面向智能網聯汽車的混合操作系統設計與實現

韓博硯

（無錫汽車工程高等職業技術學校，江蘇 無錫 214000）

引言

智能網聯汽車被許多行業認為是汽車行業最新的一場革命，許多汽車行業的龍頭企業都紛紛開始加入對于其的研究，此外還有一些比較大的企業也開始有所涉足。近兩年來，隨著人工智能技術的不斷提高，無人駕駛技術的智能網聯汽車也逐步開始應用到現實的生活當中，并且成為了當下最為熱門的話題之一。智能網聯汽車就是要無線趨近于自動化操作，以此來盡量避免任何事故的發生。為了實現這一目的，汽車的電子系統是最為重要的部分，為了可以提升整體的安全性能，就必須通過實施控制來使得發動機、汽車底盤等一系列系統進行統一的規劃。但目前的分離式系統架構已經逐漸顯露出很大的問題，需要通過新型的混合操作系統來應對逐漸多樣化的需求。

1 混合操作系統概述

混合操作系統的本質是通過一種平臺的結構來支撐的，而要使這個平臺具體運用，就需要采取一種分成層的設計，并且在具體運營過程當中，通過不同級別的抽象來表達整體任務的統一。因此這一整套設計平臺和計算方式的效果，就應該體現在能夠完成系統賦予的全部任務，并且以計算結構來與汽車上其他設備進行聯動，以此來對車輛實現操縱。為了更好地對其進行開發和部署，同時也為了可以使其進行動態的遷移，在開發的過程當中，應該包括部署、調試、測試工具等等不同的步驟。

2 混合操作系統核心體系結構設計

2.1 HCI-System設計

需要對于其最為底層的部分進行設計，其中使用最多的就是多核SoC。它的具體功能是為了平臺的需要，為整個系統提供一定量的儲存空間，并以此來構建盡可能大的儲存系統。此外還需要通過以太網接口來對于其他網絡進行組成，共同形成混合操作系統。尤其是需要用到USB接口的設備，以及需要用HDMI接口來連接一些圖像顯示界面。并且在對于4G接口方面，混合操作系統應該能與外網進行連接，并且對車輛實施導航、遠程更新等等各種硬件的基礎功能。這樣就可以提供最為穩定且資源豐富的第三方平臺，適用于多媒體的平臺使用。

2.2 RTC-System設計

在對最底層進行設計的時候，需要考慮到其在底層的硬件平臺當中所運用到的計算量并不大，因此基本上可以采取單核的SoC就可以完全勝任。而這個部分從硬件上并且可以支持CAN、LIN等等傳統設備。而且它還可以與車輛當中的其他設備相互協作，這樣就會使得混合操作系統可以在邏輯上面與其他設備進行聯合，并且在這個基礎上對車輛實行操控。不僅如此，它在車輛系統中屬于相對獨立的部分，所以可以對不同信息進行轉換。這樣當系統有很多任務需要處理時，它就可以對其他一些系統在實行自身功能的同時，也能十分高效地進行運作，并且通過虛擬總線來進行獲取。

3 混合操作系統的任務設計

3.1 系統管理

當混合操作系統通過局域網的廣播來對每一個物體進行探索的時候，在它成功之后就需要對系統進行進一步的管理。如果系統真實存在，那么就需要通過系統來獲得類似文件的請求，這樣就可以相應的保存在系統上的描述文件，最終交給處理中心。其核心的內容包括以下幾個方面：

第一，系統版本。由于系統的不同版本對應著不同的數據庫，所以選擇對于文件的管理中，需要設置最低的系統版本；第二，系統組成。這一部分是系統核心成分之一，其系統上面應該存在著相關的信息，其中就包括整個平臺計算能力，以及對于硬件的要求等等；第三，系統的VFB設備編號。 VFB內容需要對于整個系統的各個接口來進行抽象連接，通過編號來對它們進行一定的區分，這樣就可以使得不同的軟件組成有所區別，并且編號會因為硬件發生一定的變化而進行調整。所以系統在對文件進行掃描的時候，就應該對其進行編號。

