計算機行業操作系統：汽車軟件化的起點-220529（81頁）.pdf

《計算機行業操作系統：汽車軟件化的起點-220529（81頁）.pdf》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《計算機行業操作系統：汽車軟件化的起點-220529（81頁）.pdf（81頁珍藏版）》請在三個皮匠報告上搜索。

1、 免責聲明和披露以及分析師聲明是報告的一部分，請務必一起閱讀。 1 證券研究報告 計算機計算機 操作系統：汽車軟件化的起點操作系統：汽車軟件化的起點 華泰研究華泰研究 計算機計算機 增持增持 ( (維持維持) ) 研究員 謝春生謝春生 SAC No. S0570519080006 SFC No. BQZ938 +86-21-29872036 聯系人 彭鋼彭鋼 SAC No. S0570121070173 華泰證券華泰證券 2022 年中期線上策略會年中期線上策略會 行業行業走勢圖走勢圖 資料來源：Wind，華泰研究 重點推薦重點推薦 股票名稱股票名稱 股票代碼股票代碼 目標價目標價 (當地幣種

2、當地幣種) 投資評級投資評級 東軟集團 600718 CH 13.47 買入 光庭信息 301221 CH 62.51 買入 四維圖新 002405 CH 15.13 買入 資料來源：華泰研究預測 2022 年 5 月 29 日中國內地 專題研究專題研究 操作系統操作系統：汽車軟件化的起點汽車軟件化的起點 我們認為汽車正在逐步從純工業制造品向 IT 產品演化，其 IT 架構將逐步成熟，各個核心部件的分工也將越來越清晰。 在這一過程中操作系統的角色地位也將不斷演變。汽車的數據和信號不單純是二進制數據，較其他智能終端更復雜。隨著汽車電子電氣架構從分布式到集中式演化，控制域、座艙域、駕駛域隨之誕生。

3、不同域之間對操作系統的要求不同， 如車身控制對實時性要求較高，又分化出實時操作系統和分時操作系統。我們認為，以操作系統為代表的汽車基礎軟件，其產業地位愈加重要，市場空間有望逐步抬升。建議關注相關領域有布局的廠商：東軟集團，四維圖新，光庭信息。 汽車操作系統：產業關注度汽車操作系統：產業關注度/共識度顯著提升共識度顯著提升 隨著汽車硬件架構逐步趨于標準化， 產業對汽車軟件特別是基礎軟件操作系統的關注度明顯在提升。包括海外車廠以及 Tier1 廠商成立汽車軟件公司，并進行一些較大規模收購， 比如 2022 年 1 月， 安波孚以 43 億美元 （約 273.7億人民幣）收購風河軟件 Windriv

4、er。風河是全球領先的工業基礎軟件企業。我們認為，汽車軟件高關注背后是：1）早期偏硬件載體，中期偏軟件優化，后期偏生態應用；2）EE 架構遷移：從分布式到集中式；3）軟件&硬件：從高度耦合到逐步解耦；4）芯片：從 MCU 到 SOC；5）硬件標準化/同質化，軟件復雜化/差異化。 終端視角：汽車終端視角：汽車 OS 復雜度或進一步提升，為汽車復雜度或進一步提升，為汽車 IT 生態打下基礎生態打下基礎 相比手機，汽車電子電氣架構更復雜，應用場景更多樣，數據類型更多，對穩定性要求更高。車規級對產品性能/安全性/穩定性的要求，本身就比消費級至少高出一個數量級。隨著汽車域控制器、中央計算架構等全新電氣架

5、構的演進，軟硬件有望逐步解耦，呈現硬件標準化，軟件復雜化特點，未來汽車操作系統復雜度或進一步提升。復盤手機 OS 發展歷程，當下汽車 OS 類似軟件定義時代初期的手機 OS，而在多操作系統融合/虛擬平臺構建/適配底層硬件架構方面，比手機更加復雜。上層應用的生態豐富，汽車載體最終或將演化為類似手機的 IT 產品平臺，OS 或成為汽車 IT 生態的重要基礎。 應用場景視角：功能復雜化，汽車應用場景視角：功能復雜化，汽車 OS 價值地位有望提升價值地位有望提升 汽車操作系統為車機軟硬件資源的調度者， 在實現汽車功能的過程中扮演了重要角色。汽車功能的日益復雜，操作系統的職責從實現基本的車輛控制發展到實

