引言

作為一個(gè)技術(shù)的愛好者，搞算法含懊，玩芯片身冬，攢系統(tǒng)，并不只是工作绢要，也是自己所追求的很重要的部分吏恭。寫這個(gè)系列，是為了梳理這幾年的所學(xué)重罪、所思樱哼、所想，從而形成一個(gè)完整的知識(shí)體系剿配，也供大家參考搅幅。這是一個(gè)橫向跨度很大的新領(lǐng)域，大家都還在探索呼胚，水平有限茄唐，難免疏漏，不對(duì)之處請(qǐng)大家指正蝇更，也歡迎各領(lǐng)域的專家參與討論沪编。
由于自身電子設(shè)計(jì)和機(jī)器視覺的背景，早期的項(xiàng)目經(jīng)歷年扩，讓我涉獵了各領(lǐng)域的技術(shù)蚁廓，包括電子設(shè)計(jì)、嵌入式軟件厨幻、互聯(lián)網(wǎng)全棧相嵌、移動(dòng)端 app、操作系統(tǒng)况脆、渲染引擎饭宾、內(nèi)核驅(qū)動(dòng)、工業(yè)控制現(xiàn)場總線等格了，每一個(gè)部分都不敢說有多么精通看铆，但都經(jīng)歷過實(shí)際的項(xiàng)目。對(duì)車這個(gè)領(lǐng)域盛末，并不是專業(yè)出身性湿，之前了解并不多纬傲，但為了能理解一幫傳統(tǒng)汽車人在想什么，也是惡補(bǔ)了博世系列的十幾本關(guān)于車輛工程肤频、汽車電子叹括、電子電氣架構(gòu)、動(dòng)力系統(tǒng)等方面的書宵荒。多領(lǐng)域的涉獵也給這個(gè)系列的主題汁雷，提供了不同的視角。

一报咳、互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)汽車人的碰撞

在這個(gè)領(lǐng)域探索了幾年侠讯，一個(gè)感悟就是，百年汽車工業(yè)暑刃，任何人也不要妄談?lì)嵏蚕徜觯且步^對(duì)不能拒絕進(jìn)化。汽車界一直都有所謂的“傳統(tǒng)派”與“互聯(lián)網(wǎng)派”之間的話題爭論岩臣。傳統(tǒng)派與互聯(lián)網(wǎng)派都有自己的優(yōu)點(diǎn)溜嗜，但卻是有明確的領(lǐng)域限制的，比如互聯(lián)網(wǎng)所倡導(dǎo)的以用戶為中心架谎，持續(xù)打磨產(chǎn)品和服務(wù)的設(shè)計(jì)理念炸宵，對(duì)于傳統(tǒng)汽車行業(yè)的確有非常大的幫助。但是對(duì)于過程中所慣用的敏捷開發(fā)谷扣，快速迭代土全，卻并不能完全套用，至少是有一定前提的会涎。 敏捷開發(fā)的前提有兩個(gè)裹匙，標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)設(shè)施的支持，并且需要有良好的架構(gòu)設(shè)計(jì)末秃。
互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域幻件，部署代碼的主要有，電腦端蛔溃、移動(dòng)端、服務(wù)端篱蝇。每個(gè)端操作系統(tǒng)贺待、應(yīng)用開發(fā)框架、開發(fā)工具都非常標(biāo)準(zhǔn)零截，但如果是一輛傳統(tǒng)架構(gòu)的汽車麸塞，有幾十上百個(gè) ECU，而且還來自于不同的供應(yīng)商涧衙，系統(tǒng)集成的復(fù)雜度不是線性而是指數(shù)級(jí)別的增加哪工，不得不有一套嚴(yán)苛的流程去規(guī)范整個(gè)開發(fā)流程奥此。