3.2 系統工程

3.2.1 組成

雖然很多混合操作系統只同時擁有一個工程，但這個工程其實可以完成多個任務。所以在任務分配的時候，可以通過工程編譯、配置文件等進行實現。

3.2.2 工程配置文件

對于工程來講，其中每一個都包含著一個配置文件，里面存在著其較為核心的一部分信息，其中最重要的有以下幾點：第一，混合操作系統最低版本要求，每當出現版本的升級，就會多出不少的新功能，但其本質仍然需要通過規定最低版本號來實現整體功能的統一；第二，任務列表。工程在運行的時候往往會包含多個任務，這就需要對與每個對應文件都要進行核查，對于任務的一些屬性，如規則、型號等，進行詳細地展示，這樣才可以將其放在對應的文件之中；第三，是不是可部署工程。當工程出現非部署的情況，那么就無法用一般的邏輯來進行計算。這樣就得為其進行自定義的操作，使用獨特的任務導入將任務放置在可部署的文件之中；第四，工程運行參數。當系統工程運行時，要用全局性的開啟或者是關閉來實現相關的任務。比如是否進行持久化記錄、是否開啟文件系統緩存，等等一系列操作。而任務各自的啟動參數也應該在配置文件中進行展示。

3.2.3 編譯配置文件

每一過程當中都應該有一個編譯配置文件，其包含的內容有系統庫與頭文件的路徑、外部庫與頭文件路徑以及編譯選項。這些都是可以支持系統進行得最基本要求，并且還可以從第三方庫來進行使用。

3.3 系統任務

一個系統過程當中還有多個任務，并且它們都是由任務源文件、資源文件等等來進行組成的。其中就包括：

3.3.1 原文件

需要對原文件的后綴名進行同意，這樣將就能把每一個任務的結尾進行統一的規定，而在使用的時候依然可以支持一些普遍的后綴來進行結尾。而在創建的時候，其相關的人員會獲得一個主文件，其內容就包括任務入口函數的模板，通過這個系統就可以進行啟用之后被調用。

3.3.2 任務配置文件

每一個配置文件都包含著一些屬性，比如任務名稱與類型、是否自啟動任、是否自定義服務任務、啟動任務參數，任務所提供的服務列表等一系列的數據。

3.3.3 任務導入

當其他軟件通過任務進行導入的時候，那么不同的組織就可以同時對混合操作系統的任務進行共享。而不同的任務經過不同人員進行開發，就會形成不同的工程，以便應用在各個實際過程當中。而在導入時需要根據相關的配置文件來對其進行一定的檢測，如果沒有滿足要求，那么就會發生警告，不過開發人員依然可以通過強制來進行導入。

4 基于混合操作系統的實驗設計與分析

4.1 實驗核心硬件

通過第2代智能車的設備，運用于研發智能聯網汽車以及無人駕駛系統。其中配備了一定的毫米波雷達、超聲波傳感器、GPS定位等等各種硬件模塊，而對于它的底部結構則采取了直流無刷輪轂電機線來運作，以及帶繼電器的裝置助力和轉向系統。此外，還用到了車輛控制VCU、攝像頭以及激光雷達等等一系列的硬件設備。

4.2 系統工程與任務設計

該實驗通過對于智能車的具體測控來實現多個任務，其中就包括道路識別、雷達防撞、行車決策、車輛控制等不同的任務。在任務道路識別的過程當中，需要將道路的圖像以及處理后的圖像一起交給相應的處理系統進行圖形顯示，這樣通過雷達數據的進一步分析，檢測在智能車前的具體障礙物。并且通過任務來解析出最新的道路信息，制定出一定的行車決策，并且需要控制中心來最終判定行車的具體任務。此時也會通過雷達數據來對于障礙物的出現進行實時的分析，并且判定是否出現行車決策失效的情況，使得車輛能夠實現快速的剎車。

4.3 實驗結果分析

在實驗過程當中，車輛通過一個環形的軌道來運行，而軌道需要用特殊的線條進行連接，使其在為實驗人員提供一定視角的基礎上，還不會影響到汽車的識別系統。而在實驗過程當中，車輛的平均速度為4米每秒。當設計轉彎路程的時候，就展現了人機交互的局部效果。并且在顯示車輛攝像頭獲取的原始數據之后，圖像可以通過具體的任務處理來獲得準確的道路信息，并且將道路信息通過圖形化的方式便于人們進行觀察。通過以上平臺及任務，一共進行了多次實驗，車輛的平均速度始終保持在4米每秒，而完成的效率達到了96%。其中出現失敗的原因來源于道路算法上的部分問題，從而出現一些錯誤。但是在混合系統運行的過程當中其異常率是為零。

因此可以得出結論：智能網聯汽車的混合操作系統可以在低速的情況下完成車輛智能計算任務。

5 結束語

本文通過對于智能網聯汽車進行深入地探討，構建出一種混合操作系統平臺，使用多個構件來實現開發，并且滿足實時控制，便于人機交互，完成高計算型任務，對于當前的智能網聯汽車任務有著相當好的適用性。