姓名：劉一婷捧弃；學(xué)號(hào)：20021210599腋么；學(xué)院：電子工程學(xué)院
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【嵌牛導(dǎo)讀】新能源汽車逐漸占領(lǐng)市場(chǎng)占拍，汽車行業(yè)如何發(fā)展新技術(shù)孕似？
【嵌牛鼻子】軟件近刘，電子電氣架構(gòu)熙尉，操作系統(tǒng)
【嵌牛提問】未來的新能源汽車發(fā)展趨勢(shì)是什么药有？
【嵌牛正文】
一毅戈、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，一個(gè)感悟就是愤惰，百年汽車工業(yè)竹祷，任何人也不要妄談?lì)嵏玻且步^對(duì)不能拒絕進(jìn)化羊苟。汽車界一直都有所謂的“傳統(tǒng)派”與“互聯(lián)網(wǎng)派”之間的話題爭論塑陵。傳統(tǒng)派與互聯(lián)網(wǎng)派都有自己的優(yōu)點(diǎn)，但卻是有明確的領(lǐng)域限制的蜡励，比如互聯(lián)網(wǎng)所倡導(dǎo)的以用戶為中心令花，持續(xù)打磨產(chǎn)品和服務(wù)的設(shè)計(jì)理念，對(duì)于傳統(tǒng)汽車行業(yè)的確有非常大的幫助凉倚。但是對(duì)于過程中所慣用的敏捷開發(fā)兼都，快速迭代，卻并不能完全套用稽寒，至少是有一定前提的扮碧。敏捷開發(fā)的前提有兩個(gè)，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)慎王。
互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域蚓土，部署代碼的主要有，電腦端赖淤、移動(dòng)端蜀漆、服務(wù)端。每個(gè)端操作系統(tǒng)咱旱、應(yīng)用開發(fā)框架确丢、開發(fā)工具都非常標(biāo)準(zhǔn)，但如果是一輛傳統(tǒng)架構(gòu)的汽車吐限，有幾十上百個(gè) ECU鲜侥，而且還來自于不同的供應(yīng)商，系統(tǒng)集成的復(fù)雜度不是線性而是指數(shù)級(jí)別的增加诸典，不得不有一套嚴(yán)苛的流程去規(guī)范整個(gè)開發(fā)流程剃毒。
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）搂赋，最先是由德爾福公司提出的。汽車作為一個(gè)復(fù)雜的電子系統(tǒng)益缠，按照傳統(tǒng)定義脑奠，可以劃分為車身、底盤幅慌、動(dòng)力宋欺、信息娛樂、輔助駕駛等幾大子系統(tǒng)胰伍；每個(gè)子系統(tǒng)又由多個(gè)電控單元 (ECU)組成齿诞，這些ECU連接起來就形成了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；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)骂租。
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)雜祷杈，形成信息孤島，中央網(wǎng)關(guān)會(huì)是性能瓶頸
ECU冗余渗饮，算力浪費(fèi)但汞，且無法形成協(xié)同
ECU 由不同的供應(yīng)商開發(fā)，框架無法復(fù)用互站，無法統(tǒng)一 OTA
外部開發(fā)者無法對(duì) ECU 進(jìn)行編程私蕾，無法由軟件定義新的功能
無法進(jìn)行硬件升級(jí)
基于傳統(tǒng)分布式架構(gòu)，主機(jī)廠只是架構(gòu)的定義者胡桃，核心功能是由各個(gè) ECU 完成踩叭，其軟件開發(fā)工作主要是由 Tier1完成，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)能力的根本原因容贝，就靠 DRE搞定供應(yīng)商就能集成一輛車自脯，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)嗤疯，屬于過渡形態(tài)冤今，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)邏輯茂缚，但大部分業(yè)務(wù)還是由各 ECU 實(shí)現(xiàn)戏罢，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脚囊。
基于中央計(jì)算的架構(gòu)龟糕，此時(shí)大部分 ECU 消失，各種傳感器與執(zhí)行器悔耘，被中央計(jì)算單元所支配讲岁，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)，需要一只專業(yè)的軟件團(tuán)隊(duì)衬以，或者定義某種規(guī)范缓艳，讓 Tier1實(shí)現(xiàn)，最后以軟件模塊的方式集成進(jìn)來看峻，這需要一只高水平的軟件架構(gòu)團(tuán)隊(duì)阶淘。
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，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)之后互妓，硬件單元也可以升級(jí)溪窒，如特斯拉的 AP
