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车载OS盘点及特点分析

发布日期:2020-07-27

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(一) 车载OS几大系统介绍

OS,英文全称operating system,即操作系统,意思是指用于管理计算机硬件和软件资源,并提供通用服务的计算机程序。

对于我们日常接触的OS而言,操作系统就是Windows、Macos、Android,基于工程师们比较钟爱的Linux等。但是对于车载OS而言,一般就比较陌生了,车载OS,顾名思义,就是在汽车上使用的OS,与普通电脑、移动终端的OS不同,这类OS使用在汽车上。但是车载OS也有很多的分类和用途。

未来,汽车将演变为移动智能终端,软件将定义汽车,OS是传统车企实现数字转型的关键,成为各企业必争的战略要地。在汽车领域,OS包括与安全相关的控制系统OS和与用户体验相关的IVI(信息娱乐系统)OS两大部分。

至于各个操作系统之间有什么区别,有什么重要性,一般人是不关心的,但是随着智能网联汽车技术的发展,自动驾驶距离推广应用越来越近,车载操作系统很快进入汽车行业巨头的视线,并且纷纷布局,智能网联汽车发展大背景下的车载OS,也将会迎来一波江湖纷争。

进入2019年,车载OS领域的竞争急剧升温,QNX由于其安全性优势成为智能网联汽车行业的新宠,Linux基于自身开源特性和广大的工程师基础在低调中默默吸取市场份额,Google充分发挥Android开源优势并向第三方***开放Android Automotive OS,大众提出要自研vw.OS,斑马网络也进行重组并开放三大融合模式,华为鸿蒙同样剑指汽车。主机厂、谷歌、阿里以及华为等开始上演新一轮智能网联汽车入口争夺战。各车载OS的核心竞争力究竟在哪?本文将会简略分析。

华为鸿蒙OS

鸿蒙OS(英文:HarmonyOS)。在2019年8月9日,华为在东莞举行华HDC2019***大会,正式发布操作系统鸿蒙OS。华为称鸿蒙OS是一款“面向未来”的操作系统,一款基于微内核的面向全场景的分布式操作系统,它将适配手机、平板、电视、智能汽车、可穿戴设备等多终端设备

鸿蒙系统(HarmonyOS)是基于微内核的全场景分布式OS,可按需扩展,实现更广泛的系统安全,主要用于物联网,特点是低时延,甚至可到毫秒级乃至亚毫秒级。

鸿蒙OS实现了模块化耦合,有三层架构,第一层是内核,第二层是基础服务,第三层是程序框架,对应不同设备可弹性部署。可用于大屏、PC、汽车等各种不同的设备上。

鸿蒙OS的“分布式OS架构”和“分布式软总线技术”通过公共通信平台,分布式数据管理,分布式能力调度和虚拟外设四大能力,将相应分布式应用的底层技术实现难度对应用***屏蔽,使***能够聚焦自身业务逻辑,像开发同一终端一样开发跨终端分布式应用,也使最终消费者享受到强大的跨终端业务协同能力为各使用场景带来的无缝体验。

鸿蒙OS通过使用确定时延引擎和高性能IPC两大技术解决现有系统性能不足的问题。确定时延引擎可在任务执行前分配系统中任务执行优先级及时限进行调度处理,优先级高的任务资源将优先保障调度,应用响应时延降低25.7%。鸿蒙微内核结构小巧的特性使IPC(进程间通信)性能大大提高,进程通信效率较现有系统提升5倍

鸿蒙OS采用全新的微内核设计,拥有更强的安全特性和低时延等特点。微内核设计的基本思想是简化内核功能,在内核之外的用户态尽可能多地实现系统服务,同时加入相互之间的安全保护。微内核只提供最基础的服务,比如多进程调度和多进程通信等。鸿蒙OS将微内核技术应用于可信执行环境(TEE),通过形式化方法,重塑可信安全。

鸿蒙OS通过统一IDE支撑一次开发,多端部署,实现跨终端生态共享。鸿蒙OS凭借多终端开发IDE,多语言统一编译,分布式架构Kit提供屏幕布局控件以及交互的自动适配,支持控件拖拽,面向预览的可视化编程,从而使***可以基于同一工程高效构建多端自动运行App,实现真正的一次开发,多端部署,在跨设备之间实现共享生态。

