text: 智能汽车操作系统产业报告(
  一、智能汽车操作系统定义和分类
  当今，个人电脑上几乎都装有Windows或MAC OS系统，手机上装有Android、IOS系统，作为未来最具前景的大型智能设备--智能汽车，也需要安装类似的底层操作系统(Operating System，OS)，用来控制和管理整个智能汽车的硬件和软件资源，给用户和其他软件提供接口和环境。
  汽车操作系统是从传统汽车电子不断演变而来。
  传统汽车电子产品可分为两类:一类是汽车电子控制装置，通过直接向执行机构(如电子阀门、继电器开关、执行马达)发送指令，以控制车辆关键部件(如发动机、变速箱、动力电池)协同工作，这类系统一般统称为电子控制单元(Electronic Control Unit, ECU)。
  常见的ECU包括EMS发动机电控系统、ABS制动防抱死控制、变速箱牵引力控制TCU、电子稳定控制EPS、电子动力转向EPS，以及新能源汽车整车控制VCU、电池管理系统BMS等;另一类是车载电子设备，如仪表、娱乐音响、导航系统、抬头显示(HUD)等，这类系统不直接参与汽车行驶的控制决策，不会对车辆行驶性能和安全产生影响，通常统称为车载娱乐信息系统(In-Vehicle Infotainment,IVI)。
  随着汽车智能化、网联化水平不断深入，车载信息娱乐系统(IVI)逐步向智能座舱系统演变，汽车电子控制装置将逐渐向自动驾驶系统演变，分别产生了智能汽车操作系统的两大雏形:自动驾驶OS和智能座舱OS。
  (一)自动驾驶OS
  该架构下的自动驾驶OS将逐步覆盖车控OS的功能，但考虑到技术发展的周期和安全性，未来一段时间车载动力和底盘控制单元仍将存在。
  智能汽车的自动驾驶OS主要用于车辆底盘与动力控制，以实现油门、转向、换挡、刹车等基本行驶功能。
  自动驾驶OS是当前重点研发的L3及以上级别自动驾驶功能的核心，其包含高性能复杂嵌入式系统、人工智能芯片及算法、高速网络、海量数据处理、云机协同等多种行业的融合技术。
  (二)智能座舱OS
  智能座舱主要分为5大部分:车载信息娱乐系统、流媒体中央后视镜、抬头显示系统HUD、全液晶仪表、车联网模块。
  智能座舱是通过多屏融合实现人机交互，以液晶仪表、HUD、中控屏及中控车载信息终端、后座HMI 娱乐屏、车内外后视镜等为载体，实现语音控制、手势操作等更智能化的交互方式。
  未来有可能将人工智能、AR、ADAS、VR等技术融入其中。
  表1-1 智能座舱各产品前装市场渗透率
  智能座舱OS向下集成芯片硬件，向上提供开发框架和算法库，支撑用户应用平台的定制开发，从用户端为语音和图像识别等多模人机交互、地图导航、V2X网联通信、信息安全、人-车-路-云数据融合提供支撑。
  作为应用类程序的运行载体，智能座舱OS发挥着构建智能网联汽车生态的作用，因此需要具备良好的移植性和便捷的开发接口。
  图1-1 智能座舱
  二、自动驾驶操作系统
  全球众多OEM、零部件供应商、ICT供应商以L3级自动驾驶量产为目标进行发力，但大多数是针对操作系统的某一子模块单独发力，难以形成合力。
  在 系统框架 层面，Autosar Classic和Adaptive比较普遍，但在自动驾驶生态体系方面比较薄弱; 内核 方面，QNX作为传统车控实时OS得到普遍使用; 通信框架 方面，运行在Linux上的ROS被广为接受。
  但这些都未达到系统、功能软件层面。
  承担汽车电控功能的自动驾驶OS必须是高稳定性的嵌入式实时性操作系统，保证在一定时间限制内完成特定功能。
  例如汽车安全气囊控制，在车辆发生碰撞的很短时间内(毫秒级)若不能快速打开，就无法对人员起到保护作用。
