本文節(jié)選自：《中國汽車基礎(chǔ)軟件發(fā)展白皮書3.0》

基于一個(gè)整車平臺(tái)，車企可以衍生出多款車型，從而全面提升硬件資源的復(fù)用性。縱觀汽車工業(yè)的發(fā)展歷程，平臺(tái)化是驅(qū)動(dòng)汽車行業(yè)高速發(fā)展的關(guān)鍵，它不僅有利于突破復(fù)雜技術(shù)、提升產(chǎn)品的可靠性和一致性，還有利于降低研發(fā)成本、縮短開發(fā)周期。

隨著汽車E/E 架構(gòu)的升級(jí)和智能網(wǎng)聯(lián)汽車的快速發(fā)展，對(duì)汽車軟件的迭代更新提出了更高要求。因此，打造車用一體化軟件平臺(tái)是車企實(shí)現(xiàn)軟件定義汽車戰(zhàn)略布局的重中之重。

白皮書3.0 旨在分析汽車基礎(chǔ)軟件平臺(tái)及其關(guān)聯(lián)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，除了對(duì)其技術(shù)形態(tài)做一般性定義之外，還進(jìn)一步解讀了其中的關(guān)鍵技術(shù)、分析了典型應(yīng)用案例，幫助產(chǎn)業(yè)鏈參與者對(duì)智能汽車車用基礎(chǔ)軟件平臺(tái)的技術(shù)形態(tài)和發(fā)展趨勢(shì)產(chǎn)生更多思考。

1.1 智能汽車車用基礎(chǔ)軟件平臺(tái)的定義與分類

1.1.1 智能汽車車用基礎(chǔ)軟件平臺(tái)定義

汽車軟件主要分為應(yīng)用軟件和基礎(chǔ)軟件。應(yīng)用軟件和業(yè)務(wù)形態(tài)高度關(guān)聯(lián)，不同控制器的應(yīng)用軟件之間差異較大?；A(chǔ)軟件介于應(yīng)用軟件和硬件之間用于屏蔽硬件特性、支撐應(yīng)用軟件，可有效地實(shí)現(xiàn)應(yīng)用軟件與硬件之間解耦，非常適合平臺(tái)化最終形成基礎(chǔ)軟件平臺(tái)。

車用基礎(chǔ)軟件開發(fā)平臺(tái)和車用基礎(chǔ)軟件驗(yàn)證平臺(tái)在汽車軟件中的位置如圖1.1-1 所示。基礎(chǔ)軟件平臺(tái)又可以進(jìn)一步分為基礎(chǔ)軟件開發(fā)平臺(tái)和基礎(chǔ)軟件驗(yàn)證平臺(tái)。其中，基礎(chǔ)軟件開發(fā)平臺(tái)包含內(nèi)核、虛擬化模塊，中間件，功能軟件以及與之相配套的開發(fā)工具鏈，用于支撐應(yīng)用軟件的快速迭代開發(fā)。基礎(chǔ)軟件驗(yàn)證平臺(tái)通過調(diào)試、分析、仿真、測(cè)試等手段驗(yàn)證設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的一致性。

圖1.1-1 汽車軟件構(gòu)成

白皮書著重講述基礎(chǔ)軟件開發(fā)平臺(tái)，僅在部分章節(jié)對(duì)基礎(chǔ)軟件驗(yàn)證平臺(tái)進(jìn)行介紹。

1.1.2 智能汽車車用基礎(chǔ)軟件開發(fā)平臺(tái)分類

2019 年10 月，汽標(biāo)委發(fā)布了《車用操作系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)體系》，參考該標(biāo)準(zhǔn)可以類似地將智能汽車車用基礎(chǔ)軟件開發(fā)平臺(tái)分為安全車控基礎(chǔ)軟件開發(fā)平臺(tái)、智能駕駛基礎(chǔ)軟件開發(fā)平臺(tái)和車載信息娛樂基礎(chǔ)軟件開發(fā)平臺(tái)。

1. 安全車控基礎(chǔ)軟件開發(fā)平臺(tái)

安全車控基礎(chǔ)軟件開發(fā)平臺(tái)主要面向車輛經(jīng)典控制領(lǐng)域，如動(dòng)力系統(tǒng)、底盤系統(tǒng)和車身系統(tǒng)等，該類基礎(chǔ)軟件開發(fā)平臺(tái)對(duì)實(shí)時(shí)性和安全性的要求極高。目前，主流的安全車控基礎(chǔ)軟件開發(fā)平臺(tái)兼容OSEK/VDX 或Classic AUTOSAR 標(biāo)準(zhǔn)，其功能安全等級(jí)需要達(dá)到ASIL-D。