HarmonyOS预计将从2020年8月开始开源,这一事实可能会加快操作系统的开发速度。

相对于Android,华为OS还具有一些固有的设计优势,

首先是鸿蒙OS的分布式体系结构,华为称它将使鸿蒙OS比Android更快。Android包含许多不必要的代码行和**问题,而分布式体系结构则提供了更为简洁的代码结构。

其次,鸿蒙OS的微内核设计可以提供更高的安全性和更低的延迟。相比之下,Android使用其基于Linux的内核执行的代码大约多出1000倍。

第三,华为的ARK编译器和专用的IDE(应用程序套件)将简化应用程序向鸿蒙OS的迁移,因为它简化了Android开发人员对应用程序进行调整的过程。这将消除为多个设备重新开发应用程序的需要。

华为此前已经宣称这款操作系统经过多年时间的打磨,已经成功解决不少系统底层的难题,目前还在持续投入并鼓励全球应用***共同丰富软件生态。

阿里AliOS

2017年9月27日,阿里巴巴发布全新的AliOS品牌及口号,面向汽车、IoT终端、IoT芯片和工业领域研发物联网操作系统,并整合原YunOS移动端业务。

AliOS 是基于 Linux Kernel 研发的驱动万物智能的操作系统,适用于多种设备类型,如物联网设备、手机、平板电脑、电视、车载系统等。

2018年09月22日AliOS发布新版操作系统AliOS 2.0,斑马则公布了MARS(即斑马智行的3.0版本)。

AliOS 2.0系统在感知、交互、应用、平台、安全五个领域实现了突破。

在感知上,AliOS将从车内的感知扩展到全车感知,覆盖车机、胎压等方面;此外还支持人脸识别、路况感知以及车路协同。

在交互上,增加了多模态的智能交互方式,用户可以进行语音、手势、触摸相组合的操作;AliOS 2.0也支持多屏显示和操作,屏幕可独立控制也可共享显示。

在应用上,AliOS 2.0可以通过AR技术,在液晶仪表盘反馈路况,并提供导航提醒;对驾驶行为与车辆状况实时监测、为企业和个人提供驾驶风险管理服务。

在平台上,新版AliOS推出面向车的应用开发框架和端上机器学习推理框架;应用开放框架包含智能交互、车应用开发模型、AI与车辆数据;端上推理框架无需联网,针对这点,AliOS将与芯片厂商进行合作。

在安全方面,AliOS通过建立授权、鉴权机制和访问控制,以及基于芯片硬件安全架构来保证数据的安全。

作为基于AliOS 开发的解决方案,MARS在应用场景上则更具体一些。相比起斑马智行2.0,MARS全面融合了AI技术。MARS的十项亮点功能分别是:AI场景引擎、车载K歌系统、跨端组队、全天候地图、我的快递、沉浸式音乐、AR辅助驾驶、**车内AI萌宠、专属个人通勤地图以及疯狂答题。

AliOS和斑马,都公布了开放平台。AliOS开放平台开放了包括云应用开发、场景智能感知等6大类60余项底层系统级别能力,并同步提供车载开发工具和测试环境,***可对驾驶舱、 车灯、故障等100多种实车信号进行快速模拟。

此次发布的AliOS,在应用上,首次提出了端上机器学习的框架,让操作系统在端上也可以进行深度学习,不需要联网就能应用人工智能。而基于AliOS的斑马也非常强调人工智能,其AI场景引擎功能就是人工智能在汽车使用场景中将会涉及到的应用。

在车载操作系统中,阿里和斑马以及步入了更为智能化的阶段。在2016年,阿里与上汽合资成立的斑马智行推出了首款互联网汽车——荣威RX5,到目前为止,上汽的互联网汽车累计销量已经超过70万辆。目前,阿里和斑马都希望将这一数字扩大,因此也不难理解为何今日两家公司都推出了开放平台。

Microsoft WinCE

2004年,比尔.盖茨在一次演讲会上宣称:如果通用汽车公司象计算机行业那样紧跟技术的发展,我们今天早就可以用一加仑汽油跑100英里了。通用汽车公司总裁对此回应道:如果通用汽车公司象微软那样发展技术,那么我们今天驾驶的汽车就会有如下特点:汽车每天会无缘无故重启、哑火,有时还必须同时搬门柄,转钥匙,抓紧收音机天线,完成重启。

通用汽车总裁,在用这些比喻来暗指Windows系统的问题,但从另外一个方面,也反映了车载OS对于出错的容忍度低,可靠性要求高,远非消费品可比。那么被嘲笑的微软在车载OS领域是否真的一无建树?