6、現智能座艙，以及支持智能駕駛。其需要處理的數據量也隨之大幅提升。 隨著海量數據處理需求的產生， 集中式的架構、 大算力的芯片應運而生，在此背景下底層軟硬件資源的分配重要性進一步提升。 我們認為，隨著汽車功能復雜化程度的提升，汽車操作系統在整車中的價值地位有望持續提升。 芯片芯片視角：視角：算力提升為多算力提升為多 OS 運行打下基礎，關注軟硬件解耦趨勢運行打下基礎，關注軟硬件解耦趨勢 近年來，車載芯片算力持續提升，多類型操作系統的同時運行成為可能。此外，目前市場上的硬件標準化、同質化程度越來越高，軟件逐步成為車廠打造差異化產品的關鍵， 軟硬件解耦或將成為未來發展趨勢。車載操作系統作為連接和統一

7、管理硬件、軟件和用戶的核心樞紐，決定著汽車軟件架構的穩定性。我們認為在軟硬件解耦的趨勢下，車載操作系統或將成為軟件定義汽車的關鍵，重要性有望進一步上升。 風險提示：技術進步不及預期，下游需求不及預期。 (34)(24)(14)(3)7May-21Sep-21Jan-22May-22(%)計算機滬深300 免責聲明和披露以及分析師聲明是報告的一部分，請務必一起閱讀。 2 計算機計算機 正文目錄正文目錄 核心觀點核心觀點 . 3 觀點一：操作系統：汽車軟件化的起點 . 3 觀點二：相比手機，汽車操作系統更加復雜 . 3 觀點三：軟件復雜化&數據量提升對汽車操作系統提出更高要求 . 3 觀點四：軟硬

8、件解耦或成未來發展趨勢 . 4 汽車操作系統：關注度越來越高汽車操作系統：關注度越來越高. 5 操作系統：從操作系統：從 PC，到手機，到車機，到手機，到車機 . 8 操作系統：智能終端的核心 . 8 操作系統：汽車軟件化的起點 . 10 汽車操作系統：從幾個維度認識汽車操作系統：從幾個維度認識. 13 維度一：數據處理實時性 . 17 維度二：操作系統的定制程度 . 22 維度三：車載功能的廣度和深度 . 23 汽車操作系統：從架構角度認知汽車操作系統：從架構角度認知. 25 思考：不同操作系統如何兼容 . 25 從不同視角看操作系統的變化從不同視角看操作系統的變化 . 36 視角一：從終端

9、載體角度看車載操作系統 . 36 智能汽車 VS 智能手機：汽車操作系統更復雜 . 36 汽車操作系統：對比手機操作系統，車載 OS 有望步入軟件定義時代 . 37 車的最終演化形態或為 IT 產品平臺 . 38 視角二：從應用場景變化看車載操作系統變化. 40 變化一：應用軟件功能逐漸復雜化. 40 變化二：車載操作系統需要處理的數據量大幅提升 . 41 變化三：高等級自動駕駛落地有望推動車載操作系統地位提升 . 42 視角三：從芯片維度看車載操作系統 . 44 芯片的變化：汽車芯片的算力進步顯著 . 44 車載 OS 的變化：兼容度提升，多 OS 并行成為可能 . 50 未來趨勢：軟硬件解

10、耦或成未來發展趨勢 . 51 拆解：操作系統、芯片、應用之間的關系拆解：操作系統、芯片、應用之間的關系 . 52 汽車操作系統：市場規模測算汽車操作系統：市場規模測算 . 61 主要廠商布局情況主要廠商布局情況 . 64 傳統汽車品牌 . 64 造車新勢力 . 67 第三方軟件開發商 . 70 初創企業 . 72 總結 . 77 風險提示 . 78 免責聲明和披露以及分析師聲明是報告的一部分，請務必一起閱讀。 3 計算機計算機 核心觀點核心觀點 觀點一：操作系統觀點一：操作系統：汽車軟件化的起點汽車軟件化的起點 我們認為，操作系統是汽車軟件化的起點我們認為，操作系統是汽車軟件化的起點。操作系統

11、，一般存在于計算系統中，是計算系統的核心底層基礎軟件，負責控制、管理、調度整個計算系統的硬件資源和軟件資源。無論是 PC 還是智能手機，操作系統都不是孤立存在，而是一種生態。我們認為，汽車正在逐步從一個純工業制造品向 IT 產品演化，其 IT 架構將逐步成熟，各個核心部件的分工也將越來越清晰。在這一過程中，操作系統的角色地位也將隨著汽車 IT 架構的完善而不斷提升。 我們我們認為認為，“軟件定義汽車軟件定義汽車”將進一步強化操作系統將進一步強化操作系統 OS 在汽車智能化產業鏈的地位在汽車智能化產業鏈的地位。傳統來看，汽車操作系統的服務對象包括車載電子設備（IVI 系統）及電子控制裝置（ECU

