我國智能網聯汽車操作系統發展的實施策略

趙世佳，徐 可，宋 娟，王 偉

（1.工業和信息化部裝備工業發展中心，北京 100846；2.中國軟件評測中心，北京 100048）

未來，智能網聯汽車將可以有效地保障交通安全，車內的智能座艙系統還能夠為駕乘人員帶來非凡的體驗樂趣。當前，承載著多技術融合的智能網聯汽車已成技術變革的戰略制高點［1-3］。波士頓咨詢公司預測，智能網聯汽車將迎來持續20 年的高速發展時期，到2035 年半自動駕駛、自動駕駛汽車將占據全球25%左右的新車市場，產業規模預計可超過770 億美元［4］。

美國、德國和日本等全球主要發達國家和地區都將智能網聯汽車視為重要戰略方向，加快推動產業發展進程，尤其重視自動駕駛汽車的立法或法律豁免，有效保障了自動駕駛汽車的研發創新和測試試驗。我國將智能網聯汽車作為產業轉型升級的重要載體和抓手，同時也是汽車強國建設的重要突破口［5］。2019 年6 月，工業和信息化部正式批復組建國家智能網聯汽車創新中心，未來有望在共性技術研發、創新成果工程化等方面發揮更大的作用。

在電動化、智能化、網聯化和共享化“新四化”的發展趨勢下，智能網聯汽車正快速成為繼個人電腦、智能手機后的大型智能互聯移動終端［6］。

總體來看，發展智能網聯汽車操作系統不僅對提高我國在汽車產業的話語權和主控權至關重要，而且對我國的產業安全、國家安全而言，都有深遠意義。

1 智能網聯汽車操作系統的內涵及趨勢

1.1 智能網聯汽車操作系統內涵

智能網聯汽車操作系統是管理和控制汽車硬件與軟件資源的程序系統，其功能是管理系統的硬件、軟件和數據資源，控制運行程序、網絡通訊和安全機制以及為用戶提供界面交互等。智能網聯汽車操作系統是軟硬件以及用戶的接口，其中，底層操作系統具有實時操作系統內核的一些必要功能，中間件和應用平臺分層可以靈活地支持更多的業務，同時可以使應用開發逐步獨立于底層系統，為不同載體間遷移應用提供了便利，如圖1 所示［7］。

圖1 智能網聯汽車操作系統架構

根據安全性、實時性和性能等要求不同，智能網聯汽車操作系統可以分為自動駕駛操作系統和智能座艙操作系統。兩個操作系統的特性不同，自動駕駛操作系統是控制車輛的“大腦”，并實現各關鍵執行機構的協同工作。一方面，在傳統的分布式電子電氣架構下，幾乎每個不同的子功能通過單個電控單元（electronic control unit,ECU）來實現，如發動機控制、ABS 和車窗控制等。隨著車用電子模塊越來越多，傳輸的數據量越來越大，系統復雜性不斷增加，主流車型的ECU 數量達幾十個甚至上百個，分布式電氣電子架構已經越來越難滿足性能和安全的需求。另一方面，面向自動駕駛功能，車輛通過攝像頭、雷達等傳感器以及通訊設備獲取大量的數據，操作系統需要對海量數據進行處理，并且滿足高可靠性、高安全性和低延時等要求，因此，自動駕駛操作系統應運而生［8］。智能座艙操作系統主要負責實現儀表盤顯示、娛樂、導航和互聯網服務等功能，具有任務關鍵、功能豐富的特征。綜上所述，自動駕駛操作系統以駕駛為核心，是多種行業（車輛、復雜嵌入式系統、人工智能和控制等）的技術創新和深度集成，可靠性和安全性等要求極高，智能座艙操作系統側重點在信息娛樂及用戶界面，如表1 所示。