二、從電子電氣架構(gòu)的演進(jìn)看軟件開發(fā)分工的變化

電子電氣架構(gòu)EEA（Electrical/Electronic Architecture）雁比，最先是由德爾福公司提出的稚虎。汽車作為一個(gè)復(fù)雜的電子系統(tǒng)，按照傳統(tǒng)定義偎捎，可以劃分為車身蠢终、底盤、動(dòng)力茴她、信息娛樂寻拂、輔助駕駛等幾大子系統(tǒng)；每個(gè)子系統(tǒng)又由多個(gè)電控單元 (ECU)組成丈牢，這些ECU連接起來就形成了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)祭钉；EEA 的主要職責(zé)就是定義這些ECU之間的連接方式與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

電子電氣架構(gòu).jpeg

2.1 傳統(tǒng)的分布式的電子電氣架構(gòu)的問題

• 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜己沛，形成信息孤島慌核，中央網(wǎng)關(guān)會(huì)是性能瓶頸
• ECU冗余，算力浪費(fèi)泛粹，且無法形成協(xié)同
• ECU 由不同的供應(yīng)商開發(fā)遂铡，框架無法復(fù)用，無法統(tǒng)一 OTA
• 外部開發(fā)者無法對(duì) ECU 進(jìn)行編程晶姊，無法由軟件定義新的功能
• 無法進(jìn)行硬件升級(jí)

2.2 不同架構(gòu)主機(jī)廠扮演的角色

• 基于傳統(tǒng)分布式架構(gòu)扒接，主機(jī)廠只是架構(gòu)的定義者，核心功能是由各個(gè) ECU 完成们衙，其軟件開發(fā)工作主要是由 Tier1完成钾怔，主機(jī)廠只做集成的工作，這也是為什么大部分傳統(tǒng)主機(jī)廠基本沒有軟件開發(fā)能力的根本原因蒙挑，就靠 DRE搞定供應(yīng)商就能集成一輛車宗侦，為什么還要花大量的成本養(yǎng)一個(gè)龐大的軟件團(tuán)隊(duì)。
• 基于域控制器架構(gòu)忆蚀，屬于過渡形態(tài)矾利，DCU 減輕了中央網(wǎng)關(guān)的壓力，也可以實(shí)現(xiàn)部分業(yè)務(wù)邏輯馋袜，但大部分業(yè)務(wù)還是由各 ECU 實(shí)現(xiàn)男旗，主機(jī)廠可能會(huì)參與部分 DCU 的開發(fā)，但與 Tier1的整體分工無太大變化欣鳖。
• 基于中央計(jì)算的架構(gòu)察皇，此時(shí)大部分 ECU 消失，各種傳感器與執(zhí)行器泽台，被中央計(jì)算單元所支配什荣，原本屬于 Tier1的大部分策略層面的軟件需要由主機(jī)廠去主導(dǎo)矾缓，需要一只專業(yè)的軟件團(tuán)隊(duì)，或者定義某種規(guī)范稻爬，讓 Tier1實(shí)現(xiàn)嗜闻，最后以軟件模塊的方式集成進(jìn)來，這需要一只高水平的軟件架構(gòu)團(tuán)隊(duì)因篇。

2.3基于中央計(jì)算電子電氣架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)

• 算力集中到為少數(shù)幾個(gè)中央單元泞辐，可以留有冗余便于后續(xù)軟件功能升級(jí)
• 經(jīng)過良好的平臺(tái)化設(shè)計(jì)之后，硬件單元也可以升級(jí)竞滓，如特斯拉的 AP
• 該架構(gòu)是軟件定義汽車的硬件基礎(chǔ)咐吼，并不是有了新的電子電氣架構(gòu)就能夠?qū)崿F(xiàn)軟件定義汽車，這還只是萬里長征第一步商佑，還需要有一個(gè)經(jīng)過良好架構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)軟件平臺(tái)锯茄。

三、車載環(huán)境下的操作系統(tǒng)

提到基礎(chǔ)軟件平臺(tái)茶没，很多人的第一反應(yīng)就是要做一個(gè)操作系統(tǒng)肌幽，操作系統(tǒng)的確是非常關(guān)鍵的一個(gè)組件，但是打造一個(gè)基礎(chǔ)軟件平臺(tái)絕對(duì)不是再造一個(gè)操作系統(tǒng)