12、 等）等，正逐步從車機 OS，到智能座艙 OS/自動駕駛 OS/整車 OS 階段逐步演化。當前隨著汽車電子電氣架構由分布式架構向中央集中式架構轉變，電子控制單元的控制權向域集中演化，原本基于不同底層操作系統的 ECU 開始合并，汽車操作系統也呈現融合態勢。隨著硬件趨于同質化，軟件成為差異化的核心競爭點。而 SOA 架構是軟件定義汽車的重要實現形式，推動軟件定義汽車落地。 觀點二：觀點二：相比手機相比手機，汽車操作系統更加復雜汽車操作系統更加復雜 手機手機 OS 與車機與車機 OS 的異同的異同。我們認為，智能汽車發展到今天，尤其是在引入了中控大屏之后，與智能手機在眾多基礎能力上具備共通之處：1

13、）都是在滿足了基本功能之后，進行智能化拓展：手機從功能機到智能機，汽車是從傳統燃油車到電動智能車；2）都是人與機器的交互，是流量入口。但我們也看到，汽車與手機在架構上的差異，決定了兩者操作系統存在一定的差異：1）汽車電子電氣架構更加復雜，對操作系統的集成調度能力要求更高；2）汽車的使用場景更多樣，對操作系統的安全穩定要求更高；3）汽車的數據類型更多，不同數據類型對芯片和操作系統的要求不一樣，汽車中存在多操作系統共存的情況。 汽車操作系統比想象中復雜，未來會更加復雜。汽車操作系統比想象中復雜，未來會更加復雜。我們知道，車規級的產品要求，要比消費級產品要求高很多。我們經常將汽車操作系統與手機操作系

14、統去做對比，但兩者在 IT 架構成熟的過程中，經歷的演化過程還存在較大的差異。很明顯的一個就是，在手機中不可能同時存在兩個或幾個操作系統，但在汽車中是存在的。而隨著汽車域控制器、中央計算架構等全新電氣架構的演進，正開始對傳統分布式架構進行替代，硬件有望向標準化發展，軟件應用有望走向復雜化，也就是：硬件標準化，軟件復雜化。未來汽車操作系統愈加復雜。 觀點三：軟件復雜化觀點三：軟件復雜化&數據量提升對數據量提升對汽車操作系統汽車操作系統提出更高要求提出更高要求 汽車應用軟件功能逐漸復雜化，數據處理量大幅提升汽車應用軟件功能逐漸復雜化，數據處理量大幅提升。傳統汽車操作系統主要實現基本車輛控制能力，包

15、括車輛底盤控制、動力系統控制、剎車控制等。汽車智能化豐富人車交互功能，以智能座艙為例，可以實現包括無線通信、導航、信息呈現、多媒體等多種人車交互功能。汽車軟件功能復雜化之后，緊隨而來的是海量的衍生數據。為了應對海量數據處理需求，集中式的架構、大算力的芯片，都對操作系統性能提出更高要求。 高等級自動駕駛落地有望推動車載操作系統地位提升高等級自動駕駛落地有望推動車載操作系統地位提升。自動駕駛系統主要由感知系統、決策系統和控制系統構成。而車載操作系統作為車機軟硬件的調度者，需要在管理和控制車載軟硬件、支撐上層軟件開發的同時，按照應用程序的資源請求分配底層資源，在自動駕駛過程中扮演了重要角色?；诖?，

16、我們認為，高等級自動駕駛的落地有望提升車載操作系統在整車中的價值地位。 免責聲明和披露以及分析師聲明是報告的一部分，請務必一起閱讀。 4 計算機計算機 觀點四：軟硬件解耦或成未來發展趨勢觀點四：軟硬件解耦或成未來發展趨勢 車載芯片算力升級帶來操作系統兼容度提升車載芯片算力升級帶來操作系統兼容度提升。傳統汽車芯片按照功能可以主要分為控制類芯片、功率類芯片、傳感器類芯片。我們看到，車載芯片的算力正在不斷提升，從特斯拉ModelS（L2 級）的 0.256TOPS，到智己 L7（L3 級）的 1070TOPS，芯片算力迎來跨越式發展。芯片算力升級為操作系統帶來的改變在于兼容度的提升，算力升級從而支撐