不然,微软在车载OS领域的尝试,从WinCE开始,Windows CE操作系统是在PC Windows操作系统基础上研发而来的,用法、功能上相近。Windows CE系统对RAM的主流配置都在256MB左右,处理器主频在500MHz左右即可。对硬件要求不高,在传统车载导航领域应用广泛但,WinCE 并没有像在电脑端一样统治OS。

根本原因在于,车载OS的应用,一方面有赖于车身电气化,OS能有更多用武之地,另一方面安全性要有保障。而这两点,都是WinCE发展的时代不曾具备的。后随着车联网发展,衍生出了手机互联的过度产品,但很快在自动驾驶发展的浪潮下,被真正的车载OS取代了。

BlackBerry QNX

QNX是一种商用的遵从POSIX规范的类Unix实时操作系统,目标市场主要是面向嵌入式系统。它可能是最成功的微内核操作系统之一。以目前的情况看,车载OS分两个方向发展,一条是管理车载信息娱乐的系统,一条是负责车身电子元器件的OS。这种OS分离的方式,主要是为了安全。而提到车载OS的安全,就跨不过QNX。

QNX软件已广泛用于汽车行业的远程信息处理系统。自Harman购买以来,QNX软件已被应用到200多种不同的汽车品牌和型号中不仅在远程信息处理系统中,而且在信息娱乐和导航单元中也是如此。

用于信息娱乐的QNX CAR平台采用了一系列QNX中间件技术,可处理媒体,网页浏览,语音集成,智能手机连接,无线(OTA)软件升级,手持蓝牙和免费电话。QNX系统支持第三方应用程序和第三方产品,比如导航,语音识别等。该平台支持所有主要的汽车级硬件,并采用模块化和可扩展的架构构建。可灵活应用到高中低级信息娱乐系统。

用于汽车电控单元嵌入式软件的QNX OS for Safety 2.0是QNX 7.0产品系列中第一个经过安全认证的产品。它基于QNX SDP 7.0,目前是**进,最安全的嵌入式操作系统,适用于所有安全和关键任务应用。QNX OS for Safety 2.0通过了ASIL D(汽车行业**安全等级标准)的ISO 26262和TVRheinland的IEC 61508 SIL3认证。

QNX在车载OS领域**是垄断性的存在,全球100%的OEM商都和QNX合作,而一些新晋OEM车企包括蔚来、拜腾等同样也选择了QNX作为其合作伙伴。而对于Tier1来说,前八家Tier1都是QNX的客户。目前全球共有1.2亿辆汽车在使用QNX技术。QNX参与到超过290个整车生产中,成功率是100%。

QNX在汽车安全件系统部分,几无挑战者,从奔驰到比亚迪,鲜有不用QNX做仪表、辅助驾驶之用的,QNX在车载信息娱乐系统或车联网系统占据超过60%的市场份额,通用Onstar、宝马ConnectedDrive、奥迪MMI、丰田/雷克萨斯Entune都使用了QNX技术。

Android

虽然QNX在车载OS领域中一家独大,但是由于OEM定制化难,开发费高昂等因素制约了QNX在普通汽车部件供应商行业的推广,与此同时更具灵活性和易用性的Android获得了市场机遇。

Android本是Google为移动端打造的操作系统,它基于Linux内核和其他开源软件的修改版本,主要用于智能手机和平板电脑等触摸屏移动设备,因免费开源而行销世界。Android本未涉足车载OS,但部分供应商为了低成本应用将Android搬上了汽车,用作信息娱乐、导航,无关安全,免费易用。在大部分汽车电气化不足,自动驾驶尚处于概念之时,各色Android车载OS驾着车联网的东风,悄无声息的在车载信息娱乐OS市场攻城拔寨。