3.1操作系統(tǒng)的定義

操作系統(tǒng)是一種管理計(jì)算機(jī)硬件與軟件資源的計(jì)算機(jī)程序抓半，大眾所知道的其實(shí)都是很泛化的操作系統(tǒng)概念喂急，常見的概念分為四個(gè)層次。

3.2內(nèi)核分類

內(nèi)核（kernel） 是操作系統(tǒng)最核心的部分，可以理解為操作系統(tǒng)的心臟胖喳，分為三種類型：

微內(nèi)核的好處是小啊送、穩(wěn)定，可以實(shí)現(xiàn) RTOS欣孤，但是如果所有服務(wù)都在用戶態(tài)實(shí)現(xiàn)馋没，其運(yùn)行效率是會(huì)打折扣的。通常講車載上 QNX 比 Linux 穩(wěn)定降传，不是因?yàn)樗夹g(shù)有多先進(jìn)篷朵，而是其技術(shù)架構(gòu)決定的

3.3選擇操作系統(tǒng)的核心因素

業(yè)務(wù)類型：
如果業(yè)務(wù)有實(shí)時(shí)性要求，必然需要使用 RTOS婆排，比如航天軍工用的比較多的 VxWorks声旺，車載用的比較多的 QNX。
芯片類型：
使用什么操作系統(tǒng)段只，往往取決于選擇的芯片支持什么腮猖，沒有芯片廠商的支持，一個(gè)操作系統(tǒng)走不遠(yuǎn)赞枕。嵌入式領(lǐng)域是ARM 的天下澈缺，處理器類型也決定了使用的操作系統(tǒng)類型，Cortex-A/M/R 用于應(yīng)用處理器鹦赎、低功耗谍椅、實(shí)時(shí)處理三個(gè)方面。
系統(tǒng)生態(tài)：
面向C 端用戶的操作系統(tǒng)古话，應(yīng)用生態(tài)決定了生死雏吭。面向行業(yè)的操作系統(tǒng)，比如汽車儀表陪踩、自動(dòng)駕駛系統(tǒng)杖们、網(wǎng)關(guān)，C 端用戶是無法感知到底用了什么操作系統(tǒng)肩狂，開發(fā)者的態(tài)度決定了使用什么系統(tǒng)摘完，沒有人愿意在一個(gè)工具、庫都支持不全的系統(tǒng)上開發(fā)軟件傻谁。

3.4車載場景的操作系統(tǒng)選擇

汽車上的絕大部分ECU 都是 AUTOSAR 的天下孝治，有些就是簡單的單片機(jī)，甚至都不用跑操作系統(tǒng)。剩下的需要操作系統(tǒng)主要是信息娛樂谈飒、自動(dòng)駕駛岂座、復(fù)雜網(wǎng)關(guān)、TBOX 等杭措。

娛樂系統(tǒng)费什，其核心是多媒體和互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，主要關(guān)注應(yīng)用生態(tài)和開發(fā)者生態(tài)手素，國內(nèi)大部分都是Android鸳址，少部分AliOS，特斯拉用linux泉懦，所以娛樂這塊兒國內(nèi)做的更好稿黍，但這并不是他的核心競爭力。由于生態(tài)的問題祠斧，針對(duì)車載的娛樂系統(tǒng)去開發(fā)一套操作系統(tǒng)闻察，沒有實(shí)際意義，以車的體量琢锋，也撐不起這樣一個(gè)生態(tài)辕漂。這一塊兒跟著消費(fèi)電子走就行了，任何鼓吹系統(tǒng)底層能力的行為吴超，都是隔靴搔癢钉嘹，沒有搞清楚重點(diǎn)。