表1 智能網聯汽車操作系統分類及比較

1.2 智能化、網聯化對操作系統提出更高的要求

智能網聯汽車操作系統需要具備極強的處理能力、信息安全管控能力等［9-10］。為此，在分布式汽車電子電器架構的基礎上，汽車零部件巨頭博世、大陸等提出了域控制器（domain control unit,DCU）架構，利用性能更優的多核CPU/GPU 芯片控制每個域［11］，如圖2 所示。AUTOSAR 對操作系統提出了標準接口和規范，Classic AUTOSAR 使用中間件（RTE）將ECU 級的應用軟件與基礎軟件及硬件分離，提高系統的靈活性，增加軟件的復用性，縮短開發周期，降低開發成本，但是造成了系統消耗運算資源較多，降低系統的性能。在Classic AUTOSAR的基礎上，針對大型MCU，面向L4 級與L5 級市場，AUTOSAR 推出了AUTOSAR Adaptive 版本［12］。同時，操作系統中涉及的汽車電子安全件和非安全件的融合成為發展趨勢，虛擬化是重要的支持手段，基于虛擬化可以提供同時運行兩個獨立操作系統的環境。目前，東軟與一汽、奇瑞等正積極開發基于虛擬化的智能網聯汽車操作系統。

圖2 電子電器架構演進趨勢［11］

2 國際巨頭搶先布局操作系統

近年來，操作系統受到國際科技公司的高度關注，各大供應商面向汽車企業推出各具特色的操作系統，如表2 所示。

表2 全球主要操作系統應用及特點

2.1 Windows CE：最先推出，客戶流失

結合在電腦操作系統領域的優勢，1995 年，微軟基于嵌入式底層操作系統Windows CE 率先推出Windows Auto 項目，對于算力和性能還要求不高的情況下，Windows CE 具有穩定性好、可塑性強和拓展性好的特性。福特、日產等基于Windows Embedded Automotive 7 開發了操作系統。但是，隨著汽車與信息技術的深度融合，基于Windows CE 的操作系統無法實時聯網、交互落后、功能單一，微軟原有的客戶已經開始重新選擇底層操作系統，如福特與QNX 合作，起亞與谷歌合作等［13］。

2.2 QNX：應用廣泛，注重安全

QNX 是黑莓Technology Solutions 的核心業務，寶馬、奧迪和奔馳等全球多種車型基于QNX 打造操作系統，其主要特點安全性高、低延時，是全球第一個符合ISO26262 ASIL D 的實時操作系統，并通過了美國軍方EAL4+認證，QNX 已經成為全球汽車領域最大的操作系統供應商。為了在自動駕駛時代繼續保持全球領先優勢，黑莓推出專門針對自動駕駛操作系統QNX Hypervisor，通過虛擬化技術可以實現多個操作系統共享基礎硬件，進而保證車輛的功能安全和信息安全。

2.3 Linux：系統開源，構建生態

Linux 系統性能穩定、易于裁剪、方便定制，最大的特點是開源，便于企業開發定制化操作系統［14-15］。目前，Linux 系統全球市場份額20%左右，GENIVI 聯盟和Linux 基金會是Linux 系統兩大推廣主力。GENIVI 聯盟是非營利性質的行業聯盟，由德爾福、寶馬和英特爾等全球170 余家企業共同發起成立，基于GENIVI 平臺的基礎，聯盟成員可以實現個性化定制，打造具有特色的人機交互界面。Linux 基金會致力于在IVI（In-Vehicle Infotainment）方面推出Automotive Grade Linux（AGL）免費開源操作系統，豐田基于AGL 3.0 設計了IVI 操作系統。相比而言，日本AGL 社區比較成熟，已經形成了操作系統的產業生態。

2.4 風河：技術成熟、成本較高

在智能網聯汽車操作系統領域，風河主要承擔底層操作系統和中間件的開發工作。在風河汽車板塊三大主營業務中，Helix Drive 是Automotive Profile for Vxworks 的汽車版本并且兼容AUTOSAR，主要為自動駕駛操作系統提供基礎支撐，汽車企業基于Helix Drive 開發面向自動駕駛的各項應用，由于風河產品的授權和開發定制成本較高，市場份額有限。

2.5 Android：手機客戶群體龐大，強勢推出車規版

Android 是一種開源的操作系統，沒有授權費用，其中雷諾R-Link 系統，雪鐵龍DS Connect 系統等都是基于Android 系統進行的開發。2014 年，谷歌推出Android Auto 系統支持將Android 手機上內容映射到車載屏幕上，目前已應用于全球300 余款不同車型。為了化解車內操作系統的制約，提升Android Auto 系統的性能，谷歌打造了全新Android Automotive OS。沃爾沃、FCA 等宣布與谷歌合作開發基于Android Automotive OS 的智能座艙操作系統。我國目前包括吉利、比亞迪等智能座艙操作系統都是基于Android 系統進行定制開發。