Google发现车载OS的巨大市场潜力之后,投入精力开发了Android Auto,专门服务车载领域。为了加快进程,Google也建立了一个联盟OAA,不仅有芯片厂商NVIDIA,还有全球OEM大佬奥迪、通用、现代等。势要在车载OS领域打出一片天下。

Android的买家,不仅包括绝大部分后装供应商,同时也有新兴造车势力,研发实力平平的传统OEM,也有愿意尝鲜者,备下第三选择的OEM。OEM不乐见QNX一家独大,有意无意在扶持着竞争对手,Android便是一个选择。因此同样一家OEM,会在不同的车型上,应用不同的系统。

但是,由于Android的开源特性,绝大部分Android拥趸,都将之用于信息娱乐、导航使用,此为非安全件,安全性要求较低,车规要求宽松,个性化需求多,Android正符合要求。但对漏洞、安全低容忍的仪表、辅助驾驶相关系统,则不是Android的法外之地。

吉利推出的GKUI智能车载系统,使用的就是基于安卓平台打造的汽车智能生态系统,吉利车载OS经历了三代的发展,最初的G-Netlink采用的是Linux系统。奇瑞的Cloudrive、东风的windlink 3.0、长安的in-call基于安卓架构进行深度开发。上汽通用在Linux系统的基础上,2017年引入了Android系统。比亚迪搭载的也是安卓车载系统,充当信息娱乐功用。新造车势力蔚来、小鹏、威马、拜腾、爱驰、奇点也都是基于Android开发了自身的车载系统。此外,站在车企背后的相关核心公司,也均在Android领域进行深耕,例如博泰推出的擎OS基于Android深度定制版。

由于Android的开放,让非常多的OEM进入了自研公开、定制化开发的道路,Android广泛的应用到了车载信息娱乐系统当中。但随着仪表系统被液晶显示取代,液晶仪表以及其它涉及安全功能的部分需要可靠的系统来驱动,供应商以及OEM的做法是使用两套软件隔离甚至硬件隔离的方案,QNX或Linux系统用来驱动仪表系统,信息娱乐系统则Android身影出现的较多。

Linux

用不起QNX,用得起Android的,或者二者都不愿用的,还有没有其他选择?当然有,Linux便是。

Linux是一个发展多年,成熟稳定的OS,广泛应用于服务器、云计算、超级计算机、银行等领域,全世界的***基于Linux内核,不断开发完善,成为当下非常安全、稳定的操作系统之一。最重要的,Linux还是开源免费的。

因此,虽然以前Linux并未在汽车领域使用,但Linux已经使用过的领域,安全性、可靠性要求并不比之低。因此,汽车行业对Linux的信任度很高。这也就给了OEM、供应商QNX、Android之外的另一种选择。

基于Linux成熟版本开发的定制化系统,既可以用作驱动安全件的ADAS、仪表显示系统,也可以用于信息娱乐系统。不过由于Linux应用生态不完善,大多数信息娱乐系统还会倾向于使用Android。

Linux组织看到了车载OS巨大的前景,于是又成立了一个公益性的受欢迎的组织——AGL(Automotive Grade Linux)。Automotive Grade Linux是一个协作开源项目,它将汽车制造商,供应商和技术公司聚集在一起,以加速开发和采用完全开放的联网汽车软件堆栈。以Linux为核心,AGL正在开发一个开放式平台,可以作为事实上的行业标准,以实现新功能和技术的快速开发。

AGL目前已经吸引了超过一百家的全球合伙人,这其中不乏丰田、戴姆勒、本田、三菱、福特等国际OEM巨头,电装、大陆等Tier1,瑞萨、Intel、NVIDIA、三星、NXP、ARM、高通等芯片巨擘,也有中国厂商的身影,如中国移动、东软、德赛西威等。

AGL统一代码库(UCB)是一个Linux分销商,UCB信息娱乐平台的目标是为生产项目提供70-80%的起点。这使汽车制造商和供应商能够将其资源集中在定制其他20-30%以满足其独特的产品需求上。主要功能包括:AGL申请框架、用于配对多个设备的ConnMan网络管理、具有内置安全性的车辆总线消息传递,以防止不必要的入侵、音频路由和混音、多种显示功能(前后座椅)、具有WiFi和LTE的IP网络管理器、Linux安全模块、使用Yocto Project进行基于Linux的分发、远程信息处理,IC,ADAS的设备配置文件。



