汽車基礎(chǔ)軟件作為汽車軟件的核心要素，是實現(xiàn)整車電子電氣架構(gòu)的重要基礎(chǔ)，是汽車智能化與差異化競爭的底層關(guān)鍵要素。近日億歐智庫發(fā)布《2022中國智能電動汽車基礎(chǔ)軟件研究報告》，對中國智能電動汽車基礎(chǔ)軟件的技術(shù)原理、市場現(xiàn)狀、標桿企業(yè)、發(fā)展趨勢等進行了研究分析。以下內(nèi)容節(jié)選自此份報告。

1. 背 景

1.1?

智能化需求帶動汽車軟硬件解耦，SOA軟件架構(gòu)實現(xiàn)軟件復(fù)用

智能化趨勢下，傳統(tǒng)分布式電子電氣架構(gòu)開始向域集中式架構(gòu)轉(zhuǎn)變，大量相同功能的ECU進行整合，交由域控制器進行統(tǒng)一的管理調(diào)度，使開發(fā)人員能夠完全獨立于底層硬件，進行上層軟件的開發(fā)，實現(xiàn)軟硬件解耦范圍的進一步擴大。

軟硬件解耦趨勢下，汽車計算平臺正從“信號導(dǎo)向”向“服務(wù)導(dǎo)向（SOA）”轉(zhuǎn)變，基礎(chǔ)硬件與嵌入式軟件的傳統(tǒng)強耦合關(guān)系被打破，底層軟件與上層應(yīng)用開始呈現(xiàn)標準化、相互獨立、松耦合的特點，意味著在修改或新增某一軟件功能時，只需對上層服務(wù)組件進行代碼編寫，無需進行底層軟件重復(fù)開發(fā)，提高了效率。

1.2?

基礎(chǔ)軟件作為汽車軟件的核心要素，成為智能汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展關(guān)鍵

智能汽車SOA軟件架構(gòu)從上而下分別為應(yīng)用軟件、功能軟件、中間件、底層操作系統(tǒng)、車載芯片軟件（BSP）、虛擬機（Hypervisor）與芯片，其中功能軟件、中間件、底層操作系統(tǒng)、車載芯片軟件與虛擬機組成基礎(chǔ)軟件。

基礎(chǔ)軟件用于實現(xiàn)汽車系統(tǒng)軟硬件解耦，為后續(xù)汽車系統(tǒng)服務(wù)提供可復(fù)用、穩(wěn)定的軟件支撐，其架構(gòu)與性能直接影響上層應(yīng)用的開發(fā)效率和質(zhì)量，幫助實現(xiàn)上層軟件的多功能應(yīng)用與創(chuàng)新發(fā)展，帶動汽車技術(shù)的革新與產(chǎn)品差異化發(fā)展，成為智能汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵一環(huán)。

1.3?

智能電動汽車需求拉動下，基礎(chǔ)軟件市場規(guī)模迎來高速增長

中國汽車市場已進入穩(wěn)定發(fā)展狀態(tài)，2022年預(yù)計實現(xiàn)46.2億元的市場規(guī)模，存在424.2億元的潛在經(jīng)濟效益。未來規(guī)模化應(yīng)用下，基礎(chǔ)軟件單車成本有望下探，但隨著應(yīng)用功能復(fù)雜度增加，基礎(chǔ)軟件單車使用量會有所提升，因此未來隨著整車銷量上漲，2025年汽車基礎(chǔ)軟件市場規(guī)模將達到142.5億元。

2. 現(xiàn) 狀

2.1?

車載操作系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

? 域操作系統(tǒng)開始形成，底層操作系統(tǒng)成軟件定義汽車發(fā)展基石

跨域融合方案下，域操作系統(tǒng)正在逐漸形成，傳統(tǒng)操作系統(tǒng)正由獨立的多個操作系統(tǒng)向少數(shù)/一個操作系統(tǒng)發(fā)展。智能汽車操作系統(tǒng)從功能實現(xiàn)角度來看，大致可分為車控操作系統(tǒng)、自動駕駛操作系統(tǒng)與智能座艙操作系統(tǒng)，其中車控操作系統(tǒng)主要用于實現(xiàn)車身底盤控制、動力系統(tǒng)控制，自動駕駛操作系統(tǒng)主要用于實現(xiàn)自動駕駛功能，智能座艙操作系統(tǒng)主要用于實現(xiàn)車載娛樂信息系統(tǒng)功能以及實現(xiàn)HMI相應(yīng)功能。