17、更多虛擬機運作，使多類型操作系統的同時運行成為可能。 軟硬件解耦將成為未來發展趨勢，操作系統成為軟件定義汽車的關鍵軟硬件解耦將成為未來發展趨勢，操作系統成為軟件定義汽車的關鍵?！败浖x汽車”代表著兩個演變維度，即硬件趨于標準化及軟件趨于復雜化。從目前看來，硬件的標準化、同質化程度越來越高，軟件的差異化優勢正在不斷凸顯。操作系統在智能汽車中的作用類似于 PC 機的 Windows 系統、安卓手機的 Android 系統，其地位在軟硬件解耦的變革中不斷提升，成為決定未來智能汽車產品力提升的關鍵。目前各大汽車廠商正通過搭建新架構，逐漸落地軟硬件解耦。 圖表圖表1： 汽車電子和汽車軟件的代碼開放量：

18、指數級增長汽車電子和汽車軟件的代碼開放量：指數級增長 資料來源：Elektrobit、華泰研究 免責聲明和披露以及分析師聲明是報告的一部分，請務必一起閱讀。 5 計算機計算機 汽車汽車操作系統：關注度越來越高操作系統：關注度越來越高 在智能駕駛發展的初期，產業和資本市場對操作系統的關注度并不高。但隨著這幾年智能駕駛發展階段的演進與逐步成熟，硬件架構逐步趨于標準化。產業對汽車軟件的關注度在提升。包括海外車廠和 Tier1 廠商成立汽車基礎軟件公司，并進行一些較大規模收購，比如 2022 年 1 月，安波孚以 43 億美元（約 273.7 億人民幣）收購風河軟件Windriver。風河是全球領先的

19、工業基礎軟件企業。在汽車領域提供汽車底層軟件能力，包括實時操作系統VxWorks 和嵌入式 Linux 開發平臺等。在這里我們不禁要問，為什么產業在這個時候特別關注汽車軟件，尤其是汽車領域的基礎軟件，比如操作系統等？我們可以從以下幾個方面來理解。 1. 早期偏硬件載體，中期偏軟件優化，后期偏生態應用早期偏硬件載體，中期偏軟件優化，后期偏生態應用。在新型智能終端發展的早期，產業關注度主要集中在硬件載體，關注度都是放在硬件載體和底層算力（汽車芯片） ，因為這些是產業發展初期，不同參與者拉開差距的地方。同時，產業初期，由于可實現的智能駕駛功能比較簡單，對系統復雜度的需求，對算法優化的需求并不大，因此

20、，對操作系統的需求沒有特別明顯體現出來。 而隨著產業的發展， 硬件架構和硬件載體越發的呈現標準化，軟件能力成為凸顯個性化的核心點，軟件優化以及軟件復雜化，成為行業發展核心要素。而越往后期，就越需要通過構建生態來完善功能加速發展。 圖表圖表2： 在不同階段，產業對智能駕駛關注點不同在不同階段，產業對智能駕駛關注點不同 資料來源：CSDN、華泰研究 2. EE 架構遷移：從分布式到集中式架構遷移：從分布式到集中式。傳統的分布式 EE 架構，發揮具體功能的個體是電子控制單元 ECU，一輛車上的 ECU 數量可以多達幾十種上百種。而每個 ECU 中都有 MCU芯片進行算力的提供，實現相應的功能。而這些

21、 MCU 運行的環境是 Autosar Classic Platform 等 RTOS，也就是實時操作系統。因此，當我們去了解汽車操作系統的時候，不能只是停留在泛化的操作系統概念上，而是在汽車電子化/軟件化/智能化發展的不同階段，在汽車電子的不同環節， 其需要的操作系統是不一樣的。 從實時操作系統到分時操作系統，到共存的多操作系統，以及未來是否走向統一的操作系統等？ 圖表圖表3： 汽車汽車 IT 架構成熟趨勢下的變化架構成熟趨勢下的變化 資料來源：CSDN、華泰研究 免責聲明和披露以及分析師聲明是報告的一部分，請務必一起閱讀。 6 計算機計算機 三域 EEA 架構，主要是指車輛控制域、智能駕駛

22、域和智能座艙域。車輛控制域是將原來的動力域、底盤域、車身域等車輛域進行了整合，負責整車控制，實時性及安全性要求高。智能駕駛域負責自動駕駛的感知、規劃和決策相關功能的實現。智能座艙域主要負責 HMI交互和智能座艙相關功能實現。相對于分布式電子電氣架構，集中式電子電氣交媾可以提供更為強大的算力，而強大的算力不僅需要硬件的支持，更需要與集中式電子架電器架構適配的先進的汽車操作系統。 2021 年 10 月， 節能與新能源汽車技術路線圖 2.0發布，其中提出智能計算平臺的技術發展路線，進一步從戰略層面定位了計算平臺及其操作系統在智能駕駛發展中的重要作用。 圖表圖表4： 智能駕駛：計算平臺技術發展路線智

