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    深研OS賦能車機生態 推動軟件、功能、車輛相互獨立運行

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    時間:1900/1/1 0:00:00

    計算機經常被用作測量單位,代表從底層硬件到應用軟件層的全棧系統。其實汽車還在E/E分布式架構的時候,據說就搭載了上百臺小型電腦——ECU。

    伊萊比特亞洲區合作伙伴管理負責人顧春解釋說,基于功能,ECU需要進行自下而上的全棧開發,從硬件、操作系統(OS)、中間件到應用,而OEM需要支付整個系統的費用。

    從這個角度來看,軟硬件的解耦其實是一條節約成本的路徑:通過AUTOSAR對OS和中間件(MW)的標準化,可以將整車裝載的數百個ECU按照不同的功能分區在同一基礎上進行開發,既降低了供應企業重復運維的難度,也使得OEM廠商不再為重復的零部件買單,可以通過延伸形成一定程度的經濟效益。

    顧春認為,隨著脫鉤的深入,車載功能、軟件操作平臺、汽車平臺之間的獨立程度將與手機相同,而車載級操作系統平臺將是這一過程中的重要助力。

    BMW, DS, Tesla, Weilai, Tucki

    圖片來源:伊萊比特官網

    操作系統:軟件和硬件之間的橋梁&;電腦管家

    操作系統是硬件之上的第一層軟件,它提供了硬件和其他軟件之間的接口。它誕生于裸機編程無法滿足系統需求,后期維護升級成本飆升的背景下。它用來控制其他程序的運行,管理內存的分配,決定系統資源供求的優先級,以及一些基本的服務程序,可以比作一個像電腦一樣的大房子里盡職盡責的管家。

    在傳統汽車行業,ECU電子開發使用的OSEK OS(Automotive Electronic Open System and Interface)是一個實時單核操作系統,以滿足汽車電子可靠性、實時性和成本敏感性的要求。AUTOSAR在OSEK OS的基礎上提出CP AUTOSAR OS,支持多核處理,相對統一了ECU使用的OS。

    應用于ECU的汽車操作系統主要分為三類:基于QNX、Linux和Android。根據ECU的主要功能劃分,分為整車控制操作系統和車載操作系統,其中車載操作系統主要包括信息娛樂和智能駕駛艙,車載操作系統分為安全整車控制(動力、底盤等。)和自動駕駛車輛控制。

    從開發上區分,汽車操作系統包括GPOS(通用操作系統)和RTOS(實時操作系統)。前者可以實現在線多用戶交互,后者必須保證在可預測的時限內響應外部事件或數據。

    具體來說,GPOS一般采用時間片輪換方式,通過時鐘中斷或軟中斷來中斷當前執行任務,搶占CPU控制器,調度任務并切換到新任務開始執行,一般用于娛樂系統的人機交互。

    RTOS需要快速響應任務處理,并控制所有實時任務協調運行。一般用于安防、車輛控制等領域,如QNX和VxWorks。

    一般來說,對于車載操作系統中的信息娛樂和智能駕駛艙,由于功能安全和信息安全要求不高,大多基于Android/Linux開發,使用GPOS通用操作系統。針對安全性和實時性要求高的自動駕駛儀控制器,一般基于Linux/QNX/VxWorks開發,使用RTOS實時操作系統。

    BMW, DS, Tesla, Weilai, Tucki

    圖片來源:伊萊比特官網

    車輛級操作系統為汽車“瘦身”

    目前汽車操作系統分為ROM汽車操作系統和定制操作系統。

    ROM車載操作系統是基于Linux或Android有限開發的,不涉及系統內核的修改,所以難度較小,如寶馬iDrive、小鵬Xmart OS、蔚來NIO OS等。定制操作系統是在內核的基礎上深度開發,覆蓋內核到應用層面,開發成本高,難度大,如Tesla版、華為鴻蒙系統OS、AliOS等。

    隨著汽車軟件生態的發展,汽車操作系統逐漸與駕駛艙操作系統、智能駕駛操作系統一起演變為車載操作系統,從操作系統層面推動汽車從分布式智能走向車載智能。

    基于內核的改變和開發越深入,操作系統的定制化程度越高,有助于在用戶端體驗車模的特性,真正實現軟件定義汽車。

    就開發端而言,整車級操作系統有助于將復雜的ECU整車網絡抽象簡化為單一設備,對整車生命周期進行管理、監督和更新,同時可以實現一定規模的經濟效益:

