汽车电子的认识_智能汽车操作系统的作用

智能化是当前社会经济发展的主旋律，从PC（个人电脑）、智能手机再到智能汽车，每个领域的智能化都会改变人们的生活并带来一个前景广阔的新产业。在智能化过程中，最关键的环节是OS化（Operating System，操作系统）。OS在智能设备中负责智能应用和硬件之间的相互通信，智能设备发展到一定程度后一般都需要配备OS；而每一款成功的OS产品，都能让人联想到一家伟大的公司。比如Windows，成就了微软在PC时代的霸主地位；而Android和iOS，则分别使Google和苹果在智能手机时代大放异彩。汽车被认为是下一个极有市场前景的智能产品，那么汽车操作系统目前是什么样的市场格局，汽车智能化会带来什么样的战略机遇？本文将针对常见车载操作系统进行初步梳理和探讨，欢迎相关领域的创业者或投资同行互动交流。

要谈智能汽车操作系统，首先得了解汽车电子。传统意义上的汽车电子产品可简单分为两类：一类是汽车电子控制装置，其通过直接向执行机构（如电子阀门、继电器开关、执行马达等）发送指令以控制车辆关键部件（如发动机、变速箱、动力电池等）的协同工作，常见的包括发动机控制、底盘控制、车身电子控制等。

另一类是车载汽车电子装置，是在汽车环境下能够独立使用的电子装置，和汽车本身的性能并无直接关系，常见的包括行车电脑、导航系统、汽车音响及电视娱乐系统、车载通信系统、上网设备等。由于驾驶者直接接触的汽车电子产品绝大部分是车载电子装置，对底层的汽车电子控制装置感知度较低，因此本文讨论的车载操作系统特指车载电子装置的操作系统，业内也称IVI（In-Vehicle Infotainment，车载信息系统）操作系统或HMI（Human Machine Interface，人机交互界面）操作系统。当然随着汽车电子的不断发展，车载电子和汽车电子控制相互融合的产品也在不断涌现，如高级驾驶辅助系统（ADAS）、全液晶仪表等，对车载操作系统提出了新的要求，文末也会有所提及。

1、为何需要车载操作系统？

要回答这个问题，我们先来看电脑为何需要操作系统。其实最初的电脑并没有操作系统，人们通过各种操作按钮来控制计算机，后来出现了汇编语言，并将它的编译器内置到电脑中，操作人员通过有孔的纸带将程序输入电脑进行编译。这些将语言内置的电脑只能由操作人员自己编写程序来运行，不利于设备、程序的共用。为了解决这种问题，从20世纪70年代中期开始出现了电脑操作系统，这样就很好实现了程序的共用，以及对电脑硬件资源的管理。

同样，汽车早期也并没有操作系统，从20世纪90年代开始，随着车载电子装置功能的日益丰富以及外部交互/接口标准的种类增加，这类基于微控制芯片的嵌入式电子产品逐渐需要采用类似个人电脑的软件架构以实现分层化，平台化和模块化，提高开发效率的同时降低开发成本。因此，汽车电子产品才逐步开始采用操作系统。

以车载娱乐信息系统为例，最早的收音机/CD播放器采用专用的音频解码芯片就能实现，实现数字化后由触摸屏代替播放器开关、调节按钮，后来又增加了蓝牙电话功能，接着又集成了地图导航、倒车雷达影像，相应的实现这些功能的车机主CPU数据处理能力也逐步增强，从最早4位、8位、16位发展到32位、64位，从单核发展到多核。引入操作系统，就能有效分配车机的硬件资源，对以上各种任务功能进行协同管理，并控制各项任务优先级别。

2、车载操作系统的性能要求及业内主流产品

对于车载操作系统，其需具备实时性（平均响应延时至少在毫秒级）、可靠性（最大响应延时不超过秒级）和安全性等汽车电子的苛刻要求。目前能符合上述要求的操作系统产品较少，业内较为主流的产品包括：

01、Blackberry QNX Neutrino

Blackberry QNX Neutrino是一款安全性和稳定性极高的微内核实时操作系统，业内通常以其公司名QNX简称，具备高运行效率、高可靠性特点并在工控领域拥有近40年的使用经验，被广泛应用于汽车、医疗、轨道交通、核电站、航空航天等对安全性、实时性要求较高的领域。特别是在汽车领域，QNX是全球第一款通过ISO 26262 ASIL level D安全认证的车载OS产品，已匹配全球超过40个汽车品牌，并应用于6000多万辆汽车，是目前市场占有率第一的车载OS。福特的Sync 3、通用汽车的新安吉星系统以及奥迪/大众系列虚拟驾驶舱都是基于QNX，德尔福和百度的自动驾驶汽车平台也均宣布采用QNX。此外百度还计划将其自主研发的CarLife、DuerOS语音及地图等整合到QNX CAR平台之中。

