全球車用操作系統發展現狀

文 / 中國汽車技術研究中心有限公司 李魯苗 周瑋

我國車控操作系統起步晚，總體上還處于跟隨狀態，但在智能駕駛系統和信息娛樂系統上國內外操作系統差距較小，可以從頂層設計、技術創新、標準檢測和推廣應用等方面推進自主車用操作系統發展。

隨著電動化、網聯化、智能化技術應用和跨鏈式融合發展，汽車產業核心技術轉向動力電池、驅動電機、電機控制器“大三電”，并向軟硬解耦的電子電氣架構技術延伸，其中安全可控的操作系統成為全新技術生態的重要內容。國家層面也逐步加強政策引導和支持，推動車用操作系統自主研發和應用推廣。2017年4月，《汽車產業中長期發展規劃》中提出“重點支持傳感器、控制芯片、北斗高精度定位、車載終端、操作系統等核心技術的研發及產業化”。2020年4月，《關于完善新能源汽車推廣應用財政補貼政策的通知》中提出“鼓勵企業進一步提升整車安全性、可靠性，研發生產具有先進底層操作系統、電子電氣架構和智能化網聯化特征的新能源汽車產品”。2020年10月，《新能源汽車產業發展規劃（2021-2035年）》中明確了智能化相關的技術方向，主要包括車規級芯片、車用操作系統、新型電子電氣架構等關鍵技術突破。在軟件定義汽車發展趨勢下，車用操作系統地位將尤為重要。

國內外車用操作系統發展現狀

按照開發類型劃分，車用操作系統主要分為兩大類：一是底層操作系統，專指內核，主要功能包括內存管理、文件管理、CPU調度管理、輸入輸出管理等；二是基于底層操作系統進行開發，除了內核外，還包括應用程序框架、運行時環境等，主要包括定制型操作系統和ROM型操作系統。根據汽標委發布的《車用操作系統標準體系》劃分，車用操作系統按照應用功能細分為三類：安全車控操作系統，主要面向車輛動力系統、底盤系統、車身系統等傳統控制領域，要求極高的實時性、可靠性、計算能力和（功能和信息）安全性；智能駕駛操作系統，主要面向智能駕駛（域控制器）領域，要求較高的安全性和可靠性；車載操作系統，主要面向信息娛樂和智能座艙（中控系統），對安全性和可靠性要求低于車控操作系統和智能駕駛操作系統。

面向車控和智能駕駛的AUTOSAR架構及操作系統

AUTOSAR聯盟致力于為汽車電子電氣架構建立一種開放式的行業標準，成員包括全球主流汽車制造商、零部件供應商、標準軟件供應商、開發工具和服務提供商、半導體供應商以及高校、研究機構等。目前，AUTOSAR已成為全球主流的車載電子系統標準軟件架構，根據產業發展需求已發布了兩個平臺：一是基于OSEK/VDX標準的Classic AUTOSAR平臺，定義了安全車控操作系統的技術規范，以處理控制系統的電子控制單元（ECU）為主要對象；二是采用了基于POSIX標準操作系統的Adaptive AUTOSAR平臺，適應于新的集中式的高性能計算需求，以自動駕駛和先進駕駛輔助系統等需要高性能計算的ECU為目標。其中，Autosar OS是AUTOSAR標準軟件架構的操作系統，被劃分在基礎軟件層中的服務層里的系統服務，與OSEK兼容，是面向車輛的安全車控操作系統，對實時性、安全性、穩定性要求很高。國外在安全車控操作系統方面發展較早，我國企業目前主要使用Classic AUTOSAR標準的工具進行設計開發。2020年7月，中國汽車工業協會組織成立了中國汽車基礎軟件生態委員會（簡稱AUTOSEMO）。AUTOSEMO基于AUTOSAR現有軟件架構，開展自動駕駛、新能源的應用程序接口標準研究制定，系統軟件和測試標準與AUTOSAR標準保持一致。

綜合來看，在高安全、高穩定、開發要求極高的車控操作系統方面，國內外大部分企業均基于AUTOSAR開發各自的車控操作系統，我國由于起步晚在車控操作系統上較國外企業存在一定的差距。

