導讀:：本文節(jié)選自《中國汽車基礎軟件發(fā)展報告5.0》，本報告圍繞汽車智能化發(fā)展趨勢下的軟件架構，探討并關注如何在融入 AI 大模型的情況下，打造安全、可靠、穩(wěn)定的開放式軟件架構，以及該架構中的關鍵技術、實踐案例與發(fā)展趨勢，旨在為整車智能化軟件產(chǎn)業(yè)鏈參與者提供有益的指導和參考。本報告分為8個章節(jié)，由軟件架構、生態(tài)系統(tǒng)到未來發(fā)展趨勢的預判。

本文節(jié)選第一章：面向 AI 大模型的開放式軟件架構概述

01.開放式軟件架構

開放式軟件架構是指軟件系統(tǒng)或應用程序基于開放的標準和接口進行設計和開發(fā)，可以與其他系統(tǒng)或應用程序進行無縫集成和交互，這種架構模式可以提高軟件的靈活性、可擴展性和互操作性，同時也可以降低軟件的成本和風險。其本質是：基于規(guī)則的開放參與共建軟件架構，且規(guī)則本身對于全體參與者來說，也是開放可修改的?；谶@一定義與原則，AUTOSEMO 從成立開始就提出了汽車軟件架構，經(jīng)過這幾年演進，已從基礎軟件平臺演化到 2023 年發(fā)布的整車軟件開發(fā)平臺（如圖 1.1-1 整車軟件開發(fā)平臺所示）。

圖1.1-1 整車軟件開發(fā)平臺

開放式軟件架構具備三大特點：

（1）軟件架構：以穩(wěn)定性和安全性高的操作系統(tǒng)底座為基礎，開放性強、兼容度高，復用性好的中間件為核心；

（2）工具鏈友好：包括 SDK（Software Development Kit，軟件開發(fā)工具包，以下簡稱 SDK）、API（Application Programming Interface, 應用程序編程接口，以下簡稱 API）、文檔等開發(fā)者工具，幫助開發(fā)者更快地開發(fā)和部署應用程序和服務；

（3）生態(tài)屬性：行業(yè)共建，持續(xù)迭代，具有延續(xù)性和開放兼容性。

1. 開放式架構

開放式架構（Open Software Architecture，以下簡稱 OSA）作為一種創(chuàng)新的軟件設計理念，為汽車軟件領域帶來了革命性的變革。它不僅從根本上加速了軟件的迭代更新，還極大地豐富了功能擴展的可能性，并促進了跨領域的協(xié)同合作。在一個不斷生長的開放式架構模式下，擴展性、適應性、可靠性、松耦合等能力，才是軟件的核心競爭力。

圖1.1-2 AUTOSEMO開放式軟件架構詳細

如圖 1.1-2 所示，AUTOSEMO 的開放式軟件架構基礎軟件部分，除操作系統(tǒng)內(nèi)核之外，還有用于跨域交互的中間件 ASF（AUTOSEMO Service framework，AUTOSEMO 通用服務框架中間件，以下簡稱 ASF）。ASF 框架是面向整車跨域控制器打造的 SOA（Service-Oriented Architecture，面向服務的架構，以下簡稱 SOA）框架下的中間件，基于標準基礎軟件向上擴展，解決域控制器異構芯片跨核融合問題，實現(xiàn)域控制器的統(tǒng)一開發(fā)視圖。ASF 框架是開放的分布式服務框架，通過 ASF 規(guī)范統(tǒng)一服務和接口定義，梳理服務開發(fā)環(huán)境與運行環(huán)境，用于打造高效、集成便捷的開發(fā)式架構。

2. 工具鏈

在汽車軟件開放式架構中，開發(fā)者工具是連接軟件開發(fā)者與系統(tǒng)硬件、中間件及最終應用的橋梁，也是保障系統(tǒng)有效開發(fā)和維護的關鍵。汽車電子電氣架構趨于復雜化，在多域融合的架構中，滿足開發(fā)者應用的工具顯得尤為重要。這些工具不僅要支持不同領域的開發(fā)需求，還要提供統(tǒng)一的接口和標準，以確保系統(tǒng)各部分的高效集成，從提升開發(fā)效率，到確保軟件質量，促進多域融合架構下軟件的快速迭代與部署。