(二)车载OS市场发展格局分析



未来,汽车将演变为移动智能终端,软件将定义汽车,OS是传统车企实现数字转型的关键,成为各企业必争的战略要地。在汽车领域,OS包括与安全相关的控制系统OS和与用户体验相关的IVI(信息娱乐系统)OS两大部分。

进入2019年,车载OS领域的竞争急剧升温,QNX由于其安全性优势成为智能网联汽车行业的新宠,Linux基于自身开源特性和广大的工程师基础在低调中默默吸取市场份额,Google充分发挥Android开源优势并向第三方***开放Android Automotive OS,大众提出要自研vw.OS,斑马网络也进行重组并开放三大融合模式,华为鸿蒙同样剑指汽车。主机厂、谷歌、阿里以及华为等开始上演新一轮智能网联汽车入口争夺战。各车载OS的核心竞争力究竟在哪?本文将会简略分析。

1、QNX、Linux、Android占据车载OS大半江山,AliOS推广进程缓慢,华为鸿蒙OS成为国产自主希望,其他自研OS多基于这几大系统开发;

2、QNX安全稳定,但缺乏应用生态;Linux工业应用广泛但,安全性不佳;Android生态最丰富,却非车规级系统;AliOS、华为鸿蒙生态均不完善,但本土化优势明显;

3、未来车载OS发展方向,车企主导将成为关键,这将有利于系统应用的开发、生态完善和后续更新。


QNX、Linux、Android、AliOS、鸿蒙OS逐鹿车载OS市场


车载OS自上个世纪90年代逐渐兴起。近些年,智能网联汽车发展浪潮推动着车载OS步入高速发展期,产业日益繁荣,所能实现的智能网联服务日益丰富。

QNX和Linux可谓车载OS的鼻祖,谷歌的Android基于Linux内核深度开发而来,举荐自行一系。目前,汽车行业充斥着各类标榜车载OS的方案,主要来自于传统主机厂、BAT等科技巨头、造车新势力以及初创公司。实际上,多数所谓的OS都是在QNX、Linux和Android的基础上进行开发,也多局限在上层应用,均没有深入到系统底层。

严格意义上来说,QNX、Linux和Android是“血统纯正”的车载OS,这也是当前市场的三大阵营。“缺芯少魂”一直是中国制造之痛,国内企业也对OS志在必得。与谷歌类似,阿里基于Linux内核开发出AliOS(前身为阿里YunOS),成为中国汽车产业OS希望之光,上汽荣威品牌车型上所搭载的斑马智行系统就是在AliOS基础上打造的。另外,华为于今年8月正式发布的鸿蒙系统(HarmonyOS,同样基于Linux开发)也成为星星之火,汽车是其重要应用场景。

“安全”“生态”“本土化”,车载OS推广均有痛点


一套好的OS所必须具备的条件是安全稳定、快速响应、生态丰富,以及良好的人机交互体验。横向来看,QNX、Linux、Android、AliOS和华为鸿蒙各有千秋。

QNX的最大优势在于安全性和市场占有率,它的解决方案涵盖汽车仪表、智能驾驶等多领域。单就IVI而言,QNX是世界上首款通过ISO 26262 ASIL D级(汽车功能安全**等级)认证的车载OS。包括宝马、奥迪、福特等全球200多家整车企都与QNX有合作关系,其车载OS也应用在了数千万辆汽车中。

不过,QNX并不开源,也存在开发难度大、成本高的问题。相比起QNX而言,Linux则是一款免费的开源系统,具备定制开发的灵活度。基于Linux的开发成本相对较低,且安全稳定。Linux也建立了AGL(Automotive Grade Linux)开源项目,会员单位覆盖超百家车企和供应商。

QNX和Linux共同的短板在于生态薄弱。目前最为流行的Android应用并不能**地迁移到Linux上,需要重新做适配。而QNX在生态方面的表现则更弱。尤其是对于中国市场,这两者的应用生态更加缺乏。”