2. 智能駕駛基礎(chǔ)軟件開發(fā)平臺(tái)

智能駕駛基礎(chǔ)軟件開發(fā)平臺(tái)主要面向智能駕駛領(lǐng)域，用于智能駕駛輔助，以及全自動(dòng)駕駛功能的控制器上。目前智能駕駛控制器主要使用的底層操作系統(tǒng)有QNX 以及Linux。

與安全車控基礎(chǔ)軟件開發(fā)平臺(tái)相比，對(duì)智能駕駛基礎(chǔ)軟件開發(fā)平臺(tái)的要求主要體現(xiàn)在：

?  強(qiáng)大的計(jì)算能力，以滿足圖像識(shí)別和決策計(jì)算的要求
?  強(qiáng)大的數(shù)據(jù)吞吐能力，以滿足多傳感器數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)接入和處理要求
?  高度的靈活性、擴(kuò)展性、可編程性，以滿足多種算法模型的需要
?  易用性，以滿足ADAS 和自動(dòng)駕駛算法所需調(diào)試、調(diào)優(yōu)、調(diào)測(cè)的需要

當(dāng)前異構(gòu)分布硬件各單元所要求的功能安全等級(jí)有所不同，AI 單元需要達(dá)到QM 至ASIL-B，計(jì)算單元需要達(dá)到QM 至ASIL-D。

中國軟件測(cè)評(píng)中心2019 年發(fā)布的《車載智能計(jì)算基礎(chǔ)平臺(tái)參考架構(gòu)1.0》就是智能駕駛基礎(chǔ)軟件開發(fā)平臺(tái)的一個(gè)重要參考。

3. 車載信息娛樂基礎(chǔ)軟件開發(fā)平臺(tái)

車載信息娛樂基礎(chǔ)軟件開發(fā)平臺(tái)主要為車載信息娛樂服務(wù)以及車內(nèi)人機(jī)交互提供控制平臺(tái)，是汽車實(shí)現(xiàn)座艙智能化與多源信息交互的必要運(yùn)行環(huán)境。

車載信息娛樂基礎(chǔ)軟件開發(fā)平臺(tái)對(duì)于實(shí)時(shí)性、安全性、可靠性的要求處于中等水平，既可以使用Android、Linux 等非實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，也可以使用QNX、VxWorks 等實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。為便于應(yīng)用程序移植，當(dāng)前越來越多的車載信息娛樂基礎(chǔ)軟件開發(fā)平臺(tái)采用Android Automotive OS 或其他類Linux 系統(tǒng)。

隨著車輛由單純的交通工具向智能移動(dòng)終端轉(zhuǎn)變，車載信息娛樂基礎(chǔ)軟件開發(fā)平臺(tái)需要滿足如下要求：

?  支持多樣化應(yīng)用，滿足支付、娛樂、導(dǎo)航、信息服務(wù)等多樣化功能需求
?  支持多生態(tài)資源，將手機(jī)端龐大的信息娛樂服務(wù)生態(tài)資源，通過采用相同或類似的操作系統(tǒng)，快速移植到車輛智能終端，避免重復(fù)開發(fā)
?  安全，通過深度定制達(dá)到車輛信息安全和功能安全的標(biāo)準(zhǔn)

1.2 智能汽車車用基礎(chǔ)軟件開發(fā)平臺(tái)的要素

基礎(chǔ)軟件開發(fā)平臺(tái)的要素分為嵌入式軟件、開發(fā)方法論和配套工具鏈。

1.2.1 嵌入式軟件

嵌入式軟件是基礎(chǔ)軟件開發(fā)平臺(tái)的基本組成部分，需要滿足功能實(shí)現(xiàn)要求和功能安全要求。

一是標(biāo)準(zhǔn)化/ 可擴(kuò)展的功能實(shí)現(xiàn)。標(biāo)準(zhǔn)化/ 可擴(kuò)展的功能實(shí)現(xiàn)既要充分滿足整車應(yīng)用對(duì)基礎(chǔ)軟件開

發(fā)平臺(tái)的功能需求，又要充分考慮這些功能需求的標(biāo)準(zhǔn)化/ 可擴(kuò)展性。總結(jié)和歸納共性的需求，基于共

性需求參考和借鑒國內(nèi)外的優(yōu)秀案例，充分考慮未來汽車基礎(chǔ)軟件的發(fā)展趨勢(shì)，提出更加成熟的軟件設(shè)

