研究背景

為了更好的應(yīng)對(duì)軟件定義汽車發(fā)展需求，近年來(lái)汽車行業(yè)開始重點(diǎn)關(guān)注整車軟件開發(fā)平臺(tái)，以確保實(shí)現(xiàn)在不影響車輛安全的前提下，利用開放的車輛應(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)和部署周期。基礎(chǔ)軟件是汽車行業(yè)進(jìn)入軟件定義時(shí)代的關(guān)鍵一環(huán)，也是整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈除芯片硬件之外，最基本的底 層能力標(biāo)簽。它之所以能在汽車智能化中扮演越來(lái)越重要的角色，首先就是因?yàn)槠囍悄芑⒕W(wǎng)聯(lián)化發(fā)展， 整車電子電氣架構(gòu)從過去的分布式架構(gòu)逐漸過渡到基于域控制器的架構(gòu)，促使 ECU 功能區(qū)域集中化，使得車內(nèi)控制系統(tǒng)趨于形成統(tǒng)一的軟件架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)及通用的硬件平臺(tái)。汽車基礎(chǔ)軟件是用于實(shí)現(xiàn)汽車系統(tǒng)軟硬件解耦，與用戶應(yīng)用功能無(wú)關(guān)，但是提供汽車系統(tǒng)服務(wù)的一系列支撐的軟件集合，是一個(gè)開發(fā)汽車控制和應(yīng)用功能的完整嵌入式平臺(tái)軟件，其中內(nèi)核、虛擬化、中間件及功能軟件共同組成了基礎(chǔ)軟件平臺(tái)?；A(chǔ)軟件平臺(tái)與硬件共同構(gòu)成了計(jì)算基礎(chǔ)平臺(tái)。計(jì)算基礎(chǔ)平臺(tái)與應(yīng)用軟件最終構(gòu)成了計(jì)算平臺(tái)。

圖1.1-1基礎(chǔ)軟件平臺(tái)架構(gòu)

2019 年中國(guó)軟件評(píng)測(cè)中心和賽迪（浙江）汽車檢測(cè)服務(wù)有限公司發(fā)布了《車載智能計(jì)算基礎(chǔ)平臺(tái)參考架構(gòu) 1.0》，對(duì)自動(dòng)駕駛操作系統(tǒng)的定義是基于異構(gòu)分布硬件架構(gòu)，包含系統(tǒng)軟件和功能軟件的整體基礎(chǔ)框架軟件。系統(tǒng)軟件是針對(duì)汽車場(chǎng)景定制的復(fù)雜大規(guī)模嵌入式系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境。系統(tǒng)軟件一般包含異 構(gòu)分布系統(tǒng)的多內(nèi)核設(shè)計(jì)及優(yōu)化、Hypervisor、POSIX/ARA（AUTOSAR Runtime forAdaptive Applica- tions）、分布式系統(tǒng) DDS（數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)）等。2021 年 7 月汽標(biāo)委發(fā)布了《車控操作系統(tǒng)架構(gòu)研究報(bào)告》、《車控操作系統(tǒng)總體技術(shù)要求研究報(bào)告》、《車載操作系統(tǒng)架構(gòu)研究報(bào)告》、《車載操作系統(tǒng)總體技術(shù)要求研究報(bào)告》等 4 份研究報(bào)告，對(duì)汽車基礎(chǔ)軟件進(jìn)行了明確定義。

• 車載芯片軟件即為微控制器的驅(qū)動(dòng)軟件，包括 CAN 驅(qū)動(dòng)，I/O 驅(qū)動(dòng)，SPI 驅(qū)動(dòng)，ADC 驅(qū)動(dòng)等，對(duì)于高性能計(jì)算單元而言，芯片驅(qū)動(dòng)包含芯片外設(shè)驅(qū)動(dòng)、Bootloader、硬件抽象層等，芯片驅(qū)動(dòng)的作用是實(shí)現(xiàn)芯片功能，并為車載操作系統(tǒng)提供應(yīng)用平臺(tái)。

• 車用操作系統(tǒng)主要分為車控操作系統(tǒng)和車載操作系統(tǒng)，如下圖所示。

圖1.1-2車用操作系統(tǒng)分類

• 車控操作系統(tǒng)運(yùn)行于車載智能計(jì)算基礎(chǔ)平臺(tái)異構(gòu)硬件之上，支撐智能網(wǎng)聯(lián)汽車駕駛自動(dòng)化功能實(shí)現(xiàn)和安全可靠運(yùn)行的軟件集合。車控操作系統(tǒng)中支撐駕駛自動(dòng)化功能實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜大規(guī)模嵌入式系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境，分為安全車控操作系統(tǒng)和智能駕駛操作系統(tǒng)。安全車控操作系統(tǒng)主要是實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS），主要應(yīng)用對(duì)象是 ECU。ECU  對(duì)安全車控操作系統(tǒng)最基本的要求是高實(shí)時(shí)性，系統(tǒng)需要在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成資源分配、任務(wù)同步等指定動(dòng)作。嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)具有高可靠性、實(shí)時(shí)性、交互性以及多路性的優(yōu)勢(shì)，系統(tǒng)響應(yīng)速度極高，通常在毫秒或者微秒級(jí)別，滿足了高實(shí)時(shí)性的要求。目前，主流的安全車控操作系統(tǒng)都兼容 OSEK/VDX 和Clas-sic AUTOSAR 這兩類汽車電子軟件標(biāo)準(zhǔn)。其中，Classic 平臺(tái)基于 OSEK/VDX 標(biāo)準(zhǔn)，定義了安全車控操作系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范。

• 車載操作系統(tǒng)主要面向信息娛樂和智能座艙，主要應(yīng)用于車機(jī)中控系統(tǒng)，對(duì)于安全性和可靠性的要求處于中等水平，但由于它是一個(gè)車輛重要的信息與數(shù)據(jù)交互中心，因而對(duì)數(shù)據(jù)安 全合規(guī)性的要求很高。該類操作系統(tǒng)發(fā)展迅速，依托于該類操作系統(tǒng)的生態(tài)也處于迅速發(fā)展時(shí)期。

• 虛擬化（Hypervisor）是一種硬件虛擬化技術(shù)，管理并虛擬化硬件資源（如 CPU 、內(nèi)存和外圍設(shè)備等），提供給運(yùn)行在 Hypervisor 之上的多個(gè)內(nèi)核系統(tǒng)。

• 中間件是一套滿足標(biāo)準(zhǔn)接口和協(xié)議的通用平臺(tái)，它可以實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)的軟件互聯(lián)，具有高度的移植性。