  目前主流的汽车电控操作系统基本都兼容OSEK/VDX和AUTOSAR两类汽车电子软件标准，OSEK/VDX是基于ECU开发的操作系统标准，AUTOSAR基于整体汽车电子开发的功能标准。
  但OSEK和AUTOSAR仅作为标准定义了操作系统的技术规范，基于这些技术规范，各家软件和工具服务商开发了各自的操作系统产品，然后提供给Tier1供应商。
  (一)AUTOSAR平台
  AUTOSAR中规定的操作系统标准是基于OSEK/VDX，虽然在通信和网络管理方面和OSEK有区别，但AUTOSAR是基于OSEK/VDX发展出来的，OSEK/VDX被AUTOSAR标准软件架构所包含。
  AUTOSAR(Automotive Open System Architecture，汽车开放系统架构)是一个致力于制定汽车电子软件标准的联盟，在2003年由全球汽车制造商、Tier1部件供应商、半导体和软件系统公司联合建立，为汽车开发一个开放、标准化的汽车电子控制单元(ECU) ，帮助汽车制造商更好地管理日益增长的复杂系统，核心成员包括宝马、博世、德国大陆、戴姆勒、福特、通用、标致雪铁龙、丰田和大众等。
  2000年，为了给机器人研究建立一个开放式的协作框架，斯坦福大学开展了人工智能机器人(AI Robot, STAIR)项目、个人机器人(Personal Robots, PR)等一系列相关研究项目，在研究具有代表性、集成式人工智能系统的过程中，创立了用于室内场景的高灵活性、动态软件系统。
  Apollo目标是打造开放式自动驾驶平台(架构+底层软件+通用算法模块)，吸引全球的开发者合作改进自动驾驶所需的各类模块算法，然后联合汽车主机厂和零部件供应商将其商业化，并共同收集车辆移动中的实时数据，不断优化自动驾驶的人工智能算法。
  (三)华为MDC
  华为MDC智能驾驶计算平台基于自研鲲鹏CPU和升腾AI处理器开发，搭载了基于华为鸿蒙的智能驾驶OS，是一个开放的标准化平台产品，可支持从L2+级高级驾驶辅助到L5级自动驾驶的演进，能够兼容AUTOSAR与ROS，已经和18家主流车企和一流供应商建立了合作，覆盖乘用车、商用车、特种作业车等应用场景。
  华为MDC智能驾驶计算平台获得ISO 26262功能安全管理认证证书，在安全性方面获得了汽车行业认可。
  (四)大众VW.OS
  三、智能座舱操作系统
  目前国际上还没有统一的智能座舱OS标准，但核心知识产权主要被黑莓QNX、谷歌Android以及许多基于Linux定制的OS等国外软件企业掌握，整车OEM和Tier1供应商通常在这些OS的基础上开发定制化界面用于汽车信息娱乐和仪表等产品。
  图3-3 国内智能座舱市场规模预测
  (一)底层操作系统
  QNX操作系统由Gordon Bell和Dan Dodge在1980年开发出来，并在2010年被黑莓手机(BlackBerry)制造商RIM(Research In Motion Ltd.)收购。
  QNX是一种商用的类Unix ，目标市场主要是 。
  QNX核心非常小巧，运行速度极快，具有独特的微内核架构，安全和可靠性高，是全球第一款通过ISO26262 ASIL-D安全认证的车载的OS产品，具备整车厂最为看重的优势。
  目前QNX在车用仪表市场占有率超过70%。
  QNX公司为汽车开发了完整的车载信息娱乐系统QNX CAR(QNX CAR Platform for Infotainment)、数字座舱系统(QNX Platform for Digital Cockpits)和驾驶辅助系统平台(QNX Platform for ADAS)，为开发人员提供了灵活的工具选择，适用于车载环境的人机交互界面，并支持Android应用程序。
