汽车操作系统研究：整车操作系统的三种实现方式

佐思汽研发布《2023-2024年全球与中国汽车操作系统研究报告》。  

国产化操作系统开始发力

2023年，华为、斑马智行、小米、蔚来等国产厂商纷纷在操作系统市场发力，推出具备竞争力优势的操作系统版本，适配了国产芯片方案并获得主机厂定点项目。

2023年汽车操作系统市场动态

图片来源：佐思汽研整理

譬如，小米、蔚来等推出了整车操作系统，普华和中兴等供应商加强了操作系统微内核的实时、安全等功能。   2023年10月，小米推出自研的HyperOS，底层采用Linux与Vela内核融合，中间件接入AI子系统，在多任务处理流程中设置优先级，采取分级调度的形式提升操作系统处理效率。   在生态上，小米打造了CarIoT生态，打通互联网IoT与汽车领域，实现“人车家全生态”理念。  小米HyperOS架构

图片来源：小米 在中间件方案中，Autosar 依然成为多数主机厂在车控、自动驾驶领域的选择之一，但其与国产芯片不能完全适配，且现场通信处理的反馈时间偏长，不能完全满足车企需求，导致部分供应商和主机厂自研微内核与中间件。2023年5月，中国汽车工业协会正式发布中国车用操作系统开源计划中首个微内核开源项目，该项目计划在2025年实现基于开源微内核的自主车用操作系统，并逐步替代QNX。其中，开源微内核由中电科普华基础软件提供，采用木兰公共许可证（第2版）；芯片由芯驰科技提供，型号为G9X。   普华提供的“龘”（EasyAda）微内核可以实现面向各类芯片平台和应用场景提供安全内核；针对汽车领域，中电科普华基础软件对该微内核进行了相应的实时性改进机制，如面向自动驾驶大规模运算时，基于优先级的抢占机制，微内核的抢占调度策略，以及集成算法，中断、延时机制等技术手段，来改进微内核实时性方面的表现，以突破实时性和性能要求。  普华的“龘”微内核架构

图片来源：普华

主机厂：实现整车操作系统的三种方式

汽车操作系统演进路线

图片来源：佐思汽研  

随着EE架构向中央计算架构发展的背景下，软件系统开始向SOA架构演变，其中操作系统开始由域操作系统向整车操作系统演进。

整车操作系统是基于SOA架构，通过中央计算平台融合座舱操作系统、智驾操作系统、安全车控操作系统的功能，从而提供同一套编程接口的整车级平台，特点是分层解耦、架构统一，通过提供统一接口，提升车企开发效率。整车操作系统通过集中调度硬件资源和算力，实现整车各域功能的调度和融合。

佐思汽研认为， 整车操作系统的实现方式可分为三个层级，如下表所示：

整车操作系统的三种实现方式

图片来源：佐思汽研

方式一，以华为为例：

2023年4月，华为推出iDVP智能数字底座（即整车操作系统），该平台为基于SOA架构设计的数字底座，融合了华为各个域操作系统（智驾操作系统AOS，座舱操作系统HOS、车控操作系统VOS）的功能，通过原子服务层实现软硬件解耦，从而实现跨车型开发的快速适配。

华为iDVP智能数字底座方案

图片来源：华为   2023年，搭载iDVP平台的代表车型为智界S7，该车型的途灵底盘基于iDVP智能数字底座开发，并通过iDVP智能数字底座配置的HUAWEI xMotion等原生应用，实现对车辆的驱动、制动、转向、悬架进行中央协同控制。2024年，iDVP平台计划有7款车上市。  方式二，以蔚来为例：  2023年9月，蔚来发布整车操作系统“天枢Sky OS”，采用自研的微内核与虚拟机取代了QNX内核服务。该整车操作系统分为四个模块，其中SkyOS-M模块基于自研微内核构建，具备强实时性与安全性，该微内核架构上配置舱驾一体的虚拟机体系，搭载于蔚来NT 3.0平台；SkyOS-L模块则采用自研的中间件平台，代替Autosar方案。  天枢SkyOS架构

图片来源：蔚来汽车

在操作系统研发的过程中，蔚来发布多项技术，包括用于实现多核处理系统上的任务调度和提升任务调度效率等技术。其中，在多核处理系统上调度目标任务采用了多层调度模型，并搭载公平轮询算法/最空闲优先算法等，整车操作系统能够通过感知功能群，协调不同的工况下的硬件资源（算力、传感器）。  用于在多核处理系统上调度目标任务的流程

图片来源：蔚来汽车  

Linux、鸿蒙、天枢等操作系统对多任务采用了不同的调度方式，并由最初的统一调度演化到了多层调度，提升了处理效率，同时提升了安全性能。

Linux、鸿蒙、天枢的多任务调度方式对比

图片来源：佐思汽研整理  方式三，以大众为例：  大众VW.OS由SDK(软件开发工具包)、参考应用程序、软件组件和用于嵌入式软件和云连接的配置工具组成，通过与VW.AC(大众汽车云)、大循环数据聚合系统(BigLoop)联合工作，形成整车软件开发平台，实现分布式处理向集中式处理方式的转换，达到核心架构减少到三个车载中央处理器。   截至2023年2月，保时捷与奥迪的部分车型已经搭载该软件平台的1.2高级版本的部分组件（包括软件更新、云端数据传输、诊断和数据积累），大众计划将完整的软件平台作为2.0版本在2025年推出，合作伙伴包括黑莓和微软等。  大众VW.OS架构

图片来源：大众

供应商：构建操作系统生态圈

操作系统的规模化应用，需要强大生态系统的支持。2023年，汽车OS供应商在积极落地整车操作系统的同时，加大对操作系统生态的拓展，包括适配更多国产化芯片、建立更多的上下游合作伙伴等。

上下游合作：

中科创达：由子公司滴水智行和中国（上海）自由贸易试验区临港新片区密切合作，建立整车研发基地；

与大众旗下Cariad公司合资成立Carthunder公司，在智能网联、智能座舱、操作系统等领域开展合作。

诚迈科技：与EB在Autosar领域建立战略合作关系。

芯片：

中科创达：中科创达与高通芯片深度绑定，如在搭载了高通 8 系列芯片平台的边缘设备上实现了 LLaMA-2 130 亿参数模型的稳定运行，通过 AI 大模型提升整车平台产品的竞争力。 诚迈科技：2023年，诚迈科技基于地平线TogetheROS.Auto平台，构建了面向J5、J6平台的Hesper OS软件平台产品方案，该方案以FusionDrive的功能为基础，增加SOA服务功能；此外，诚迈科技与英伟达签订合作协议，成为其生态系统软件合作伙伴，为智能驾驶相关企业提供基于Orin及Xavier芯片的智能驾驶视觉方案。    

构建开发者生态：

如华为，推出HarmonyOS NEXT，并提供面向开发者的中间件和工具链。

中科创达整车操作系统发展历程

图片来源：中科创达