    分布式E/E架構不僅帶來了海量的線束和傳輸問題,也增加了主機廠和供應商的成本。在AUTOSAR統一規范之前,零部件企業如果要開發一個控制windows的ECU,需要進行從應用、中間件、操作系統到硬件的全棧研發,車企要為整套服務買單。

    從分布式E/E架構轉移到功能集中的區域架構后……ns,可以在共同的基礎上構建功能劃分相同的ECU,AUTOSAR進一步統一了不同ECU共享的中間件和操作系統的標準,從而節省了開發和購買重復組件的成本,取得了一定程度的經濟效益。

    BMW, DS, Tesla, Weilai, Tucki

    圖片來源:伊萊比特

    以此類推,顧春提出,如果基于統一的車輛系統抽象分別構建車輛平臺,將車輛的功能開發從整車生命周期中分離出來,將公共部分從功能域擴展到車輛的大部分系統,甚至整車,將會取得更大的經濟效益。

    顧春解釋說,所謂“抽象”是軟硬解耦的進一步演進,將汽車分為可擴展的硬件平臺、核心軟件(操作系統部分)、中間件和邊緣計算層(adaptive & amp;經典的AUTOSAR、DDS、Android),平臺服務、應用和功能服務層,從原來基于ECU的物理線性傳輸網絡,到應用程序之間使用API的通信,獨立于功能域、底層硬件和執行功能的ECU。

    BMW, DS, Tesla, Weilai, Tucki

    圖片來源:伊萊比特

    為什么功能、軟件、車輛平臺要解耦?

    在整車功能開發與車輛生命周期脫鉤后,顧春想象下一階段汽車行業將步入軟件平臺功能開發與生命周期的脫鉤,從而實現軟件平臺周期與車輛平臺周期的脫鉤。最終的愿景是功能軟件平臺和車輛平臺可以獨立維護。

    BMW, DS, Tesla, Weilai, Tucki

    圖片來源:伊萊比特

    這個過程類似于手機的應用生態。不同的是,汽車功能應用、軟件平臺、車載平臺的生命周期相差較遠,汽車功能維護升級的周期較短,而車載平臺、軟件平臺受硬件限制,相對較長。

    比如顧春預測,2023-2029年,車輛平臺迭代周期為3年,軟件平臺的版本更新將與車輛平臺一一對應,高度綁定。相比之下,軟件平臺的維護周期為十年,車輛平臺的維護周期以車輛壽命為限,一般為8~15年。

    BMW, DS, Tesla, Weilai, Tucki

    圖片來源:伊萊比特

    對比手機行業,以iPhone6s為例,即使設備停產(該機型平臺停止迭代),手機的軟件平臺也在持續升級,從IOS12升級到IOS15。由此可見,汽車行業目前存在明顯缺陷:軟件平臺無法在老的車輛平臺上升級,新功能的兼容無法在老的軟件平臺上實現。

    顧春表示,軟件平臺與車載平臺的生命周期解耦,不僅豐富了用戶的體驗,也在一定程度上延長了在同一平臺車型上的使用時間,這就是汽車軟件生態與手機行業接軌的意義所在。

    要實現功能級、軟件平臺和整車平臺的解耦,首先要做的是整車級OS的建設和可持續運營。顧春認為需要從運維兩個角度切入:從運營角度來說,“標準化”是關鍵詞,需要統一車輛接口,統一系統理念和車輛功能,減少車載軟件的變量。從可持續運營的角度來看,“維護”是關鍵詞,將軟件生命周期和車輛生命周期分開,變量和版本管理通過可持續維護來支撐生態系統的構建。

    一般來說,構建和運行一個汽車操作系統需要三種方法論:汽車OS,一個軟件平臺,可以將復雜的ECU車載網絡抽象成一個單一的設備,目的是將軟件功能從汽車生命周期中分離出來,維護是其生存的關鍵;變量和版本管理通過可持續維護支持生態系統的構建。

    (以上內容根據2022年8月3日由Gaspar和AUTOSAR聯合主辦的第三屆軟件定義汽車論壇暨2022年AUTOSAR中國日上,伊萊比特合伙人管理亞洲區負責人顧春發表的題為《汽車操作系統——未來汽車的創新驅動力》的主題演講進行理解和整理。)計算機常被用作計量單位,代表從底層硬件到應用軟件層的全棧系統。其實汽車還在E/E分布式架構的時候,據說就搭載了上百臺小型電腦——ECU。