23、能駕駛：計算平臺技術發展路線 資料來源：中國汽車工程協會、華泰研究 3. 軟件軟件&硬件： 從耦合到解耦。硬件： 從耦合到解耦。 在分布式的 EE 架構下， MCU 與算法是高度耦合的。 在 ECU的模式下，MCU 供應商提供芯片的同時，也嵌入了算法。對于車廠而言，重要的工作是汽車的組裝和集成，并不需要自己去開發軟件算法，也不會去關注操作系統。但隨著智能駕駛級別的越來越高，分布式的 EE 架構向集中式 EE 架構遷移，多個 ECU 變成一個集中的域控制器，對應的是集中計算平臺。不同的算法跑在平臺上，涉及到的運算任務變多，多線程同時運行。這樣對操作系統的功能和性能要求提升。 圖表圖表5： 汽車硬

24、件和軟件的變化汽車硬件和軟件的變化 資料來源：CSDN、華泰研究 免責聲明和披露以及分析師聲明是報告的一部分，請務必一起閱讀。 7 計算機計算機 4. 芯片：從芯片：從 MCU 到到 SOC。SOC 與 MCU 的需要支撐的算法復雜度不同。MCU 適用于需求清晰、對算力和延時要求不高的場景。相應地，運行在 MCU 之上的 RTOS（實時操作系統）只需要提供一些調度機制、處理一些簡單的信息即可。而隨著智能駕駛級別的提升，需要芯片處理的信息和數據是多個維度的， 包括多傳感器的融合數據， 涉及到感知、 決策、控制等多個環節，這個時候需要功能更強大的系統級芯片 SOC。與之匹配的是，這需要功能更強大的

25、操作系統來分派和調度計算資源。 圖表圖表6： 汽車汽車 IT 架構成熟趨勢下，芯片的變化架構成熟趨勢下，芯片的變化 資料來源：CSDN、華泰研究 5. 硬件趨同，軟件體現差異硬件趨同，軟件體現差異。硬件架構確定之后，體現差異的地方就是軟件部分。目前像特斯拉以及國內的蔚小理，經過幾年的量產，其智能駕駛的硬件架構趨于成熟，逐步穩定下來。在傳感器等一些解決方案中，不同車廠的做法也逐步趨同。在這種情況下，體現不同車廠其智能駕駛功能多樣性差異的地方，就是在軟件算法的優化方面。未來軟件定義汽車的趨勢也將逐步深化。此時，操作系統的重要性也就逐步提升起來。 圖表圖表7： 汽車軟硬件發展趨勢汽車軟硬件發展趨勢

26、資料來源：CSDN、華泰研究 免責聲明和披露以及分析師聲明是報告的一部分，請務必一起閱讀。 8 計算機計算機 操作系統：從操作系統：從 PC，到手機，到車機，到手機，到車機 操作系統：操作系統：智能終端的核心智能終端的核心 操作系統是操作系統是 IT 產品的底層核心產品的底層核心。一般而言，操作系統存在于計算系統中，比如 PC、服務器、手機、其他智能終端等。在計算系統中，操作系統是核心底層基礎軟件，負責控制、管理、調度整個計算系統的硬件資源和軟件資源。具體來看，操作系統負責：處理如管理與配置內存、決定系統資源供需的優先次序、控制輸入與輸出設備、操作網絡與管理文件系統，以及用戶的交互界面等。 圖

27、表圖表8： 計算機系統的架構計算機系統的架構 資料來源：IDC，華泰研究 操作系統包含五種基本功能：操作系統包含五種基本功能：1）處理器管理：進程調度，在多進程的情況下解決處理器的調度、分配和回收等問題。2）存儲器管理：存儲分配、存儲共享、存儲保護、存儲擴張。3）設備管理：設備分配、設備傳輸控制、設備獨立性。4）文件管理：存儲空間管理、目錄管理、文件操作管理、文件保護。5）作業管理：處理用戶提交的要求。 圖表圖表9： 操作系統操作系統的角色和位置的角色和位置 資料來源：IDC，華泰研究 免責聲明和披露以及分析師聲明是報告的一部分，請務必一起閱讀。 9 計算機計算機 IT 架構架構越越成成熟，分