自動(dòng)駕駛鲸阻，其核心是算法設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)積累跋涣，沒有人會(huì)把算法的軟件實(shí)現(xiàn)和操作系統(tǒng)綁死，其設(shè)計(jì)一定是跨平臺(tái)的鸟悴，有成熟穩(wěn)定的 RTOS 即可陈辱，目前主流的有三種 RT-Linux、QNX细诸、VxWorks沛贪。由于深度學(xué)習(xí)構(gòu)建在開源軟件的基礎(chǔ)上，也需要生態(tài)震贵，這也是linux 雖然不是硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)利赋，但依然在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域用的比較多的原因 。自動(dòng)駕駛這塊猩系，倒是缺一個(gè)類似于 ROS 的能夠跨平臺(tái)的分布式開發(fā)框架 媚送，雖然ROS2進(jìn)化許多，但是在低延時(shí)寇甸、功能安全塘偎、信息安全方面還有很多路要走疗涉，國外有家創(chuàng)業(yè)公司APEX.AI，正在基于ROS2分支吟秩，把它往車規(guī)級(jí)方向做博敬。NVIDIA 構(gòu)建了一整套的框架，做的非常不錯(cuò)峰尝，但是和自家芯片綁死，限制了其使用范圍收恢。

網(wǎng)關(guān)以及以后的大吞吐的以太網(wǎng)交換機(jī)武学，雖然算力要求也高，但是任務(wù)相對(duì)單一伦意，架構(gòu)也很簡單火窒，現(xiàn)有系統(tǒng)就能滿足，也沒必要去開發(fā)一個(gè)針對(duì)網(wǎng)關(guān)的操作系統(tǒng)驮肉。TBOX由于主芯片來源單一熏矿，目前基本是都是 Linux。

經(jīng)過以上的分析离钝，大家可以知道票编，目前根本就不是因?yàn)椴僮飨到y(tǒng)的短板限制了軟件化的水平，車載架構(gòu)的特殊性卵渴，決定了無法使用單一操作系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)所有功能慧域，多個(gè)操作系統(tǒng)并存的局面還會(huì)持續(xù)很久。

四 中央計(jì)算電子電氣架構(gòu)下的基礎(chǔ)軟件平臺(tái)

前面提到浪读，新的電子電氣架構(gòu)是軟件定義汽車的硬件基礎(chǔ)昔榴，并不是有了新的電子電氣架構(gòu)就能夠?qū)崿F(xiàn)軟件定義汽車，還需要有一個(gè)經(jīng)過良好架構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)軟件平臺(tái)碘橘。下面我們就來對(duì)這個(gè)問題進(jìn)行重新定義

4.1 問題描述

在新的電子電氣架構(gòu)下互订，多個(gè)中央處理單元、多個(gè)傳感器痘拆、執(zhí)行器仰禽、交換機(jī)等，在以太網(wǎng)的連接下错负，組成了一個(gè)復(fù)雜的分布式系統(tǒng) 坟瓢，由于工作任務(wù)的不同，多個(gè)中央計(jì)算單元運(yùn)行著不同的操作系統(tǒng)犹撒。

4.2 核心訴求

“軟件定義汽車“折联，其核心內(nèi)涵就是，能夠通過軟件的方式识颊，動(dòng)態(tài)改變上述系統(tǒng)當(dāng)中網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的聚合關(guān)系诚镰，從而產(chǎn)生新的業(yè)務(wù)功能奕坟，因此對(duì)軟件平臺(tái)的要求如下：

• 既然是軟件平臺(tái)，就應(yīng)該不依賴于特定操作系統(tǒng)清笨、芯片月杉、車型，因此硬件抽象是最先該考慮的事情抠艾。
• 能動(dòng)態(tài)改變聚合關(guān)系苛萎，就要求網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)之間的連接關(guān)系是可以運(yùn)行時(shí)更改的，同時(shí)每個(gè)節(jié)點(diǎn)應(yīng)該具備高內(nèi)聚检号、低耦合的特性腌歉。
• 需要滿足車載環(huán)境高可靠性、實(shí)時(shí)齐苛、安全性翘盖。