該架構(gòu)是軟件定義汽車的硬件基礎(chǔ)，并不是有了新的電子電氣架構(gòu)就能夠?qū)崿F(xiàn)軟件定義汽車冯勉，這還只是萬里長征第一步澈蚌，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)。
提到基礎(chǔ)軟件平臺(tái)宛瞄，很多人的第一反應(yīng)就是要做一個(gè)操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)的確是非常關(guān)鍵的一個(gè)組件交胚，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)
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)程序坛悉，大眾所知道的其實(shí)都是很泛化的操作系統(tǒng)概念，常見的概念分為四個(gè)層次承绸。
內(nèi)核（kernel） 是操作系統(tǒng)最核心的部分裸影，可以理解為操作系統(tǒng)的心臟，分為三種類型：
微內(nèi)核的好處是小军熏、穩(wěn)定轩猩，可以實(shí)現(xiàn) RTOS，但是如果所有服務(wù)都在用戶態(tài)實(shí)現(xiàn)，其運(yùn)行效率是會(huì)打折扣的均践。通常講車載上 QNX 比 Linux 穩(wěn)定晤锹，不是因?yàn)樗夹g(shù)有多先進(jìn)，而是其技術(shù)架構(gòu)決定的
業(yè)務(wù)類型：
如果業(yè)務(wù)有實(shí)時(shí)性要求彤委，必然需要使用 RTOS鞭铆，比如航天軍工用的比較多的 VxWorks，車載用的比較多的 QNX焦影。
芯片類型：
使用什么操作系統(tǒng)车遂，往往取決于選擇的芯片支持什么，沒有芯片廠商的支持斯辰，一個(gè)操作系統(tǒng)走不遠(yuǎn)舶担。嵌入式領(lǐng)域是ARM 的天下，處理器類型也決定了使用的操作系統(tǒng)類型彬呻，Cortex-A/M/R 用于應(yīng)用處理器衣陶、低功耗、實(shí)時(shí)處理三個(gè)方面闸氮。
系統(tǒng)生態(tài)：
面向C 端用戶的操作系統(tǒng)剪况，應(yīng)用生態(tài)決定了生死。面向行業(yè)的操作系統(tǒng)蒲跨，比如汽車儀表译断、自動(dòng)駕駛系統(tǒng)、網(wǎng)關(guān)财骨，C 端用戶是無法感知到底用了什么操作系統(tǒng)，開發(fā)者的態(tài)度決定了使用什么系統(tǒng)藏姐，沒有人愿意在一個(gè)工具隆箩、庫都支持不全的系統(tǒng)上開發(fā)軟件。
汽車上的絕大部分ECU 都是 AUTOSAR 的天下羔杨，有些就是簡單的單片機(jī)捌臊，甚至都不用跑操作系統(tǒng)。剩下的需要操作系統(tǒng)主要是信息娛樂兜材、自動(dòng)駕駛理澎、復(fù)雜網(wǎng)關(guān)、TBOX 等曙寡。
娛樂系統(tǒng)糠爬，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)举庶，國內(nèi)大部分都是Android执隧，少部分AliOS，特斯拉用linux，所以娛樂這塊兒國內(nèi)做的更好镀琉，但這并不是他的核心競爭力峦嗤。由于生態(tài)的問題，針對(duì)車載的娛樂系統(tǒng)去開發(fā)一套操作系統(tǒng)屋摔，沒有實(shí)際意義烁设，以車的體量，也撐不起這樣一個(gè)生態(tài)钓试。這一塊兒跟著消費(fèi)電子走就行了装黑，任何鼓吹系統(tǒng)底層能力的行為，都是隔靴搔癢亚侠，沒有搞清楚重點(diǎn)曹体。
自動(dòng)駕駛，其核心是算法設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)積累硝烂，沒有人會(huì)把算法的軟件實(shí)現(xiàn)和操作系統(tǒng)綁死箕别，其設(shè)計(jì)一定是跨平臺(tái)的，有成熟穩(wěn)定的 RTOS 即可滞谢，目前主流的有三種 RT-Linux串稀、QNX、VxWorks狮杨。由于深度學(xué)習(xí)構(gòu)建在開源軟件的基礎(chǔ)上母截，也需要生態(tài)，這也是linux 雖然不是硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)橄教，但依然在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域用的比較多的原因 清寇。自動(dòng)駕駛這塊，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 ?护蝶，雖然ROS2進(jìn)化許多华烟，但是在低延時(shí)、功能安全持灰、信息安全方面還有很多路要走盔夜，國外有家創(chuàng)業(yè)公司APEX.AI，正在基于ROS2分支堤魁，把它往車規(guī)級(jí)方向做喂链。NVIDIA 構(gòu)建了一整套的框架，做的非常不錯(cuò)妥泉，但是和自家芯片綁死椭微，限制了其使用范圍。
網(wǎng)關(guān)以及以后的大吞吐的以太網(wǎng)交換機(jī)盲链，雖然算力要求也高赏表，但是任務(wù)相對(duì)單一检诗，架構(gòu)也很簡單，現(xiàn)有系統(tǒng)就能滿足瓢剿，也沒必要去開發(fā)一個(gè)針對(duì)網(wǎng)關(guān)的操作系統(tǒng)逢慌。TBOX由于主芯片來源單一，目前基本是都是 Linux间狂。