操作系統(tǒng)包括底層操作系統(tǒng)與廣義操作系統(tǒng)，底層操作系統(tǒng)目前已形成QNX、Linux為主的穩(wěn)定市場格局。廣義操作系統(tǒng)按照對底層操作系統(tǒng)的改造程度可分為基礎(chǔ)操作系統(tǒng)、定制型操作系統(tǒng)與ROM型操作系統(tǒng)。

? 量產(chǎn)應(yīng)用節(jié)點來臨，智能座艙操作系統(tǒng)成為主機廠“必爭之地”

智能座艙底層操作系統(tǒng)目前主要由QNX、Linux、Android組成，目前已形成較為穩(wěn)固的市場格局。其中Linux與Android得益于其開源特性目前廣泛應(yīng)用于車載信息娛樂系統(tǒng)，QNX由于其穩(wěn)定性與安全性更多的應(yīng)用于車載儀表盤。

國內(nèi)大多數(shù)主機廠選擇基于基礎(chǔ)OS進行智能座艙操作系統(tǒng)自研，掌握自主OTA升級，部分科技企業(yè)憑借其軟件研發(fā)能力與豐富的產(chǎn)品生態(tài)選擇進行獨立操作系統(tǒng)的定制化開發(fā)。據(jù)預(yù)測，中國市場中智能座艙滲透率正呈現(xiàn)快速增長，2022年已正式進入量產(chǎn)應(yīng)用的關(guān)鍵節(jié)點，智能座艙操作系統(tǒng)成為各玩家的“必爭之地”。

? 自動駕駛操作系統(tǒng)處于部分認證階段，各方勢力共建生態(tài)

自動駕駛領(lǐng)域中的操作系統(tǒng)已通過部分車規(guī)級安全認證，行業(yè)仍處發(fā)展初期。與智能座艙相比，自動駕駛需引入大量傳感器，對底層OS的開放性要求更高，同時需要達到ISO 26262 ASIL D，因此Linux受到廣泛應(yīng)用。

傳統(tǒng)主機廠仍面臨著“軟件困境”，包括難以在短時間內(nèi)消化軟硬件解耦帶來的高成本，與軟件研發(fā)能力欠缺，難以短期內(nèi)實現(xiàn)應(yīng)用開發(fā)的快速交付，因此需高度依賴操作系統(tǒng)供應(yīng)商提供軟件解決方案與開發(fā)工具。芯片企業(yè)、軟件企業(yè)與科技企業(yè)正成為自動駕駛操作系統(tǒng)領(lǐng)域中堅力量，各具特色與優(yōu)勢。

2.2?

車載中間件技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

? 高級自動駕駛需求驅(qū)動下，AP與ROS2.0中間件方案應(yīng)運而生

汽車智能化與網(wǎng)聯(lián)化對ECU的通信速率與計算能力提出了更高的要求，以數(shù)據(jù)為中心的“面向服務(wù)”架構(gòu)開始取代傳統(tǒng)的以消息為中心的“面向信號”通訊架構(gòu)，推動中間件方案的演進。目前市場上主流的中間件方案為AUTOSAR，是汽車行業(yè)內(nèi)應(yīng)用相對成熟的中間件。

Classic AUTOSAR（CP）方案應(yīng)用于分布式架構(gòu)下的的MCU上，且自身包含了基于OSEK標準的OS，擁有更高的功能安全與實時性，適用于引擎控制、制動等傳統(tǒng)ECU；為支持高級自動駕駛需求，AUTOSAR聯(lián)盟推出Adaptive AUTOSAR（AP），與之并列的還有基于機器人軟件中間件打造的ROS(2.0)中間件方案。

? SOME/IP與DDS各有千秋，通信中間件解決“數(shù)據(jù)傳輸”困境

隨著傳感器的數(shù)量增加，數(shù)據(jù)來源增多，多元異構(gòu)數(shù)據(jù)在芯片之間、各任務(wù)進程之間的高效、穩(wěn)定傳遞需要引入通信中間件。SOME/IP與DDS是面向服務(wù)的通信協(xié)議，兩者都采用了發(fā)布/訂閱模式，實現(xiàn)通信雙方在時間、空間和數(shù)據(jù)通信上的多維松耦合，在起源規(guī)范、資源需求、服務(wù)策略、標準交換格式與應(yīng)用場景中存在差異化。