  目前，QNX已和45家以上OEM整车厂进行合作，超过1.5亿辆汽车使用了QNX系统，在汽车嵌入式操作系统的市场占有率位居第一。
  Linux是一款开源、高效、灵活的OS，与QNX相比最大优势在于其为开源软件，具备很大的定制开发灵活度。
  Automotive Grade Linux是一个协作开源项目，由Linux 基金会管理，它将汽车制造商、供应商和科技公司聚集在一起，以加速开发和使用完全开放的智能网联汽车软件堆栈。
  安卓最大的优势在于庞大的手机群体，为其OS开发了极其丰富的应用，可以迅速实现移植，在汽车上快速建立起软件生态。
  Polestar 2有两个屏幕，包括11英寸的中控屏和驾驶员仪表屏，两块屏幕都运行在Android Automotive OS上，不同于目前很多车企用不同的操作系统来分别开发中控屏和仪表屏。
  谷歌公司推出的基于安卓的汽车操作系统平台产品尚处于发展早期，但国内车载信息娱乐系统产品的底层操作系统几乎全部采用安卓，主要的造车新势力也都基于安卓深度定制了自身的系统。
  从高通和苹果的专利诉讼可以看出，以智能手机为代表的高科技领域在知识产权的保护和控制方面的竞争异常激烈。
  AliOS属于智能座舱OS，不包含自动驾驶功能，它通过先进的交互方式对座舱内部件的操控以及获取娱乐导航等信息服务，通过环境场景的感知来为用户提供驾驶辅助和服务推荐，可以实现车辆近远程控制(借助手机APP，车主远离车辆也可以进行上锁、解锁、打开后备箱、打开空调系统和座椅加热)和车辆状态查询。
  AliOS添加了云服务相关的模块以接入阿里巴巴的生态环境，重点包括电子商务(淘宝)、网络支付(支付宝)和高清地图(高德)，打造手机之外的第二移动支付终端。
  GENIVI基于Linux平台，准确来说是一个标准联盟。
  该联盟将Android、AUTOSAR、Linux和其他车载软件的采用者与解决方案供应商联系起来，涵盖各大汽车制造商、一级供应商、半导体供应商、软件开发商和服务提供商，成员已有100多个。
  GENIVI开源组件如vSOMEIP、DLT等已经成为汽车业界通用的标准组件。
  从2019年10月开始，GENIVI联盟逐步由原来的车载娱乐向安卓车机拓展。
  腾讯旗下科恩实验室正式加入GENIVI，成为国内首家加入该联盟的安全团队。
  表3-3 主流车载系统总结
  (二)定制型和ROM型操作系统
  这种方式保持了核心车辆控制体系与信息娱乐系统的隔离和分别控制。
  (三)中间件
  在汽车通信和自动驾驶平台不断标准化的趋势下，连接硬件底层和应用层的中间件业务存在巨大发展空间。
  中间件主要针对应用层的开发人员，针对不同应用优化底层操作系统的接口，使应用开发人员可以将开发工作集中在自己的业务层面。
  在智能汽车时代，中间件服务商将扮演重要角色。
  对于自动驾驶平台，中间件服务商主要帮助对接车厂、平台级OS与核心硬件厂商，使标准化产品能够给予不同层级用户个性化的接口调用。
  相比通信平台，自动驾驶平台的定制化程度会更高，因此中间件商的潜在发展空间更大。
  根据 CCW Research，随着信息技术的快速发展，中间件市场规模持续快速增长，2015-2019 年国内中间件市场复合增速 9.5%，2019 年市场规模72.4亿元。
  图3-6 国内中间件市场规模
  根据东吴证券研报，预计2023年全球车载中间件市场规模约为86.8亿美元。
  国内已布局汽车中间件业务的企业包括中科创达、东软集团、诚迈科技等。
  图3-7 2019-2021年国内智能座舱中间件收入预测
  图3-8 2019-2021年国内自动驾驶系统中间件收入预测