計(jì)并將其標(biāo)準(zhǔn)化。標(biāo)準(zhǔn)化可以推動(dòng)基礎(chǔ)軟件開發(fā)平臺(tái)的推廣，可擴(kuò)展可以支撐基礎(chǔ)軟件開發(fā)平臺(tái)的發(fā)展。

二是符合功能安全要求。基礎(chǔ)軟件開發(fā)平臺(tái)支撐著整車應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)，如果不能守護(hù)好安全這道大門，

后果不堪設(shè)想。ISO26262（2018）對(duì)基礎(chǔ)軟件開發(fā)過程的各個(gè)階段提出了充分的要求和建議，可以作為基礎(chǔ)軟件開發(fā)平臺(tái)開發(fā)的準(zhǔn)則和指導(dǎo)。

1.2.2 開發(fā)方法論

開發(fā)方法論是基礎(chǔ)軟件開發(fā)平臺(tái)的重要組成部分。清晰的開發(fā)方法論可以最大程度發(fā)揮出基礎(chǔ)軟件開發(fā)平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)。開發(fā)方法論應(yīng)該包含與內(nèi)外部開發(fā)環(huán)境的交互規(guī)則和詳細(xì)的使用說明。

交互規(guī)則不僅定義了基礎(chǔ)軟件開發(fā)平臺(tái)內(nèi)部之間的交互規(guī)則，還定義了基礎(chǔ)軟件開發(fā)平臺(tái)與應(yīng)用軟件、其他開發(fā)工具之間的交互規(guī)則，以便基礎(chǔ)軟件開發(fā)平臺(tái)可以與其他開發(fā)環(huán)境更好地兼容與交互。詳細(xì)的使用說明可用于指導(dǎo)用戶合理、安全地使用基礎(chǔ)軟件開發(fā)平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)所需的整車功能。以AUTOSARCP 開發(fā)方法論為例，圖1.2-1 展示了從系統(tǒng)層級(jí)配置到ECU 可執(zhí)行文件生成的過程以及該過程中的文件交互。白皮書2.1 AUTOSAR CP 一章會(huì)對(duì)該方法論進(jìn)行詳細(xì)說明。

1.2.3 配套工具鏈

配套工具鏈?zhǔn)腔A(chǔ)軟件開發(fā)平臺(tái)的必要組成部分。使用工具鏈自動(dòng)生成基礎(chǔ)軟件開發(fā)平臺(tái)的配置代碼可以減少編碼成本、提高軟件質(zhì)量、統(tǒng)一軟件風(fēng)格、降低設(shè)計(jì)難度。工具鏈需要滿足安全穩(wěn)定、易用、開放完整的要求。詳見圖1.2-2。

圖1.2-2 基礎(chǔ)軟件開發(fā)平臺(tái)工具鏈設(shè)計(jì)要求

安全穩(wěn)定是工具鏈的第一要?jiǎng)?wù)。通過強(qiáng)化高功能安全、高網(wǎng)絡(luò)安全等能力，對(duì)全鏈路的數(shù)據(jù)處理、原型搭建、算法開發(fā)、信息標(biāo)準(zhǔn)化等流程進(jìn)行強(qiáng)有力的保證，保障基礎(chǔ)軟件開發(fā)平臺(tái)應(yīng)用開發(fā)全流程的安全穩(wěn)定。

易用性是衡量工具鏈價(jià)值的重要指標(biāo)。其包括合理的界面設(shè)計(jì)、功能模塊的獨(dú)立解耦、自動(dòng)代碼的生成能力、圖形化配置的能力等。

開放完整是提高開發(fā)效率的重要保證。工具鏈需要：配合基礎(chǔ)軟件開發(fā)平臺(tái)對(duì)新技術(shù)新功能不斷開放創(chuàng)新；需要面向不同垂直應(yīng)用領(lǐng)域提供開放的場(chǎng)景模型庫；需要兼容不同OEM 的應(yīng)用場(chǎng)景及第三方應(yīng)用軟件開發(fā)；需要通過工具鏈的開放生態(tài)助力基礎(chǔ)軟件開發(fā)平臺(tái)的生態(tài)化發(fā)展。工具鏈的完整性不僅是單一業(yè)務(wù)場(chǎng)景下的功能完整，更是覆蓋全流程的完整。以自動(dòng)駕駛為例，工具鏈需要覆蓋從算法模型訓(xùn)練到芯片運(yùn)行模型預(yù)測(cè)的完整AI 開發(fā)過程，并通過其開放性不斷豐富自動(dòng)駕駛應(yīng)用場(chǎng)景庫以加快開發(fā)速度、保證開發(fā)質(zhì)量。