    伊萊比特亞洲區合作伙伴管理負責人顧春解釋說,基于功能,ECU需要進行自下而上的全棧開發,從硬件、操作系統(OS)、中間件到應用,而OEM需要支付整個系統的費用。

    從這個角度來看,軟硬件的解耦其實是一條節約成本的路徑:通過AUTOSAR對OS和中間件(MW)的標準化,可以將整車裝載的數百個ECU按照不同的功能分區在同一基礎上進行開發,既降低了供應企業重復運維的難度,也使得OEM廠商不再為重復的零部件買單,可以通過延伸形成一定程度的經濟效益。

    顧春認為,隨著脫鉤的深入,車載功能、軟件操作平臺、汽車平臺之間的獨立程度將與手機相同,而車載級操作系統平臺將是這一過程中的重要助力。

    BMW, DS, Tesla, Weilai, Tucki

    圖片來源:伊萊比特官網

    操作系統:軟件和硬件之間的橋梁&;電腦管家

    操作系統是硬件之上的第一層軟件,它提供了硬件和其他軟件之間的接口。它誕生于裸機編程無法滿足系統需求,后期維護升級成本飆升的背景下。它用來控制其他程序的運行,管理內存的分配,決定系統資源供求的優先級,以及一些基本的服務程序,可以比作一個像電腦一樣的大房子里盡職盡責的管家。

    在傳統汽車行業,ECU電子開發使用的OSEK OS(Automotive Electronic Open System and Interface)是一個實時單核操作系統,以滿足汽車電子可靠性、實時性和成本敏感性的要求。AUTOSAR在OSEK OS的基礎上提出CP AUTOSAR OS,支持多核處理,相對統一了ECU使用的OS。

    應用于ECU的汽車操作系統主要分為三類:基于QNX、Linux和Android。根據ECU的主要功能劃分,分為整車控制操作系統和車載操作系統,其中車載操作系統主要包括信息娛樂和智能駕駛艙,車載操作系統分為安全整車控制(動力、底盤等。)和自動駕駛車輛控制。

    從開發上區分,汽車操作系統包括GPOS(通用操作系統)和RTOS(實時操作系統)。前者可以實現在線多用戶交互,后者必須保證在可預測的時限內響應外部事件或數據。

    具體來說,GPOS一般采用時間片輪換方式,通過時鐘中斷或軟中斷來中斷當前執行任務,搶占CPU控制器,調度任務并切換到新任務開始執行,一般用于娛樂系統的人機交互。

    RTOS需要快速響應任務處理,并控制所有實時任務協調運行。一般用于安防、車輛控制等領域,如QNX和VxWorks。

    一般來說,對于車載操作系統中的信息娛樂和智能駕駛艙,由于功能安全和信息安全要求不高,大多基于Android/Linux開發,使用GPOS通用操作系統。針對安全性和實時性要求高的自動駕駛儀控制器,一般基于Linux/QNX/VxWorks開發,使用RTOS實時操作系統。

    BMW, DS, Tesla, Weilai, Tucki

    圖片來源:伊萊比特官網

    車輛級操作系統為汽車“瘦身”

    目前汽車操作系統分為ROM汽車操作系統和定制操作系統。

    ROM車載操作系統是基于Linux或Android有限開發的,不涉及系統內核的修改,所以難度較小,如寶馬iDrive、小鵬Xmart OS、蔚來NIO OS等。定制操作系統是在內核的基礎上深度開發,覆蓋內核到應用層面,開發成本高,難度大,如Tesla版、華為鴻蒙系統OS、AliOS等。

    隨著汽車軟件生態的發展,汽車操作系統逐漸與駕駛艙操作系統、智能駕駛操作系統一起演變為車載操作系統,從操作系統層面推動汽車從分布式智能走向車載智能。

    基于內核的改變和開發越深入,操作系統的定制化程度越高,有助于在用戶端體驗車模的特性,真正實現軟件定義汽車。

    就開發端而言,整車級操作系統有助于將復雜的ECU整車網絡抽象簡化為單一設備,對整車生命周期進行管理、監督和更新,同時可以實現一定規模的經濟效益:

    分布式E/E架構不僅帶來了海量的線束和傳輸問題,也增加了主機廠和供應商的成本。在AUTOSAR統一規范之前,零部件企業如果要開發一個控制windows的ECU,需要進行從應用、中間件、操作系統到硬件的全棧研發,車企要為整套服務買單。

    從分布式E/E架構轉移到功能集中的區域架構后……ns,可以在共同的基礎上構建功能劃分相同的ECU,AUTOSAR進一步統一了不同ECU共享的中間件和操作系統的標準,從而節省了開發和購買重復組件的成本,取得了一定程度的經濟效益。

    BMW, DS, Tesla, Weilai, Tucki

    圖片來源:伊萊比特

    以此類推,顧春提出,如果基于統一的車輛系統抽象分別構建車輛平臺,將車輛的功能開發從整車生命周期中分離出來,將公共部分從功能域擴展到車輛的大部分系統,甚至整車,將會取得更大的經濟效益。

    顧春解釋說,所謂“抽象”是軟硬解耦的進一步演進,將汽車分為可擴展的硬件平臺、核心軟件(操作系統部分)、中間件和邊緣計算層(adaptive & amp;經典的AUTOSAR、DDS、Android),平臺服務、應用和功能服務層,從原來基于ECU的物理線性傳輸網絡,到應用程序之間使用API的通信,獨立于功能域、底層硬件和執行功能的ECU。

    BMW, DS, Tesla, Weilai, Tucki

    圖片來源:伊萊比特

    為什么功能、軟件、車輛平臺要解耦?

    在整車功能開發與車輛生命周期脫鉤后,顧春想象下一階段汽車行業將步入軟件平臺功能開發與生命周期的脫鉤,從而實現軟件平臺周期與車輛平臺周期的脫鉤。最終的愿景是功能軟件平臺和車輛平臺可以獨立維護。

    BMW, DS, Tesla, Weilai, Tucki

    圖片來源:伊萊比特

    這個過程類似于手機的應用生態。不同的是,汽車功能應用、軟件平臺、車載平臺的生命周期相差較遠,汽車功能維護升級的周期較短,而車載平臺、軟件平臺受硬件限制,相對較長。

    比如顧春預測,2023-2029年,車輛平臺迭代周期為3年,軟件平臺的版本更新將與車輛平臺一一對應,高度綁定。相比之下,軟件平臺的維護周期為十年,車輛平臺的維護周期以車輛壽命為限,一般為8~15年。

    BMW, DS, Tesla, Weilai, Tucki

    圖片來源:伊萊比特

    對比手機行業,以iPhone6s為例,即使設備停產(該機型平臺停止迭代),手機的軟件平臺也在持續升級,從IOS12升級到IOS15。由此可見,汽車行業目前存在明顯缺陷:軟件平臺無法在老的車輛平臺上升級,新功能的兼容無法在老的軟件平臺上實現。

    顧春表示,軟件平臺與車載平臺的生命周期解耦,不僅豐富了用戶的體驗,也在一定程度上延長了在同一平臺車型上的使用時間,這就是汽車軟件生態與手機行業接軌的意義所在。

    要實現功能級、軟件平臺和整車平臺的解耦,首先要做的是整車級OS的建設和可持續運營。顧春認為需要從運維兩個角度切入:從運營角度來說,“標準化”是關鍵詞,需要統一車輛接口,統一系統理念和車輛功能,減少車載軟件的變量。從可持續運營的角度來看,“維護”是關鍵詞,將軟件生命周期和車輛生命周期分開,變量和版本管理通過可持續維護來支撐生態系統的構建。

    一般來說,構建和運行一個汽車操作系統需要三種方法論:汽車OS,一個軟件平臺,可以將復雜的ECU車載網絡抽象成一個單一的設備,目的是將軟件功能從汽車生命周期中分離出來,維護是其生存的關鍵;變量和版本管理通過可持續維護支持生態系統的構建。

    (以上內容根據2022年8月3日由Gaspar和AUTOSAR聯合主辦的第三屆軟件定義汽車論壇暨2022年AUTOSAR中國日上,伊萊比特合伙人管理亞洲區負責人顧春發表的題為《汽車操作系統——未來汽車的創新驅動力》的主題演講進行理解和整理。)

    標簽:寶馬DS特斯拉蔚來小鵬

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