經(jīng)過以上的分析攻泼，大家可以知道，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鉴象，車載架構(gòu)的特殊性忙菠，決定了無法使用單一操作系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)所有功能，多個(gè)操作系統(tǒng)并存的局面還會(huì)持續(xù)很久纺弊。
四 中央計(jì)算電子電氣架構(gòu)下的基礎(chǔ)軟件平臺(tái)
前面提到牛欢，新的電子電氣架構(gòu)是軟件定義汽車的硬件基礎(chǔ)，并不是有了新的電子電氣架構(gòu)就能夠?qū)崿F(xiàn)軟件定義汽車淆游，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)傍睹。下面我們就來對(duì)這個(gè)問題進(jìn)行重新定義
在新的電子電氣架構(gòu)下，多個(gè)中央處理單元犹菱、多個(gè)傳感器拾稳、執(zhí)行器、交換機(jī)等腊脱，在以太網(wǎng)的連接下访得，組成了一個(gè)復(fù)雜的分布式系統(tǒng) ，由于工作任務(wù)的不同陕凹，多個(gè)中央計(jì)算單元運(yùn)行著不同的操作系統(tǒng)悍抑。
“軟件定義汽車“，其核心內(nèi)涵就是杜耙，能夠通過軟件的方式搜骡，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，從而產(chǎn)生新的業(yè)務(wù)功能泥技，因此對(duì)軟件平臺(tái)的要求如下：
既然是軟件平臺(tái)浆兰，就應(yīng)該不依賴于特定操作系統(tǒng)磕仅、芯片珊豹、車型，因此硬件抽象是最先該考慮的事情榕订。
能動(dòng)態(tài)改變聚合關(guān)系店茶，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)聚劫恒、低耦合的特性贩幻。
需要滿足車載環(huán)境高可靠性、實(shí)時(shí)族壳、安全性仿荆。
搞互聯(lián)網(wǎng)后端的或者 IT 系統(tǒng)的人坏平，看到“軟件定義汽車“的描述令境，第一反應(yīng)可能是，這不是就是我們搞微服務(wù)架構(gòu)的思路嗎栖茉？
這就是我想說的第二點(diǎn)尘应，互聯(lián)網(wǎng)的開發(fā)流程雖然不能直接套用在車上苍鲜，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)的門檻高领跛，其實(shí)是因?yàn)榉忾]和從業(yè)人員少喊括。當(dāng)前的機(jī)遇就是，大家都想往這個(gè)方向走蹦误，但是也都是摸著石頭過河妹沙，可以有機(jī)會(huì)將這些理論經(jīng)驗(yàn)用于實(shí)踐玄窝。
前段時(shí)間梳理了一下，面向下一代智能汽車的關(guān)鍵技術(shù)，分為智能座艙、自動(dòng)駕駛漫仆、與數(shù)字系統(tǒng)祸泪。今天講的主要數(shù)字系統(tǒng)當(dāng)中岁钓，我認(rèn)為最重要的軟件基礎(chǔ)設(shè)施品嚣，基礎(chǔ)軟件平臺(tái)，下一篇將重點(diǎn)闡述涨醋，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， 以下思維導(dǎo)圖僅供參考宪潮！
智能座艙
以產(chǎn)品設(shè)計(jì)為驅(qū)動(dòng)力溯警，但目前同質(zhì)化現(xiàn)象比較嚴(yán)重梯轻，主要以硬件差異為基礎(chǔ)，只能利用先發(fā)優(yōu)勢(shì)，無法形成技術(shù)與產(chǎn)品壁壘！
基于用戶畫像孙乖，使用AI技術(shù)资厉，構(gòu)建具有情景感知能力的引擎蔬顾，是智能座艙產(chǎn)生質(zhì)變的前提宴偿，但技術(shù)上短期無法突破(行業(yè)普遍問題窥妇，不是車行業(yè)特有）。
多設(shè)備協(xié)同娩践、多模態(tài)融合交互活翩，是消費(fèi)電子IOT場(chǎng)景下大家探索的方向，對(duì)于車載環(huán)境有很強(qiáng)的借鑒意義翻伺。
自動(dòng)駕駛
以算法與數(shù)據(jù)的積累為核心驅(qū)動(dòng)力材泄，可以在技術(shù)上形成壁壘，但是需要巨額的研發(fā)投入吨岭，能否快速落地主要受制于數(shù)字系統(tǒng)架構(gòu)脸爱。短期來講大家可能都差不多，但是積累到一定時(shí)間未妹，后發(fā)玩家可能就再也追不上了簿废。
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，其包含了傳統(tǒng)意義上的電子電氣架構(gòu)络它，但需要橫向整合多個(gè)軟硬件架構(gòu)部門族檬，才能定義完整的系統(tǒng)架構(gòu)。是否采用新架構(gòu)從根本上決定了化戳，智能座艙與自動(dòng)駕駛究竟能走多快走多遠(yuǎn)单料。
良好的數(shù)字系統(tǒng)架構(gòu)，能夠屏蔽底層車型平臺(tái)的差異点楼，多個(gè)車型共用一套基礎(chǔ)軟硬件平臺(tái)扫尖，能夠縮減開發(fā)資源，一套架構(gòu)持續(xù)５年掠廓，可以留出充足的資源研發(fā)下一代换怖。
