨行、騰訊愛(ài)趣聽(tīng)，以及一個(gè)云端輕量化的生態(tài)開(kāi)放平 臺(tái)“騰訊小場(chǎng)景”，能為車(chē)上生態(tài)帶來(lái) 300 萬(wàn)量級(jí)服務(wù)應(yīng)用擴(kuò)展空間。同時(shí)，TAI3.0 刷新了行業(yè)上車(chē)速度，對(duì)于通過(guò)系統(tǒng)和硬件依賴(lài)性評(píng)估的車(chē)輛，最短能在 2 個(gè)月內(nèi) 實(shí)現(xiàn)快速上車(chē)，能自適應(yīng) Android、Linux 等不同車(chē)機(jī)系統(tǒng)以及差異化的硬件平臺(tái)， 擁有一整套自動(dòng)化上車(chē)工具鏈和標(biāo)準(zhǔn)化上車(chē)流程。目前，騰訊車(chē)聯(lián) TAI 已與寶馬、 長(zhǎng)安、廣汽、東風(fēng)等 29 家主流車(chē)企展開(kāi)合作，有 110 多款主流車(chē)型已經(jīng)或即將落地。

3.4.2、 阿里 AliOS：一站式 IoT 解決方案，構(gòu)建云端一體化生態(tài)

AliOS 是阿里巴巴集團(tuán)推出的移動(dòng)操作系統(tǒng)，可應(yīng)用于智聯(lián)網(wǎng)汽車(chē)、智能家居、手機(jī)、 Pad 等智能終端，目標(biāo)為行業(yè)提供一站式 IoT 解決方案，構(gòu)建 IoT 云端一體化生態(tài)， 使物聯(lián)網(wǎng)終端更加智能。AliOS 于 2014 開(kāi)始進(jìn)軍車(chē)載方向，基于 Linux 內(nèi)核而研發(fā)， 采用阿里云虛擬機(jī)技術(shù)，目前主要應(yīng)用于智能座艙領(lǐng)域。2016 年，AliOS 在榮威 RX5 中實(shí)現(xiàn)了汽車(chē)操作系統(tǒng)的商用，并率先提出“去 APP 化”的應(yīng)用模式：AliOS 采用 “場(chǎng)景地圖桌面+無(wú)縫連貫服務(wù)體驗(yàn)”的架構(gòu)和生態(tài)，相比較 PC 端中 Windows“桌 面+文件”實(shí)現(xiàn)的“人找內(nèi)容”，移動(dòng)端中 Android 與 iOS 的“桌面+APP”架構(gòu)實(shí)現(xiàn) 的“人找應(yīng)用”，AliOS 則實(shí)現(xiàn)了“服務(wù)找人”的模式。例如，當(dāng)車(chē)主的常規(guī)線路發(fā) 生擁堵時(shí)，系統(tǒng)會(huì)給車(chē)主發(fā)送一條信息，推薦最佳導(dǎo)航路線；若車(chē)主告知汽車(chē)要去 電影院看電影，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)規(guī)劃去電影院的路線以及看電影之前的就餐地點(diǎn)、停車(chē) 場(chǎng)。2016 年 7 月開(kāi)始，與上汽合作陸續(xù)推出搭載 AliOS 系統(tǒng)的榮威 RX5、榮威 eRX5、 榮威 ERX5、榮威 i6、榮威 ei6、榮威 950、榮威 RX3，名爵 ZS、名爵 3、名爵 6、 名爵 GS，大通 D90 等 10 余款車(chē)型 2017 年 10 月與神龍汽車(chē)合作，2018 年?yáng)|風(fēng)雪鐵 龍品牌推出搭載 AliOS 的智聯(lián)網(wǎng)汽車(chē)，2019 年 3 月與斯柯達(dá)合作，明銳等多款車(chē)型 搭載斑馬智行，2019 年 12 月與中國(guó)一汽戰(zhàn)略合作。

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