SOME/IP與DDS目前都可以共存于AUTOSAR AP中，分別適合于不同的應(yīng)用場景。SOME/IP相對閉源，DDS可以用于開源商用，目前商業(yè)版DDS包括Connext DDS、（開源）OPENDDS、（開源）FAST DDS等，但大多數(shù)商業(yè)版DDS是非車規(guī)的，企業(yè)需要進行二次開發(fā)才可用于汽車產(chǎn)品。

? 自動駕駛與智能座艙中間件方案百花齊放，企業(yè)加速學(xué)習(xí)與“試錯”

AUTOSAR CP是應(yīng)用于經(jīng)典車控領(lǐng)域的主流中間件，目前已有大量業(yè)界konwhow積累，應(yīng)用成熟。自動駕駛與智能座艙領(lǐng)域的中間件目正處于百花齊放時期，自動駕駛中間件有AUTOSAR AP、DDS、ROS(2.0)三種主流方案，主機廠可基于此進行二次開發(fā)，而智能座艙目前還沒有形成嚴格行業(yè)標準與主流方案。

本土供應(yīng)生態(tài)鏈匱乏，同時技術(shù)研發(fā)初期導(dǎo)致的規(guī)模驗證不足使得目前國產(chǎn)中間件方案發(fā)展受限，但自動駕駛與智能座艙作為新興技術(shù)，企業(yè)們都處于學(xué)習(xí)與“試錯”階段，生態(tài)與量產(chǎn)驗證的不足是技術(shù)走向量產(chǎn)的必經(jīng)之路。

? 本土中間件企業(yè)迎來發(fā)展機遇，以定制服務(wù)為切入點迎合中國汽車市場

車載中間件百花齊放時期為本土企業(yè)帶來了發(fā)展機遇，國際頭部廠商如Vector、ETAS、Elektrobit、Apex.AI擁有更加成熟的中間件產(chǎn)品與技術(shù)，本土企業(yè)走定制化路線，為中國汽車產(chǎn)業(yè)提供更具特色化、性價比的中間件方案，但技術(shù)研發(fā)與創(chuàng)新能力仍需進一步提升。

從產(chǎn)業(yè)鏈角度出發(fā)，車載中間件的供應(yīng)模式有兩種，第一種模式為Tier 1自主研發(fā)基礎(chǔ)軟件，向主機廠提供軟硬一體化解決方案，該模式能夠適配Tier 1自身硬件開發(fā)需求，但不夠“中立”，僅能供給主機廠客戶。第二種模式為專業(yè)的軟件企業(yè)以整體軟件解決方案或聯(lián)合定制開發(fā)模式供應(yīng)給主機廠或Tier 1，更加中立與聚焦。

2.3?

車載虛擬化技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

? 虛擬機實現(xiàn)軟件隔離，助力智能座艙“單芯多屏”發(fā)展

E/E架構(gòu)正由分布式走向域集中式，汽車計算控制單元由單個ECU向高性能計算機轉(zhuǎn)變，產(chǎn)生軟件安全隔離的需求。其中引入虛擬機的概念，可以將物理服務(wù)器的CPU、內(nèi)存、I/O等硬件資源被虛擬化并接受Hypervisor的調(diào)度，使得多個操作系統(tǒng)在Hypervisor的協(xié)調(diào)下可以共享硬件資源，同時每個操作系統(tǒng)又可以保存彼此的獨立性。

自動駕駛與智能座艙都對Hypervisor提出要求，以智能座艙為例，在座艙域控制器中，由于產(chǎn)品屬性不用，需要運行不同類別的操作系統(tǒng)，如儀表功能需要采用實時操作系統(tǒng)QNX，而中控信息娛樂系統(tǒng)傾向于強調(diào)生態(tài)的Linux與Android操作系統(tǒng)，對安全等級要求不盡相同，因此虛擬機已成為座艙電子不可或缺的基礎(chǔ)軟件系統(tǒng)。

? 高算力芯片與域集中架構(gòu)拉動下，虛擬化技術(shù)方興未艾

除了傳統(tǒng)的虛擬化技術(shù)（虛擬機）外，虛擬化技術(shù)還包括容器虛擬化技術(shù)與硬件虛擬化技術(shù)，虛擬化技術(shù)伴隨著高算力芯片與域集中架構(gòu)的出現(xiàn)而產(chǎn)生，目前仍處于方興未艾階段，三種方法優(yōu)劣并存，企業(yè)會根據(jù)自己的需求進行選擇。