搞互聯(lián)網(wǎng)后端的或者 IT 系統(tǒng)的人，看到“軟件定義汽車“的描述凹蜂，第一反應(yīng)可能是馍驯，這不是就是我們搞微服務(wù)架構(gòu)的思路嗎？
這就是我想說的第二點(diǎn)玛痊，互聯(lián)網(wǎng)的開發(fā)流程雖然不能直接套用在車上汰瘫，但是其在軟件工程領(lǐng)域的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)對(duì)于解決車載軟件領(lǐng)域的問題還是很有幫助的。 看起來是汽車電子軟件開發(fā)的門檻高擂煞，其實(shí)是因?yàn)榉忾]和從業(yè)人員少吟吝。當(dāng)前的機(jī)遇就是，大家都想往這個(gè)方向走颈娜，但是也都是摸著石頭過河剑逃，可以有機(jī)會(huì)將這些理論經(jīng)驗(yàn)用于實(shí)踐。

前段時(shí)間梳理了一下官辽，面向下一代智能汽車的關(guān)鍵技術(shù)蛹磺，分為智能座艙、自動(dòng)駕駛同仆、與數(shù)字系統(tǒng)萤捆。今天講的主要數(shù)字系統(tǒng)當(dāng)中，我認(rèn)為最重要的軟件基礎(chǔ)設(shè)施俗批，基礎(chǔ)軟件平臺(tái)俗或，下一篇將重點(diǎn)闡述，面向服務(wù)的架構(gòu)設(shè)計(jì)與車載軟件相結(jié)合的一些思考岁忘， 以下思維導(dǎo)圖僅供參考辛慰！

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智能座艙
以產(chǎn)品設(shè)計(jì)為驅(qū)動(dòng)力，但目前同質(zhì)化現(xiàn)象比較嚴(yán)重干像，主要以硬件差異為基礎(chǔ)帅腌，只能利用先發(fā)優(yōu)勢驰弄，無法形成技術(shù)與產(chǎn)品壁壘！
基于用戶畫像速客，使用AI技術(shù)戚篙，構(gòu)建具有情景感知能力的引擎，是智能座艙產(chǎn)生質(zhì)變的前提溺职，但技術(shù)上短期無法突破(行業(yè)普遍問題岔擂，不是車行業(yè)特有）。
多設(shè)備協(xié)同浪耘、多模態(tài)融合交互之斯，是消費(fèi)電子IOT場景下大家探索的方向琅豆，對(duì)于車載環(huán)境有很強(qiáng)的借鑒意義鹃唯。

自動(dòng)駕駛
以算法與數(shù)據(jù)的積累為核心驅(qū)動(dòng)力畴椰，可以在技術(shù)上形成壁壘弃舒，但是需要巨額的研發(fā)投入癞埠，能否快速落地主要受制于數(shù)字系統(tǒng)架構(gòu)。短期來講大家可能都差不多聋呢，但是積累到一定時(shí)間苗踪，后發(fā)玩家可能就再也追不上了。

數(shù)字系統(tǒng)
以架構(gòu)設(shè)計(jì)與資源整合為核心驅(qū)動(dòng)力削锰，其包含了傳統(tǒng)意義上的電子電氣架構(gòu)通铲，但需要橫向整合多個(gè)軟硬件架構(gòu)部門，才能定義完整的系統(tǒng)架構(gòu)器贩。是否采用新架構(gòu)從根本上決定了颅夺，智能座艙與自動(dòng)駕駛究竟能走多快走多遠(yuǎn)。

良好的數(shù)字系統(tǒng)架構(gòu)蛹稍，能夠屏蔽底層車型平臺(tái)的差異吧黄，多個(gè)車型共用一套基礎(chǔ)軟硬件平臺(tái)，能夠縮減開發(fā)資源唆姐，一套架構(gòu)持續(xù)５年拗慨，可以留出充足的資源研發(fā)下一代。