（QNX的合作伙伴）

02、Linux及基于Linux的各类改版

Linux是一款开源的高效灵活的操作系统，与QNX相比最大优势在于其为开源软件，具备很大的定制开发灵活度。但由于Linux版本变动很快，每天都有上千次改动，OEM和供应商为了得到一个比较固定和可靠的Linux版本，需要积累很多操作系统上的开发经验。特斯拉就是在Linux基础上开发出了完全适配旗下车辆的车载系统，阿里的AliOS也是基于Linux开发。2016年，由Linux基金会赞助的开源车载系统AGL（Automotive Grade Linux）项目发布2.0版本，致力于为汽车厂商和驾驶员提供全新的车载娱乐系统支持。2017年，丰田汽车宣布将在未来的汽车中控中采用AGL的开源软件；德赛西威也正式加入AGL联盟，成为中国首个加入AGL的智能驾驶整体解决方案提供商。另外，铃木、戴姆勒、福特、本田、捷豹路虎、马自达、三菱、日产、斯巴鲁等也已经加入AGL联盟。（此前还有一个成立于2009年，同样致力于为汽车行业提供基于Linux的开源车载信息娱乐系统联盟叫GENIVI，未成气候，本文不再展开介绍）。

而后装车机市场广泛使用的Android系统由于是基于Linux内核，也可视作是一种“类Linux系统”。

03、Windows Embedded Compact

Windows Embedded Compact简称为WinCE，是微软公司嵌入式、移动计算平台的32位嵌入式操作系统。由于其行业应用早、系统结构简单，曾是许多车机产品的选择，但随着微软在智能手机领域的节节败退，车载等细分市场的营收无法支撑起庞大的研发投入，微软逐渐退出了嵌入式操作系统市场。以福特Sync信息娱乐系统为例，其第一代和第二代产品都是基于WinCE打造，第三代产品则转向了QNX。

04、其他

Wind River VxWorks和micro-ITRON等，其中Wind River VxWorks是功能强大覆盖多行业的硬实时操作系统（平均响应延时在微秒级），但授权和开发定制成本非常高，市场份额有限。micro-ITRON曾是日资车型的主流汽车操作系统，但日系供应商也已逐渐采用其他OS以满足市场需求。

下图是IHS对车载操作系统市场占有率演变趋势的统计和预测：

（车载操作系统市场占有率演变趋势）

IHS的预测简单看主要说明了两点：

一、Windows（WinCE）将逐步退出车载操作系统市场，其他操作系统的市占率也将大幅下降，从2017年的15%下滑到2022年的5%以下。

二、基于Linux开发的各类系统从2014年开始迅猛增长，这一态势仍将保持较长时间，长期看市场最终将形成QNX和Linux两家独大的局面。

方向上我们认同IHS对于市场趋势的判断，但随着汽车电子架构向多域控制方向发展，未来同一辆车上很有可能会有多个OS并存（后文会有提及），每个OS运行在各自适合的域中。例如在座舱域，ADAS/自动驾驶功能要求OS具有高度的实时性和可靠性，微内核的QNX无疑具有先天优势；在互联域，互联网关、智能天线等，Linux/Android更有优势。因此，未来车载OS市场中，QNX和Linux（包括Android）更多可能是共存关系而非简单的相互替代。

3、为什么说车载操作系统会是一门大生意？

打开雪球网站，浏览美股行情（2018年4月10日数据），我们发现美股市值最高的几家公司几乎都与操作系统有关。Windows曾助力微软成为全球市值最高的公司，就算在智能手机领域折戟，微软目前也有超过7000亿美元的市值；Android和iOS也分别属于谷歌和苹果两家巨无霸企业。

反观车载操作系统领域，目前全球市场占有率超过60%的QNX操作系统，其对应公司黑莓的市值也只有区区55亿美元不到，汽车与个人电脑、智能手机市场容量的数量级差异，是否注定了车载操作系统难以支撑起高市值的公司？

我们认为，车载操作系统的市场价值未充分体现，主要有两个原因，一是目前车载操作系统市场尚处于发展初期，市场格局尚未确立，就像智能手机发展初期有iOS、Android、Symbian、Blackberry、Windows Mobile、MeeGo、Palm、BADA等诸多操作系统一样，只有经过充分市场竞争并形成寡头垄断的市场格局以后，最终胜出的操作系统产品才能体现出巨大价值，QNX目前的高市占率得益于先发优势，但其行业地位仍面临来自Google等公司可能会推出的其他微内核OS产品的挑战；二是目前智能汽车的渗透率较低，车载操作系统的出货量不大，而且由于汽车的更新周期普遍比手机长，车载操作系统放量会是一个长期的过程。