相較而言，容器的虛擬化技術(shù)可提供更具輕量級的虛擬化，實現(xiàn)進程與資源的隔離，虛擬化技術(shù)可支持操作系統(tǒng)的虛擬化，實現(xiàn)硬件的資源共享，而硬件虛擬化可靠性與確定性更為優(yōu)異，三種方式目前都被行業(yè)玩家所采納。

? QNX Hypervisor成為市場主流，本土底層操作系統(tǒng)企業(yè)開啟自研進程

目前常見的Hypervisor包括QNX Hypervisor、英特爾的ACRN、Mobica的XEN、大陸L4RE等。QNX Hypervisor與ACRN目前在國內(nèi)都有本土企業(yè)支持，為國內(nèi)常見虛擬機方案，其中QNX Hypervisor是唯一通過ASIL D的安全合規(guī)水平以及預(yù)認證水平的管理程序，具有高性價比與高安全性的優(yōu)勢，因此成為市場主流。

虛擬化技術(shù)與底層操作系統(tǒng)有強關(guān)聯(lián)性，因此國內(nèi)底層操作系統(tǒng)解決方案商開始自主研發(fā)虛擬化平臺，并與芯片企業(yè)深度合作，為主機廠提供整體操作系統(tǒng)解決方案，打造自己的核心競爭力。

2.4?

車載BSP技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

BSP是位于操作系統(tǒng)內(nèi)核與硬件之間的接口層，包括Bootloader、HAL代碼、驅(qū)動程序與配置文件，起到封裝與硬件相關(guān)的代碼、向上提供虛擬的硬件平臺、與操作系統(tǒng)進行交互的作用。BSP大多由軟件企業(yè)（操作系統(tǒng)企業(yè)、中間件企業(yè)）提供，或與芯片企業(yè)聯(lián)合研發(fā)。

從商業(yè)模式角度出發(fā)，軟件企業(yè)與芯片企業(yè)深度綁定后，為芯片企業(yè)提供或共同開發(fā)BSP，后續(xù)域控制器廠商在交付給主機廠時，需要負責(zé)BSP中操作系統(tǒng)訪問硬件時的相關(guān)驅(qū)動程序，以及與硬件訪問直接相關(guān)的軟件，供應(yīng)鏈條較為單一。

2.5?

智能電動汽車產(chǎn)業(yè)生態(tài)重塑，基礎(chǔ)軟件企業(yè)與主機廠合作更為密切

智能電動汽車基礎(chǔ)軟件產(chǎn)業(yè)包括操作系統(tǒng)企業(yè)、虛擬機企業(yè)、中間件企業(yè)和功能軟件企業(yè)，處于汽車產(chǎn)業(yè)鏈上游。

汽車軟硬分離趨勢下，主機廠對軟硬件進行分開采購，根據(jù)車型定位與價格規(guī)劃進行硬件（芯片）選型，同時聯(lián)合基礎(chǔ)軟件企業(yè)，主要包括操作系統(tǒng)廠商與中間件廠商，進行軟件架構(gòu)的搭建與芯片的適配。過往嚴苛的鏈條式供應(yīng)模式正逐步向扁平化的“合作”模式轉(zhuǎn)變，基礎(chǔ)軟件與主機廠的合作愈發(fā)緊密，同時與芯片廠商深度綁定。

量產(chǎn)案例、定制化服務(wù)能力與芯片適配度為主機廠選擇一家基礎(chǔ)軟件企業(yè)的首要考慮因素；同時，在如今高度依賴外資企業(yè)的格局下，實現(xiàn)自主研發(fā)、自主產(chǎn)權(quán)更能夠順應(yīng)國情，打造屬于自己的“中國方案”，而滿足高安全性則是一家基礎(chǔ)軟件企業(yè)需具備的基本條件。

3. 發(fā)展趨勢

3.1?

技術(shù)：跨域融合趨勢下，汽車基礎(chǔ)軟件需求與挑戰(zhàn)并存

電子電氣變革加速，跨域融合成為大勢所趨。預(yù)測2030年后整車集中式E/E架構(gòu)有望成為主流架構(gòu)。與此同時，中間件將趨于標準化，方便各個域控制器之間結(jié)合與協(xié)調(diào)，Hypervisor的應(yīng)用將愈加復(fù)雜與廣泛，操作系統(tǒng)領(lǐng)域?qū)⒊霈F(xiàn)統(tǒng)一的智能汽車操作系統(tǒng)，涵蓋座艙域、車控域與自動駕駛域等功能。

各個域間數(shù)據(jù)天然屬性、處理方式、時效性要求的不同為跨域融合帶來了巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)，同時集中化趨勢下基礎(chǔ)軟件、芯片、域控制器廠商與主機廠間的合作將更加緊密，產(chǎn)業(yè)合作中的成本利潤分配也是跨域融合下另一挑戰(zhàn)。

3.2?