與此同時，國外整車和零部件企業巨頭也加快布局操作系統。近年來，為了把握軟件定義汽車的發展機遇，大眾計劃將軟件人員逐步從10%提高至60%，2019 年6 月，大眾提出大力研發vw.OS 操作系統，未來，大眾旗下所有車型都將搭載vw.OS。

3 我國智能網聯汽車操作系統的現狀

3.1 ICT 企業積極布局，著重強化應用服務能力

我國ICT 企業加快布局智能網聯汽車領域，華為、中興、百度、阿里和騰訊等已經進入智能聯網汽車操作系統領域，依托軟件開發優勢著力打造操作系統。

中興對標VxWorks 研發了安全可控的嵌入式操作系統，針對不同應用場景、功能和性能要求，可提供宏內核嵌入式操作系統和微內核嵌入式操作系統。面向智能網聯汽車，從2015 年開始研發基于實時性微內核的自動駕駛操作系統，針對功能安全和信息安全進行了有效的布局，仍需一段時間進行開發和測試。

阿里發揮在人工智能、云計算和大數據等領域的優勢，構建了專門針對汽車的底層操作系統AliOS，無論是從底層的交互模式、安全設計，還是功能等都更加適合智能網聯汽車。阿里與上汽集團的合資公司斑馬網絡，基于AliOS 并結合我國智能網聯汽車實際場景開發的智能座艙操作系統，可以實現智能駕駛、語音交互、車輛實時狀態查詢等功能。搭載AliOS 的榮威、名爵等多款車型已上市。在商用車領域，斑馬網絡與神龍汽車合作研發，實現了操作系統在國產商用車領域的成功搭載，首款車型為搭載斑馬智行2.0 的東風雪鐵龍。

百度持續加大操作系統的研發，先后推出Car Life 和Duer OS 操作系統。Duer OS 是一款開放式的操作系統，強調通過自然語言進行語音對話的交互方式，同時借助云端度秘大腦，可不斷學習進化，變得更智能。DuerOS 通過洞察消費者需求，正在與合作伙伴不斷拓展商業使用場景，共同為用戶提供全方面的車內服務，如疲勞監測、刷臉支付和AR導航等。

3.2 操作系統發展滯后，產業鏈仍待有效建立

智能網聯汽車操作系統的發展不是孤立的，需要軟硬件之間有效的協同研發。我國在操作系統領域的研發起步較晚，目前來看對于軟硬件的積累也比較薄弱。

一是我國智能網聯汽車操作系統仍需給予高度重視。操作系統對于掌握智能網聯汽車的話語權至關重要，電腦的主流操作系統是Windows 和Linux，智能手機的主流操作系統iOS 和Android，在這兩大領域，我國都沒有形成安全可控的操作系統。操作系統作為智能網聯汽車大腦的主要構成，亟需從國家層面加大對智能網聯汽車操作系統的重視程度。

二是操作系統的關鍵核心技術受制于人。無論是傳統電腦端操作系統還是智能手機移動終端操作系統，關鍵核心技術被國外科技巨頭企業掌控，如微軟、黑莓、谷歌等，不僅具有強大的控制力，還設置了較高的壁壘。尤其是自動駕駛操作系統領域，Classic 平臺已經成熟，我國剛剛起步，與國外仍有較大有距，Adaptive 平臺標準剛剛推出，我國仍有待突破。同時，操作系統開發所需的開發工具、程序庫等主要掌控在國外機構。

三是我國操作系統相關的測試標準、方法、設施缺乏系統性和完整性。自動駕駛操作系統方面，我國目前尚沒有統一的標準，應用軟件的接口協議不規范，這也在一定程度上制約了我國自動駕駛操作系統的發展。在智能座艙操作系統方面，國際上還沒有出臺標準，我國如能在這一領域加快推動標準出臺，憑借龐大的汽車市場優勢，有望引領國際標準。同時，針對操作系統的測試評價以及相關的信息安全問題，我國還缺乏相關的評價標準和法律保障［16］。

四是我國操作系統的產業鏈亟待完善，生態圈未能有效建立。從產業發展規律來看，產業集聚將加速資金、人才等要素資源的集聚，此外，從操作系統的產業鏈發展來看，產業鏈前端進展緩慢，后端發展相對較快，即操作系統開發企業數量少，并且基于國外操作系統提供應用解決方案較多，但是基于國產操作系統的應用仍較少。