表1 主要底層操作系統對比名稱 開源性 功能安全 主要適用場景 主要特征QNX 授權使用，按預裝車輛臺數收費 ASIL D 車載信息娛樂系統、數字座艙系統和駕駛輔助系統平臺 安全性高、實時性強、穩定性好Linux 開源，無授權費用 —— 目前集中在車載信息娛樂系統，未來向座艙域、自動駕駛等領域延伸 兼容性好，應用生態豐富WinCE —— —— 微軟停止更新 ——

面向智能駕駛和信息娛樂的底層操作系統

底層操作系統主要包括QNX、Linux、WinCE等（見表1）。QNX是遵從POSIX規范的類UNIX實時操作系統，是全球第一款達到ASIL D級別的車載操作系統，主要用于遠程信息處理系統、信息娛樂和導航等，目前黑莓已開發了車載信息娛樂系統、數字座艙系統和駕駛輔助系統平臺。Linux是定制開發靈活度較強、基于POSIX和UNIX的開源操作系統，主要用于支持更多應用和接口的信息娛樂系統場景。AGL、GENIVI等協會或聯盟致力于將開源Linux操作系統推廣至汽車領域。其中，AGL目前集中在車載信息娛樂系統，未來將向輔助駕駛、座艙域、自動駕駛等領域延伸；GENIVI致力于基于開源的標準車載信息娛樂平臺，基本每半年對車載信息娛樂系統規范進行更新。WinCE是微軟開發的嵌入式操作系統，主要應用于車載主機、車載導航和車載娛樂系統，已逐步退出汽車操作系統市場。目前，QNX憑借優勢占據汽車嵌入式操作系統市場率第一，基于Linux內核的OS在智能座艙OS市場中占據約20%份額。

底層操作系統研發是一個系統工程，開發難度大、開發周期較長，需要投入大量的人力、財力，基本沒有企業會全新開發底層操作系統。目前底層操作系統主要被國外壟斷，國內主要是基于現有底層操作系統進行開發。

面向智能駕駛和信息娛樂的定制型操作系統

在電動化、網聯化、智能化汽車產業變革趨勢下，科技公司、傳統車企、新造車勢力均積極打造自主研發的定制型操作系統，主要面向車載信息娛樂系統（IVI）和智能駕駛輔助系統（ADAS），比如谷歌安卓、大眾VW.OS、特斯拉Version、華為鴻蒙、阿里巴巴AliOS等（見表2、表3）。

Android是谷歌基于Linux內核開發的開源操作系統，主要應用在車載信息娛樂系統、導航領域，在國內車載信息娛樂系統領域占據主流地位。互聯網企業、傳統自主企業、造車新勢力企業又基于Android進行定制化改造，推出了專屬汽車操作系統，如百度小度車載OS、比亞迪DiLink、吉利GKUI、蔚來NIO OS、小鵬Xmart OS等。

Version是特斯拉基于Linux內核深度改造獨立開發的操作系統，支持信息娛樂系統和駕駛輔助系統，并通過OTA技術不斷進行優化升級。對于信息安全問題，特斯拉啟用Linux系統中的內核模塊-安全增強型Linux（SELinux），通過“訪問權限控制”來增強操作系統的安全性。

表2 主要定制型操作系統及選用OS企業 自研操作系統 選用操作系統谷歌 Android Linux蘋果 iOS UNIX特斯拉 Version Linux大眾 VW.OS Linux/QNX/VxWorks沃爾沃 VolvoCars.OS（計劃） Android豐田 Entune、Arene（計劃） Linux（AGL）寶馬 BMW iDrive Linux百度 DuerOS Android阿里巴巴 AliOS Linux比亞迪 DiLink Android吉利 GKUI Android蔚來 NIO OS QNX、Android小鵬 XPILOT OS（智駕）/Xmart OS（座艙） QNX/Android威馬 QNX SDP 7.0 QNX理想 —— QNX