Android最突出的特点便是在于应用生态。在移动设备端,Android掌握着庞大的用户基础和***,占据了绝大部分市场份额。这些应用生态都能够向车载OS端迁移。Android的开放,让许多主机厂进入了定制化自研OS的道路,例如比亚迪、小鹏、蔚来等,因此Android在汽车领域的市场份额在不断扩大。然而,Android所存在的系统碎片化、安全性弱等问题也会一并继承到汽车端,且当下尚未看到有比较好的解决方案。

AliOS的优势之一在于嵌入了阿里丰富的应用生态,且掌握着庞大的用户数据。上汽荣威、福特、雪铁龙、宝骏、观致以及斯柯达等8家汽车品牌是斑马网络的合作方,搭载斑马智行系统的车辆超过70万辆。相比之下,华为鸿蒙尚未在汽车端落地,应用生态更是其短板。华为鸿蒙的优势在于,它是分布式操作系统,为物联网和智能网联汽车而打造。此外,华为有着庞大的移动设备出货量,这有助于鸿蒙系统吸引***,促进应用生态形成,并迁移到车端。

然而,华为鸿蒙和AliOS将面临一个共同问题:应用生态不完善。中国互联网行业的特点在于碎片化,且头部企业不止一家,即便是阿里也无法覆盖所有的应用生态,例如社交就不是其强项,而腾讯却是该领域的巨头,竞争对手间很难精诚合作。对于华为来说,与BAT等互联网公司进行合作或许会更难。行业专家称,“BAT等并不害怕苹果、谷歌,因为国际巨头在某些方面不一定就完全适应中国市场。而华为作为ICT(信息通信技术)巨头,如果强大起来是有可能把BAT的一些市场‘吃掉’的。”从某种程度上来说,华为鸿蒙的应用生态之路可能会走得更加曲折。

另外,与具有最丰富应用生态的Android相比,AliOS的生态应用更新比不上原生Android系统,华为也会存在类似问题。基于Linux内核开发的系统,基本通过安卓虚拟机进行更新,这类系统最大的问题在于对新的生态的支持远比不上标准安卓版本。不过,AliOS和华为所共有的优势在于,更懂中国用户,本土化将强于其他车载OS。

未来车载OS发展方向,车企主导将成为关键


未来,车企对于车载OS布局可能会分化出三种形式:一是开发一套车载OS;二是像蔚来等车企那样做上层UI;三是直接采用现成的车载OS。对于这三种形式的选择是由各个车企的战略定位和自身实力决定的。对于有实力的车企而言,更倾向于掌控车载OS的话语权,形成从整车硬件到车载OS,再到上层应用乃至用户数据的完整生态链,从而牢牢抓住智能网联汽车的价值核心。如苹果一般形成软硬一体的能力是车企实现数字化转型的关键,否则“软件定义汽车”对于车企来说就无从谈起。

今年6月,大众汽车率先迈出了步伐,宣布成立Car.Software软件研发部门,着手开发大众vw.OS。至2025年,Car.Software部门将扩展到5000人规模,大众自主开发的软件将从现在不到10%提升到60%。由此可见,这套车载OS是大众面向未来数字化转型的重要战略支撑。目前,尚不明确大众是要从**层开始构建一套全新的操作系统,还是基于Linux等进行深度开发。

谷歌、阿里等科技公司的技术优势在于互联网、大数据等方面,而车企的优势则在于更懂汽车,明白汽车需要什么样的车载OS,车载OS上的很多应用都与底层数据紧密结合,由此而言,由车企来开发车载OS,可以帮助***降低开发复杂度和成本,促进应用生态体系的建立。同时,车企主导车载OS,在技术支持的响应上也要远优于选择Android等第三方系统。”

至于选择了第三方车载OS的车企,他们与互联网公司之间多少存在利益博弈,例如来自汽车底层的以及用户的数据就是双方的争夺点,如果车企未来不能掌握数据,同样也很难实现“软件定义汽车”。

反过来说,就是Android、AliOS以及未来的华为鸿蒙等,如果要想在车载OS领域施展抱负,取得一定的“江湖地位”,那就应该妥善地处理好与车企间的利益关系做好供应商角色定位。


作者:百家号/风雨辰 | 2019-12-26  


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