1.3 智能汽車車用基礎(chǔ)軟件平臺(tái)發(fā)展現(xiàn)狀

國內(nèi)外主機(jī)廠、造車新勢(shì)力、零部件供應(yīng)商等都在著力打造其專屬的基礎(chǔ)軟件平臺(tái)，并已形成以O(shè)S為核心向基礎(chǔ)軟件平臺(tái)進(jìn)化的趨勢(shì)。此處挑選兩個(gè)國外主機(jī)廠基礎(chǔ)軟件開發(fā)平臺(tái)的案例進(jìn)行介紹，國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀將在第6 章中介紹。

1.3.1 大眾VW · OS

2019 年6 月，基于汽車智能化和汽車新商業(yè)模式的需求，大眾汽車宣布成立Car·Software 軟件部門，

專門從事自主軟件平臺(tái)VW · OS 的研發(fā)。計(jì)劃于2025 年，旗下所有新車型均搭載VW · OS，以實(shí)現(xiàn)車

輛傳統(tǒng)控制系統(tǒng)、ADAS 系統(tǒng)、車載娛樂/ 互聯(lián)系統(tǒng)、能源管理系統(tǒng)和車輛舒適系統(tǒng)的全面整合。

VW · OS 是集成了POSIX OS、Adaptive AUTOSAR、VW API 的一體式SOA 平臺(tái)，用于大眾全新集中式E/E 架構(gòu)ICAS。其中Adaptive AUTOSAR 的實(shí)現(xiàn)采用了EB xelor 高性能計(jì)算軟件平臺(tái)（基于AUTOSARAP R19-03 標(biāo)準(zhǔn))。目前該平臺(tái)已實(shí)現(xiàn)在大眾ID.3 系列車型上的搭載。大眾VW·OS 如圖1.3-1所示。

圖1.3-1 大眾VW·OS

1.3.2 豐田Arene · OS

為了更好地應(yīng)對(duì)軟件定義汽車的發(fā)展需求，2021 年8 月豐田宣布將在未來五年內(nèi)打造整車軟件平臺(tái)Arene · OS，以實(shí)現(xiàn)在不影響車輛安全的前提下，借助其開放的車輛應(yīng)用程序編程接口和軟件工具包，完成汽車軟件的快速迭代，從而縮短汽車軟件開發(fā)和部署的周期。

豐田Arene · OS 軟件平臺(tái)如圖1.3-2 所示，其主要包括軟件工具包和Arene API 車輛應(yīng)用程序編程接口。其中軟件Arene API 采用Rust 語言編寫，作為預(yù)編譯的C/C++ 庫被部署在車輛內(nèi)的接口ECU上，并可實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)部署。Arene · OS 軟件工具/ 服務(wù)包括APP SDK（用于開發(fā)、測(cè)試和部署應(yīng)用到虛擬設(shè)備或者真實(shí)車輛的工具和API）, 虛擬仿真/ 測(cè)試平臺(tái)（支持虛擬場(chǎng)景創(chuàng)建、軟件在環(huán)和硬件在環(huán)仿真）和基礎(chǔ)開發(fā)環(huán)境（采用基于云的數(shù)據(jù)管道技術(shù)，結(jié)合可自動(dòng)創(chuàng)建AWS 沙箱的Ansible 和Terraform 模板來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理和索引）。借助Arene · OS 的車輛抽象層, 開發(fā)者可以將相同的源代碼部署到任何運(yùn)行Arene · OS 的車輛，從而提升軟件的復(fù)用性。

圖1.3-2 豐田Arene·OS

與此同時(shí)，國內(nèi)基礎(chǔ)軟件平臺(tái)的發(fā)展呈現(xiàn)出百花齊放、欣欣向榮的態(tài)勢(shì)，但是其中也存在一些痛點(diǎn)和問題。例如在安全車控基礎(chǔ)軟件平臺(tái)方面，本土化問題也越來越突出，不少控制器開發(fā)還是基于國外的解決方案；在智能駕駛基礎(chǔ)軟件平臺(tái)方面，還存在多處“卡脖子” 技術(shù)短板，尚未出現(xiàn)足夠成熟的解決方案并且缺乏實(shí)時(shí)安全的內(nèi)核、中間件和虛擬化產(chǎn)品；在車載信息娛樂基礎(chǔ)軟件平臺(tái)方面，內(nèi)核種類繁多，業(yè)內(nèi)供應(yīng)商各自為戰(zhàn)，尚未形成合力。