鴻蒙系統是華為研發的首個擁有Security（CC EAL 5+）&Safety（ASIL-D）雙高認證的開源操作系統，具備Linux內核和Lite微內核等多個內核，并基于此發布了鴻蒙座艙操作系統HOS、智能駕駛操作系統AOS以及智能車控操作系統VOS（兼容AUTOSAR）三大車載操作系統。

AliOS是阿里巴巴基于Linux Kernel自主研發的驅動萬物智能的操作系統，主要應用于智能座艙，通過云服務相關的模塊接入阿里巴巴的生態環境。阿里巴巴相繼在AliOS Things和AliOS Lite上進行開源，分步驟實現智能車機操作系統、智能座艙操作系統、智能整車操作系統。

綜上分析，定制型操作系統主要面向車載信息娛樂系統和智能駕駛輔助系統，國內外操作系統大都基于Android、Linux和QNX開發，差距較小。隨著華為鴻蒙系統憑借開源、高安全等特征不斷完善系統生態，自主操作系統發展優勢或將逐步凸顯，自主化發展步伐加快。

我國車用操作系統問題和發展建議

在軟件定義汽車發展趨勢下，車用操作系統地位尤為重要。但是，當前我國車用操作系統發展面臨著一些突出問題：一是關鍵核心技術仍受制于人。現有大部分操作系統是基于QNX、Linux、Android系統的二次開發，對其內核等核心技術掌握不足，操作系統開發所需要的工具鏈、安全體系、程序庫等主要被國外機構掌握。二是自主創新能力依然不足。我國車用操作系統發展仍處于初期階段，在智能車控、自動駕駛關鍵核心技術研發，以及軟硬件兼容適配等方面缺乏自主創新能力。三是未建立可持續的生態體系。由于國外操作系統已形成了較高的技術壁壘，自主操作系統很難快速打開市場，造成系統開發者、軟件開發者和使用者等各個主體難以有效聚焦，尚未形成良性循環生態圈。

表3 部分定制型車用操作系統特征名稱 所屬公司 底層OS 開源性 主要用途 主要特征Android 谷歌 Linux 開源，無授權費用 信息娛樂系統、導航 豐富的應用生態、較強的可移植性Version 特斯拉 Linux 非開源，特斯拉獨用信息娛樂系統和駕駛輔助系統 啟動安全增強型Linux Harmony 華為 Linux和Lite等多內核 開源，無授權費用信息娛樂系統、駕駛輔助系統、車控系統 雙內核，全球首個擁有雙高認證AliOS 阿里巴巴 Linux 開源，無授權費用分步驟實現智能車機操作系統智能座艙操作系統智能整車操作系統跨品牌的行業級智能座艙操作系統

在“軟件定義汽車”時代，車用操作系統涉及到網絡安全和信息安全，是下一代新能源汽車的根基。為了保持下一代新能源汽車競爭優勢、建設汽車強國，發展自主的車用操作系統已是當務之急，建議從頂層設計、技術創新、標準檢測、推廣應用等方面推進自主操作系統的發展。

一是加強頂層設計和組織協調。參照新能源汽車產業發展部際協調機制，成立中國汽車操作系統的領導小組，加強系統軟件與整車、芯片等關鍵零部件、網絡運營商等產業鏈各主體協同創新發展，打造完整的、可持續的產業生態。

二是加強技術創新資金支持。通過核高基、國家重點研發計劃等專項加大技術攻關投入，并設立車用操作系統基礎軟件專項資金或基金等。加強產業投資引導，鼓勵社會資本重點投向車用操作系統等智能化關鍵技術研發領域。

三是加快建立行業標準和測試認證。加快建立車用操作系統標準體系，涵蓋接口、功能軟件、信息安全、通信等標準規范制定。支持第三方機構開展車用操作系統檢測認證業務，對功能安全、信息安全等按照安全性、可靠性、穩定性等多個維度設置不同等級，引導行業不斷調優操作系統性能、提高信息安全。

四是優化市場推廣應用環境。對國內有保密要求的關鍵應用領域，要求在用車輛采用擁有源碼的自主操作系統。對搭載自主操作系統的測試車輛，鼓勵地方優先發放測試牌照。同時，要求在國內使用的車用操作系統需要在國家相關主管部門登記備案，保障信息安全。