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智能汽車車用基礎(chǔ)軟件平臺 架構(gòu)設(shè)計
自動駕駛操作系統(tǒng)是車載智能計算基礎(chǔ)平臺的核心部分，如圖 3.1-3 所示。自動駕駛操作系統(tǒng)使用并包含了車控操作系統(tǒng)，其基于異構(gòu)分布硬件 / 芯片組合，是車控操作系統(tǒng)的異構(gòu)分布擴展。車控操作系統(tǒng)是指傳統(tǒng)車控 ECU 中主控芯片 MCU 裝載運行的嵌入式操作系統(tǒng)，如 AUTOSAR(OSEK) 操作系統(tǒng)， 可參考 Classic AUTOSAR 軟件架構(gòu)，吸收其模塊化和分層思想。自動駕駛操作系統(tǒng)，除具有車控操作系統(tǒng)的功能和特點外，還能夠提供高性能、高可靠的傳感器、分布式通信、自動駕駛通用框架等模塊，以支持自動駕駛感知、規(guī)劃、決策、控制等功能的共性實現(xiàn)。自動駕駛操作系統(tǒng)將車控操作系統(tǒng)納入整體系統(tǒng)軟件和功能軟件框架。車控操作系統(tǒng)運行在 MCU 上，一般以功能安全 ASIL-D 等級保障車載智能計算基礎(chǔ)平臺安全可靠，并根據(jù)自動駕駛需求進行一定程度上的擴展。
圖3.1-3 自動駕駛操作系統(tǒng)
系統(tǒng)軟件和功能軟件是車載智能計算基礎(chǔ)平臺安全、實時、高效的核心和基礎(chǔ)。自動駕駛操作系統(tǒng)包含系統(tǒng)軟件和功能軟件兩部分。系統(tǒng)軟件創(chuàng)建復(fù)雜嵌入式系統(tǒng)運行環(huán)境。功能軟件根據(jù)自動駕駛核心共 性需求，明確定義自動駕駛各共性子模塊。系統(tǒng)軟件可參考借鑒 AUTOSAR 軟件架構(gòu)分層思想，可以實現(xiàn)與 Classic 和 Adaptive 兩個平臺的兼容和交互。功能軟件根據(jù)自動駕駛共性需求，進行通用模塊定義和實現(xiàn)，可補充 AUTOSAR 架構(gòu)在自動駕駛方面的不足和缺失。
目前應(yīng)用在汽車或嵌入式系統(tǒng)中的 RTOS（實時操作系統(tǒng)），如 OSEK OS，VxWorks，RT-Linux 等， 均可作為計算單元內(nèi)核的選擇，但要考慮其汽車功能安全等級以及市場成熟度。另外，車載智能計算基 礎(chǔ)平臺的復(fù)雜性也要求內(nèi)核系統(tǒng)對系統(tǒng)軟件、功能軟件及應(yīng)用軟件的庫支持和編程性。國內(nèi)相關(guān) ICT 企業(yè)如華為、中興等也推出了自研實時內(nèi)核系統(tǒng)，并開始商用和計劃通過汽車功能安全評估。Linux 內(nèi)核緊湊高效，開源靈活，廣泛支持芯片和硬件環(huán)境及應(yīng)用層程序。目前技術(shù)路線也有對 Linux 系統(tǒng)進行定制優(yōu)化， 實現(xiàn)部分 CPU 和內(nèi)存資源保護并高效實時的混合系統(tǒng)，達到功能安全等級要求。QNX 是目前廣泛應(yīng)用的汽車嵌入式 RTOS 內(nèi)核系統(tǒng)，其建立在微內(nèi)核和完全地址空間保護基礎(chǔ)之上，硬實時、穩(wěn)定、可靠、安全， 滿足 ASIL-D 功能安全等級。
目前自動駕駛算法大多在基于 Linux 內(nèi)核的中間件環(huán)境 ROS（機器人操作系統(tǒng)）中進行搭建和驗證。ROS 主要提供 “節(jié)點” 之間數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。為了增強 “節(jié)點” 之間數(shù)據(jù)的實時性、持續(xù)性和可靠性，近期發(fā)布的 ROS2 通訊系統(tǒng)基于分布式系統(tǒng)數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)設(shè)計。ROS 依托于 Linux 系統(tǒng)，無法滿足車規(guī)級和嵌入式系統(tǒng)要求，其效率、安全等方面的問題也限制了其商業(yè)產(chǎn)品化。
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