3. 生態(tài)屬性

開放式架構需要從兩個維度進行生態(tài)建設：一是技術維度，通過開源社區(qū)、開放標準、開發(fā)者技術平臺等途徑，促進開放式軟件架構的推廣應用和技術迭代。二是產(chǎn)業(yè)維度，通過構建分層解耦的生態(tài)系統(tǒng)，促進產(chǎn)業(yè)合理分工和投入，減少重復開發(fā)，提高資源利用率，推動整個產(chǎn)業(yè)的效率提升和技術創(chuàng)新。總結來看，開放式架構的生態(tài)建設具備如下能力：

（1）為行業(yè)開發(fā)者提供可復用的軟件及工具，從而幫助降低開發(fā)和部署的成本，減少風險。

（2）提高互操作性和標準化程度，使得不同的技術可以更好地協(xié)同，支持在平臺中進行快速迭代、原型開發(fā)和測試驗證。

（3）有助于解決技術碎片化問題，通過共研共創(chuàng)，減少重復開發(fā)，提高資源利用率，推動整個產(chǎn)業(yè)的效率提升和技術創(chuàng)新。

（4）持續(xù)關注技術的最新發(fā)展，迅速找到上下游企業(yè)對同一種技術的開發(fā)難點與痛點。通過培訓、研討會等手段找到共同解決問題的思路，保持對新技術和發(fā)展趨勢的了解，以應對汽車產(chǎn)業(yè)每一個重要的變革階段。

02.AI 大模型

人工智能在汽車行業(yè)內(nèi)的應用領域和場景非常廣泛，從自動駕駛到車輛維護，從個性化用戶體驗到安全監(jiān)控，從生產(chǎn)制造到銷售售后，AI 技術正在重塑汽車行業(yè)的方方面面。AI 大模型則標志著 “人工智能”從量變走向質變，正以其強大的計算能力和學習能力深刻推動著汽車產(chǎn)業(yè)的進步。

1. AI 大模型分類

為了更好地理解大模型的應用背景和潛力，首先需要對大模型的分類有一個清晰的認識。根據(jù)處理數(shù)據(jù)類型的不同，大模型可以分為如下幾類：

l 語言大模型：專注于處理和理解自然語言數(shù)據(jù)，能夠執(zhí)行文本生成、機器翻譯、情感分析等任務。

l 視覺大模型：處理圖像和視頻數(shù)據(jù)，執(zhí)行物體檢測、圖像分類、場景理解等視覺相關的任務。

l 多模態(tài)大模型：結合語言、視覺等多種類型的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)跨模態(tài)的理解和生成，例如通過圖像理解場景并生成描述文字。

根據(jù)應用領域不同，大模型可以分為如下幾類：

l 通用大模型：設計用于廣泛的應用場景，具有較高的靈活性和適應性，但可能在特定領域的專業(yè)性上不如垂直大模型。

l 行業(yè)大模型：針對特定行業(yè)的需求定制，具備較強的通用性和適應性，能夠處理多種任務，相當于 AI 成為行業(yè)專家。

l 垂直大模型：專注于特定領域或細分市場，具備高專業(yè)性和針對性，通常在特定任務上表現(xiàn)更佳，如面向 ASPICE（Automotive Software Process Improvement and Capacity Determination，汽車軟件過程改進及能力評估，以下簡稱 ASPICE）汽車軟件架構的汽車軟件編碼大模型。

2. 汽車行業(yè)垂直大模型

如圖 1.2-1 中國主流大模型應用選型評估矩陣所示，目前通用的大模型百花齊放，如 chatGPT、文心一言、通義千問、星火、智譜等，但針對汽車行業(yè)的垂直大模型仍然相對較少，主要原因如下：

圖1.2-1 中國主流大模型應用選型評估矩陣

（1）高度專業(yè)化的需求：

汽車行業(yè)對軟件的安全性、可靠性和實時性有著極高的要求。這些要求導致汽車軟件的開發(fā)必須遵循嚴格的行業(yè)標準，如 ASPICE（汽車軟件過程改進及能力評估）、ISO26262（道路車輛功能安全）、AUTOSAR（汽車開放系統(tǒng)架構）等。垂直大模型需要能夠理解和適應這些標準，這增加了模型開發(fā)的復雜性。