產(chǎn)業(yè)：基礎(chǔ)軟件將趨于標準化，產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)“軟軟分離”

主機廠選擇自研或外包基礎(chǔ)軟件取決于技術(shù)的差異化程度與成熟度。隨著研發(fā)能力逐漸增強，主機廠將自主定義軟件架構(gòu)，搭建通用的軟件平臺架構(gòu)，并掌控核心應(yīng)用軟件的自主研發(fā)，構(gòu)建用戶行為模式、車輛運行狀態(tài)和外部情況共同優(yōu)化的模型，以用戶為中心，實現(xiàn)用戶生命周期管理。

隨著底層技術(shù)逐漸成熟，底層操作系統(tǒng)、中間件、部分非核心應(yīng)用軟件等差異化程度將越來越低，易實現(xiàn)標準化。未來，此類軟件主機廠會分別進行單獨采購，從而將軟件分成多層和多模塊，由多家供應(yīng)商合作完成供應(yīng)，實現(xiàn)“軟軟分離”。

3.3?

生態(tài)：生態(tài)共建成行業(yè)共識與趨勢，基礎(chǔ)軟件的生態(tài)五要素相輔相成

產(chǎn)業(yè)協(xié)同，生態(tài)共建成為汽車行業(yè)的共識，對于基礎(chǔ)軟件而言，未來構(gòu)建汽車行業(yè)的生態(tài)需要從五個維度出發(fā)，包括軟硬件解耦下的供應(yīng)鏈生態(tài)，完備的工具體系供應(yīng)，軟件人才孵化與培養(yǎng)，技術(shù)標準化的建立，最終實現(xiàn)良好的用戶生態(tài)。

構(gòu)建行業(yè)生態(tài)是一個長期的過程，需要企業(yè)間的相互協(xié)調(diào)與共同推動。軟件人才為行業(yè)發(fā)展的基石，而完備的工具鏈體系與標準化的技術(shù)則為行業(yè)的助燃劑，推動最終行業(yè)供應(yīng)鏈體系的形成與終端應(yīng)用的生態(tài)交互，五要素缺一不可，相輔相成。

3.4?

本土化：基礎(chǔ)軟件行業(yè)標準有序建立，產(chǎn)業(yè)協(xié)同筑“中國方案”護城河

基礎(chǔ)軟件白皮書的編寫推動著行業(yè)生態(tài)與技術(shù)發(fā)展，未來會持續(xù)發(fā)布基礎(chǔ)軟件相關(guān)白皮書，加速行業(yè)的標準搭建，AUTOSEMO作為中國汽車基礎(chǔ)軟件生態(tài)委員會推動著ASF團標的建設(shè)與規(guī)劃，行業(yè)標準的建立與統(tǒng)一正在提速。“中國方案”以現(xiàn)有技術(shù)為基礎(chǔ)，延伸打造適合中國主機廠的“特色”方案，落地指日可待。

標準的推動離不開本土企業(yè)的共同參與，本土企業(yè)未來可通過完整汽車功能安全認證，協(xié)同主機廠量產(chǎn)驗證，建立軟件人才儲備，加強生態(tài)合作，優(yōu)化定制化服務(wù)五個方面來打造自己的核心競爭力，促進中國基礎(chǔ)軟件行業(yè)的蓬勃發(fā)展。

中國智能電動汽車迎來高速發(fā)展，帶來車載基礎(chǔ)軟件的創(chuàng)新與更迭。在車載基礎(chǔ)軟件細分領(lǐng)域中，自動駕駛操作系統(tǒng)、智能座艙操作系統(tǒng)、部分中間件產(chǎn)品為主機廠帶來更多的差異化，成為本土企業(yè)的“必爭之地”，主機廠、Tier 1、軟件企業(yè)紛紛入場，試圖成為行業(yè)標準的“領(lǐng)頭羊”。三分天下，大勢未定，隨著技術(shù)走向成熟，產(chǎn)業(yè)分工格局有望日益明朗。

前路漫漫，道阻且長，但中國的汽車基礎(chǔ)軟件標準正在建立中，生態(tài)圈的構(gòu)建也在進一步擴大，“中國方案”指日可待。