28、工越清晰。熟，分工越清晰。在成熟完善的計算架構中，比如 PC/服務器/手機等，每個部件、每個環節的 IT 角色定位都比較分明，而且基本都是模塊化和標準化，架構和分工非常清晰。目前，汽車正逐步從傳統的制造業向信息產業轉化，電氣架構正逐步疊加電子架構，硬件部件疊加更多軟件模塊。在這背后，就是汽車的計算系統逐步向成熟的方向演化。未來我們將會看到汽車組件更加標準化和模塊化：標準化模塊、標準化接口、模塊化組裝等有望逐步清晰。在這其中，操作系統的重要角色有望更加凸顯。 圖表圖表10： 傳統傳統 IT 架構圖架構圖 資料來源：IDC，華泰研究 我們可以看下傳統成熟 IT 架構下操作系統的架構，來幫助理解汽車

29、操作系統的架構。從計算場景來看，汽車，是計算從 PC/手機，進行邊界和場景拓展的體現，底層操作系統的功能是類似的。傳統 IT 終端的操作系統大致可分為三種架構。 1）層次結構：層次結構：根據操作系統中各模塊的功能和相互依存的關系，把各模塊分為若干層次。其他的任一層次都在其下一層的基礎上建立，并且每一層僅使用其下層提供的服務。 2）微內核結構：微內核結構：將操作系統中的基本功能模塊組織為微內核，包括進程、資源、終端服務例程、設備驅動程序、I/O 子系統以及網絡子系統管理功能等。其他功能則通過調用微內核來實現。 3）單一內核結構：單一內核結構：將操作系統中所有的系統相關功能封裝在內核中。優點在于各

30、個模塊之間相互調用的開銷比較小，容易實現全局性優化，能充分發揮硬件的潛在性能。缺點是體積龐大，結構復雜。 操作系統支撐了整個操作系統支撐了整個智能智能終端的生態終端的生態。無論是從 PC 還是從智能手機，操作系統都不是孤立的存在，而是一種生態。這種生態，一方面體現在“適配”：1）操作系統與芯片的適配，比如 PC 架構中的WinTel 架構，智能手機的 Android+ARM 的架構。2）底層基礎軟件與上層應用軟件的適配。另一方面體現在“解耦”：上層應用軟件與底層基礎軟件的解耦，也就是說，上層應用軟件的開發不用考慮底層基礎軟件的種類或者組合方式。 免責聲明和披露以及分析師聲明是報告的一部分，請務

31、必一起閱讀。 10 計算機計算機 圖表圖表11： PC 電腦的電腦的 Windows+Intel 架構架構 圖表圖表12： 移動手機的移動手機的 Android+ARM 架構架構 資料來源：公司官網，華泰研究 資料來源：公司官網，華泰研究 我們認為，汽車正從純工業品向我們認為，汽車正從純工業品向 IT 產品演化產品演化。隨著汽車 IT 架構的逐步成熟，各個核心部件的分工也將越來越清晰。在這一過程中，操作系統的角色地位也將隨著汽車的架構完善而在不斷演變。 下面我們就將從不同的角度， 來詳細闡述汽車操作系統的功能演化以及趨勢演變。 操作系統：汽車軟件化的起點操作系統：汽車軟件化的起點 汽車汽車操作

32、系統是指管理和控制車載軟件資源的程序系統操作系統是指管理和控制車載軟件資源的程序系統。在汽車操作系統的支持下，上層軟件、HMI 和數據連接才可以運行。操作系統為用戶、車載硬件和上層軟件提供連接，其功能包括： 1） 管理系統硬件、 軟件及數據； 2） 控制應用程序運行； 3） 提供各種形式的用戶界面。 從數據的類型來理解操作系從數據的類型來理解操作系統統。計算系統處理的信息是數據，操作系統的作用可以簡單的表達為：針對不同類型的數據以及實時性要求不同的數據，對其匹配不同的計算資源（硬件資源和軟件資源） 。因此，數據的類型也是我們理解操作系統的一個角度。 汽車操作系統需要處理的數據汽車操作系統需要處

33、理的數據類型類型和信號類型更加復雜和信號類型更加復雜。與傳統 IT 設備不同的地方是，傳統 IT 系統處理的數據都是數字信號，比如 PC/服務器/手機處理的數據都是二進制的數據，但汽車中的數據和信號比較復雜，其中不單純是二進制的數據。汽車中存在各種傳感器，不同傳感器發出的信號以及信號類型不同，比如模擬信號和數字信號等，之間的交互也需要一定的標準和規則。 汽車中包括五種基本的電子信號汽車中包括五種基本的電子信號。1）直流（DC）信號：典型的包括蓄電池電壓。2）交流（AC）信號：典型包括車速傳感器、防滑制動輪速傳感器、磁電式曲軸轉角和凸輪軸傳感器等。3）頻率調制信號：包括數字式空氣流量計、光電式車