  (四)映射类
  Google推出了专为汽车设计的Android Auto，其需要连接手机使用，旨在取代汽车制造商的原生车载系统来执行Android应用与服务，并访问与存取Android手机内容，目前能够支持500种以上车型，但手机内容投屏的方式只是一种过渡和折中方案。
  完成投屏映射一般需要通过有线(USB)或无线(蓝牙)，通过MicroLink等通信协议的方式让车载HMI扩展智能手机，执行通信协议加重了智能手机的计算负担;无线连接不仅本身有延迟，不稳定的链接也会损害服务质量。
  这些问题对延迟和稳定性特别敏感的仪表盘和HUD将成为大问题，因此仪表盘和HUD不适合手机映射。
  图3-9 谷歌和苹果车载系统装机量预测
  此外，百度Carlife、华为Hicar等也都属于手机车机映射类软件。
  四、Hypervisor虚拟机
  智能汽车装载了大量的智能传感器(高清摄像头、激光雷达、毫米波雷达等)，并且需要对海量数据进行采集、处理和共享。
  为了解决控制器芯片处理能力和信息安全这两个基本问题，以博世、大陆、德尔福为首的Tier1提出了域控制器(DCU，Domain Control Unit)的概念，根据功能将整车划分为动力总成、车辆安全、智能座舱和自动驾驶等几个域，利用处理能力更强的多核CPU/GPU芯片相对集中地去控制每个域，以取代目前的分布式汽车电子电气架构(EEA)。
  这样的设计简化了汽车电子网络拓扑结构，但由于各种数据的相互融合也带来了安全隐患。
  为此，部分企业引入了航电设备中虚拟机管理的概念，基于AUTOSAR标准提出了AUTOSAR Hypervior虚拟机，新的AUTOSAR Adaptive Platform版本也拓展了智能汽车的应用。
  虚拟机可以提供一个同时运行两个独立操作系统的环境，比如在智能座舱ECU中同时运行Android(车载功能)和QNX(电控功能)。
  目前面向汽车的虚拟机管理程序已商用的产品包括Blackberry QNX Hypervisor，Wind River VxWorks，Green Hills INTEGRITY Muitivisor，Mentor Graphics Embedded Hypervisor以及被松下汽车电子收购的OpenSynergy。
  智能汽车操作系统还处在蓄势待发的早期阶段，随着各项技术的不断革新，未来产业发展的变数还非常多。
  智能汽车操作系统需要建立开放的生态。
  操作系统的成功与否，关键在于生态系统，需要搭建起完整产业链上的软件开发者、芯片企业、终端企业、运营商等各个主体。
  开发者是维系操作系统和最终用户的纽带，以开源等方式降低开发门槛，可以吸引更多的开发者赋能操作系统，为最终用户带来更好的体验。
  但相比个人电脑和手机，汽车涉及用户的生命安全，在手机时代通过建立丰富生态而崛起的Android和IOS系统的发展模式，并不一定能在智能汽车上复制。
  自动驾驶OS上承载着油门、刹车、转向等基本行驶功能，未来还将纳入车身和底盘控制功能，涉及行驶的基本安全，对系统的安全性、稳定性和实时性要求非常高，在ISO 26262 ASIl(Automotive Safety Integration Level)的安全等级中基本在C或更高的D，而与智能座舱OS相关的仪表系统为相对更低的ASIL B，车载信息娱乐系统为A级。
  相比之下，智能座舱OS对兼容性、开放性要求更高，而开放的生态则必然带来更大的安全问题。
  智能汽车操作系统未来发展趋势
  整车厂和互联网科技企业互补合作，同时也互相竞争提防。
  因此OEM一方面依赖于与互联网科技企业的合作，同时也有所保留，并加快开发自己的系统。