4 我國智能網聯汽車操作系統發展的實施策略

4.1 做好安全可控操作系統頂層設計

智能網聯汽車操作系統的布局攸關智能網聯汽車核心關鍵技術能否實現創新突破，更關系到未來汽車產業安全可控。當前，智能網聯汽車操作系統尚未形成主導模式，我國亟需把握這一重大窗口機遇期，做好頂層設計，加強對操作系統的聯合攻關。通過核高基等專項加大技術攻關投入，組織國內外優勢資源實施聯合攻關，形成專項工作組，充分利用國家智能網聯汽車創新中心平臺，統籌謀劃我國操作系統的開發、測試和推廣等工作，全面實現安全可控。

4.2 促進操作系統技術研發和產業化

首先，利用我國對外開放的發展契機，提高我國智能網聯汽車操作系統的開源認識，鼓勵軟硬件企業、集成商等相關企業、科研院所共同研發合作，以合作促發展，充分整合全球創新資源，共同推進操作系統參考架構、安全標準等研制工作，通過建設開源社區，構建操作系統基礎資源共享環境［17-18］。其次，圍繞操作系統的應用領域，加快完善操作系統產業鏈，通過設立專項資金、產業發展基金等方式，鼓勵企業加快研發和產業化，提升市場份額，引導相關的系統開發商、軟件開發商和使用者等共建生態圈。最后，開展智能網聯汽車與云計算、大數據技術的應用結合，前瞻布局相關技術，開展在云計算環境下的操作系統的研發。

4.3 著力加強我國操作系統應用推廣

應加快制定我國智能網聯汽車操作系統應用的系統化的推進計劃，實現中國品牌汽車自動駕駛和智能座艙操作系統裝車應用。鼓勵企業創新商業模式，加快操作系統的市場推廣應用。鼓勵智能網聯汽車測試過程中搭載中國品牌操作系統，我國目前已經形成北京、上海、武漢和長春等多個智能網聯汽車測試區，各地積極開展智能網聯汽車的測試工作，地方政府應鼓勵測試企業采用搭載國內操作系統的智能網聯汽車開展測試工作。

4.4 建立操作系統的標準和測試機制

推動制定有利于智能網聯汽車操作系統創新的標準法規，支持龍頭企業和研究機構深度參與國際標準、行業標準制定，提高話語權。一方面，制定我國操作系統架構、協議、測試和安全等通用標準，建立自動駕駛核心算法開發規范及標準，制定軟件故障診斷、安全管理等服務標準，總體上實現中國標準、安全可控和開放兼容。同時，組織企業、行業機構等單位加快建立智能座艙操作系統接口標準、功能標準、安全標準和通訊標準等標準規范制定。推動云控、車輛電子電器等新一代架構和技術的中國標準和規范。另一方面，構建國家操作系統測試認證服務平臺，針對關鍵性能、OTA 升級等提供合規性檢測和系統安全測評服務。

4.5 提升我國操作系統信息安全水平

在注重功能安全的同時，隨著未來信息安全風險逐步加大，在操作系統研發、測試和使用中同步重視信息安全水平提升。一是加強對國產操作系統信息安全關鍵技術的創新和研發，從軟硬件、程序算法、應用框架等層面，加強對信息安全漏洞的深入分析和研究，不斷提高產品的信息安全防護能力。二是加強對操作系統信息安全的測試評價，充分利用行業的第三方測試評價機構，搭建操作系統信息安全測試平臺，開展安全監測與防護工作。

5 結束語

隨著汽車產業與電子、通信、大數據和云計算等技術融合，全球智能網聯汽車進展迅速，繼電腦、智能手機之后，智能網聯汽車已經成為大型智能移動互聯終端，操作系統逐步成為企業競爭的核心。從全球來看，微軟、黑莓、風河和谷歌等科技企業巨頭已搶先布局操作系統領域。我國已將智能網聯汽車作為汽車產業發展的突破口，未來應做好安全可控操作系統頂層設計，促進操作系統技術研發和產業化，著力加強國產操作系統應用推廣，建立操作系統的標準和測試機制，全面提升我國操作系統信息安全水平，為智能網聯汽車產業健康可持續發展以及汽車強國建設提供重要支撐。