34、速傳感器等。4）脈寬調制信號：典型包括初級點火線圈、電子點火正時電路等。5）串行數據信號：控制器與控制器之間的數據傳送，如車身計算機與發動機控制計算機、燈光控制單元之間的數據傳送等。 免責聲明和披露以及分析師聲明是報告的一部分，請務必一起閱讀。 11 計算機計算機 圖表圖表13： 汽車電子的信號類型汽車電子的信號類型 資料來源：CSDN、華泰研究 圖表圖表14： PC 與汽車：數據和信號的不同與汽車：數據和信號的不同 資料來源：CSDN、華泰研究 汽車電子產品復雜性提升，車載操作系統應運而生。汽車電子產品復雜性提升，車載操作系統應運而生。20 世紀 90 年代，車載和電控系統功能日益豐富，汽車

35、電子產品外部交互及接口標準的種類增加，逐漸需要軟件架構以實現分層化、平臺化和模塊化開發，以提高開發效率以及降低開發成本。此時，汽車電子產品逐步開始采用嵌入式操作系統，車載操作系統應運而生?？梢?，操作系統，伴隨著汽車電子的需求而在不斷演進。 操作系統的服務對象可以歸結為車載電子設備及電子控制裝置兩類。操作系統的服務對象可以歸結為車載電子設備及電子控制裝置兩類。車載電子設備，如儀表、娛樂音響、導航系統、抬頭顯示、車載通信、無線上網等等，這類系統不直接參與汽車行駛的控制決策，不會對車輛行駛性能和安全產生影響，通常統稱為車載娛樂信息系統（In-Vehicle Infotainment,IVI） 。汽車

36、電子控制裝置，它們是車輛運動和安全防護的控制“大腦”，通過直接向執行機構（如電子閥門，繼電器開關，執行馬達等）發送指令以控制車輛關鍵部件（如發動機，變速箱，動力電池等）的協同工作，這類系統可以統稱為電子控制單元（ElectronicControl Unit, ECU） 。 免責聲明和披露以及分析師聲明是報告的一部分，請務必一起閱讀。 12 計算機計算機 圖表圖表15： 汽車汽車電子數據轉換電子數據轉換 資料來源：CSDN、華泰研究 車載電子設備功能擴張，計算體量提升，需要操作系統做協同管理。車載電子設備功能擴張，計算體量提升，需要操作系統做協同管理。關于車載娛樂信息系統，最早的數字收音機/CD

37、 播放器采用專用的音頻解碼芯片就能實現，后來將可觸摸液晶屏代替播放器開關、調節按鈕，后來又增加了藍牙電話功能，接著又集成了地圖導航、倒車雷達影像，相應的主 CPU 數據處理能力也逐步增強，從最早 4 位、8 位發展到 16 位、32 位到后來多核。此時需要引入嵌入式操作系統，有效分配 CPU 資源，對以上各種任務功能進行協同管理，并控制各項任務優先級別。 電控系統交互及通信體量提升，需要操作系統做任務調度，該模塊對可靠性要求更高。電控系統交互及通信體量提升，需要操作系統做任務調度，該模塊對可靠性要求更高。電控系統通常需要閉環控制，這樣就意味著需要響應更多的輸入輸出信號，任務調度更加復雜。另外，

38、由于電控系統直接參與車輛行駛的管理，系統可靠性要求更高，因此應用于電控單元 ECU 的嵌入式操作系統比車載電子產品的操作系統有更嚴苛的技術指標。 圖表圖表16： 車載操作系統誕生于汽車電子車載操作系統誕生于汽車電子 資料來源：汽車之心、華泰研究 免責聲明和披露以及分析師聲明是報告的一部分，請務必一起閱讀。 13 計算機計算機 汽車操作系統：從幾個維度認識汽車操作系統：從幾個維度認識 我們認為，對于汽車操作系統的認知和理解，與我們對汽車的電子電氣架構的演化、汽車電子數據類型、不同環節對實時性要求、以及分布式到集中式處理單元演化等，都有很大關系。比如，在車身控制環節，我們說到操作系統主要指的是實時