（2）數(shù)據(jù)獲取的高難度：

汽車行業(yè)涉及的數(shù)據(jù)類型多樣，包括車輛動力學數(shù)據(jù)、傳感器數(shù)據(jù)、控制算法等。這些數(shù)據(jù)往往受到嚴格管控，互通性低，且還需要在實際車輛上進行測試和驗證，直接限制了可用于訓練垂直大模型的數(shù)據(jù)量。

（3）技術和資源的密集性：

構建垂直大模型需要大量的計算資源和專業(yè)知識。與科技巨頭相比，汽車領域的軟件公司在計算資源、AI 專業(yè)人員、大模型開發(fā)與實施等方面上存在劣勢。

（4）長開發(fā)周期和高成本：

汽車軟件的開發(fā)周期通常較長，且成本較高。這使得企業(yè)在投資垂直大模型時更為謹慎，因為需要確保投資能夠帶來相應的回報。

（5）技術更新迭代快：

汽車行業(yè)的技術迭代速度非常快，新的傳感器、控制單元和軟件架構不斷涌現(xiàn)。垂直大模型需要不斷更新以適應這些變化，模型的迭代、升級和維護的代價高、難度大。

3. AI 端側部署

當前，AI 在汽車領域開始積極應用。從早期的研發(fā)輔助、到輔助車型設計、供應鏈管理，AI 都極大地提升了工作效率。目前，隨著各廠家對 AI 大模型的進一步研究使用，裁減后的 AI 大模型在端側部署已成為新的技術趨勢。從目前討論較多的智駕端到端方案再到座艙領域的智慧化交互以及整車的智能體（AI Agent）方案，AI 大模型已開始與開放式軟件架構進行融合。

03.面向 AI 大模型的開放式軟件架構

結合工程中的優(yōu)秀實踐以及 AI 大模型的端側部署方案，我們對之前提出的整車軟件開發(fā)平臺作了完善，形成了面向 AI 大模型的開放式軟件架構。

1.3-1 面向AI大模型的開放式軟件架構的定義與構成

面向 AI 大模型的開放式軟件架構如圖 1.3-1 所示?；趯﹂_放式軟件架構的分析，面向 AI 大模型的開放式軟件架構除去上層應用之外可以分為操作系統(tǒng)、中間件、工具鏈以及生態(tài)四部分構成。應用主要分為車端應用和云端應用，將在第二章詳細展開。軟件架構基礎軟件部分自下而上，首先對整車服務框架規(guī)范 ASF 做更豐富的完善，以應對當前多域融合、數(shù)據(jù)處理以及 AI 部署的技術趨勢；標準中間件部分，主要遵循 Classic platform AUTOSAR（以下簡稱 CP）以及 Adaptive platform AUTOSAR（以下簡稱AP）的標準定義；操作系統(tǒng)內(nèi)核，聚焦在開放式架構下，如何平衡性能、安全和第三方生態(tài)；工具鏈部分，則融入多團隊協(xié)作以及 AI 開發(fā)友好這一理念，進行迭代升級。

1. 開放式軟件架構的中間件

圖 1.3-2 面向AI大模型的開放式軟件架構中間件構成

如圖 1.3-2 所示，面向 AI 大模型的開放式軟件架構主要由 ASF 中間件和標準中間件兩部分構成。

? ASF 中間件：

l 對外的接口：給應用提供的 API（應用程序編程接口），需要支持本地，車內(nèi)其他節(jié)點，云端的調用；

l 功能軟件：應用軟件加速器；

l AI 大模型 / 應用框架：車端的 AI 模型和基礎類庫；

l 整車數(shù)據(jù)處理框架：多域融合趨勢下，提供整車數(shù)據(jù)處理單元，實現(xiàn)數(shù)據(jù)與邏輯的分離。支持AI 趨勢下，對車端數(shù)據(jù)處理的要求；

l 整車通信總線：多域融合趨勢下，提供整車統(tǒng)一的通信框架。包括針對整車不同架構的控制器、不同物理總線、不同通信協(xié)議、不同操作系統(tǒng)、不同開發(fā)語言及開發(fā)體系的統(tǒng)一通信接口及開發(fā)方法論。支持 AI 趨勢下，對車端的通信要求；

l 車輛基礎服務：車輛基礎服務中間件在多域融合的架構下，可以將不同芯片、不同 ECU 甚至不同功能的資源進行協(xié)同處理和調用，并打通不同基礎系統(tǒng)間的通信。車輛基礎服務中間件在AUTOSAR 基礎軟件規(guī)范的基礎上進行接口封裝、特性增強和場景擴展，解決快速創(chuàng)新的問題；

l 標準中間件的接口抽象層：對標準中間件（CP AUTOSAR 和 AP AUTOSAR）的抽象。

? 標準中間件：

l Classic Platform AUTOSAR：運行于 MCU（微控制器）或 SoC（System of Chip，片上系統(tǒng)）的 R 核，主要用于安全車控；

l Adaptive Platform AUTOSAR：運行于 SoC 的 A 核，主要用于支撐 SOA 架構下的服務，應用于智能駕駛和智能座艙以及服務網(wǎng)關等。

2. 開放式軟件架構的操作系統(tǒng)底座

近些年有一些聲音，意在形成統(tǒng)一的操作系統(tǒng)，即用一個內(nèi)核支持車控、智駕和座艙這三種不同的應用需求。但當下尚未形成統(tǒng)一的技術路線，仍然是多種操作系統(tǒng)基于場景需求進行組合使用，可預見的未來技術路線仍然會多路并行。

l 智能車控：仍然以 Classic Platform AUTOSAR 作為主流方案。部分 Tier1 考慮 CP 本身過重、存在一定使用門檻、OS 調度方式過少等因素，一般基于 FreeRTOS（開源的小型實時操作系統(tǒng)）或其他實時操作系統(tǒng)，形成替代 CP 的車控解決方案。

l 智能駕駛：存在多條技術路線。部分廠家完全基于 Linux 進行算法調度和安全監(jiān)控，或者基于QNX 等微內(nèi)核方案實現(xiàn)智駕系統(tǒng)調度，也有廠家基于 Linux+RTOS 方案，盡可能地兼顧性能和安全需求。

l 智能座艙：座艙領域，主要基于 Andriod 進行車載影音娛樂模塊的功能開發(fā)，此外在儀表等車控領域，則采用 CP 或微內(nèi)核方案。

3. 開放式軟件架構的工具鏈

開放式架構從根本上加速了軟件的迭代更新，并極大地豐富了功能擴展的可能性，促進了跨領域協(xié)同合作。隨著開放式軟件架構的不斷演進，新的汽車軟件開發(fā)過程中需要引入敏捷開發(fā)模式、模塊化設計、標準化接口、持續(xù)集成與持續(xù)部署、跨領域合作、安全管理、AI 賦能等新的開發(fā)理念?；谶@些，除了《中國汽車基礎軟件發(fā)展白皮書 4.0》（以下簡稱：白皮書 4.0）中介紹的工具鏈之外，本報告中提出了高效開發(fā)框架，用于提升開發(fā)效率、支持多團隊協(xié)作以及支持 AI 開發(fā)以及融合 AI 的新一代軟件工程技術方案。

4. 開放式軟件架構的生態(tài)建設

開放式軟件架構的生態(tài)系統(tǒng)指的是技術生態(tài)和產(chǎn)業(yè)生態(tài)，技術生態(tài)主要包括接口統(tǒng)一、技術路線共識，這樣有利于產(chǎn)業(yè)鏈上下游合理分工，化整為零，協(xié)作開發(fā)，促進技術創(chuàng)新；產(chǎn)業(yè)生態(tài)則是致力于建立開源開放的多層解耦的立體生態(tài)體系，有利于軟件架構的演進和技術路線的聚焦發(fā)展，促進產(chǎn)業(yè)協(xié)同進步。

感謝以下單位對本報告的貢獻：