39、操作系統，在 IVI 系統運行中，我們所指的操作系統是在分時操作系統；另外還包括集成了應用的泛化的操作系統等。因此，在不同的場合我們說起操作系統，所指的內容可能會有不同。下面，我們就從幾個不同的維度，來梳理下不同的操作系統。 圖表圖表17： 汽車操作系統的分類汽車操作系統的分類 資料來源：車云網、華泰研究 車控操作系統，可以分為安全車控操作系統和智能駕駛操作系統。其中，安全車控操作系統主要是面向車輛控制領域，比如動力系統、底盤系統和車身系統等。這類操作系統對實時性和安全性要求極高。這類操作系統的生態已經比較成熟。智能駕駛操作系統主要面向駕駛域，應用于智能駕域控制器，這類操作系統對安全性和可靠性

40、要求較高，同時對性能和運算能力要求也較高。這類操作系統的生態還有待成熟。 車載操作系統，主要面向信息娛樂系統和智能座艙，主要應用在車機中控系統，對安全性和可靠性要求一般。近幾年，中控娛樂系統逐步演化為智能座艙系統，對底層車載操作系統的要求也在逐步提升，所以我們看到這兩年車載操作系統在生態完善方面也在快速推進。 車控操作系統和車載操作系統車控操作系統和車載操作系統 車控操作系統車控操作系統：主要實現車輛底盤控制、動力系統和自動駕駛等功能。從應用場景來看，車控操作系統主要包括：1）嵌入式實時操作系統 RTOS，主要用于車輛控制，比如動力系統與底盤控制等環節。2）基于 POSIX 標準的操作系統，主

41、要用于車輛控制，比如動力系統與底盤控制等環節。 車載操作系統：車載操作系統： 車載操作系統與車控操作系統同屬于汽車操作系統， 但并不管理車輛動力、底盤、車身等基礎硬件，而是一個管理和控制車載軟件、硬件資源的程序系統，支撐了汽車的上層軟件開發、數據連接、HMI。車載 OS 具體可以實現的功能包括：1）管理車載系統的數據資源、硬軟件，并且控制應用程序的運行。2）提供多形式的人機界面，支持上層軟件的運行。 免責聲明和披露以及分析師聲明是報告的一部分，請務必一起閱讀。 14 計算機計算機 圖表圖表18： 汽車操作系統汽車操作系統 資料來源：車云網、華泰研究 車控操作系統，是整個汽車控制域和動力域的基石

42、。車控操作系統，是整個汽車控制域和動力域的基石。車輛底盤的控制和動力系統，對操作系統具有高實時性的要求。操作系統需要在規定的短時間內（毫秒甚至微秒）完成資源分配和任務分配。因此這種操作系統也成為實時操作系統 RTOS，多以嵌入式操作操作系統形式呈現。嵌入式實時操作系統具有高可靠性、高實時性、交互性以及多路性等優勢，系統響應度極高，通常在毫秒或微秒級別。 車控操作系統的特點。車控操作系統的特點。1）高實時性，）高實時性，2）高可靠性，）高可靠性，3）功能安全，）功能安全，4）信息安全，信息安全，5）高性高性能計算能計算。其中高實時性，高可靠性，功能安全為汽車領域的重要特點。其中高實時性，高可靠性

43、，功能安全為汽車領域的重要特點。 高實時性。高實時性。在汽車控制的不同環節，其對實時性的要求不同，例如，噴油量控制，一般控制周期在百毫秒級別，主動剎車系統的控制周期大概在 10 毫秒級別。而一般的 PC 電腦和手機中，操作系統控制的應用程序的時延從數十毫秒到數十秒不等。車控操作系統要求具有高實時性的特性：即控制器的響應必須與實際的物理過程相一致。這種高實時性，一方面表現在系統任務調度的時鐘周期要在毫秒級，另一方面表現在高優先級的任務不能被低優先級任務所阻塞。 圖表圖表19： 車控操作系統實時性要求：兩個方面車控操作系統實時性要求：兩個方面 資料來源：CSDN、華泰研究 免責聲明和披露以及分析師

44、聲明是報告的一部分，請務必一起閱讀。 15 計算機計算機 高可靠性。高可靠性。車控操作系統要求在長時間運行中能持續保持系統穩定，運行期間的系統功能和提供的服務均需要保持可用。這與通用的操作系統系統的允許死機、重啟、和部分功能失效形成鮮明對比?？煽啃?、可訪問性、可服務性統稱為 RAS（Reliability，Accessibility & Serviceability）特性。RAS 特性主要包括以下幾個方面： 1）高效可靠的計算、存儲、通信、組件冗余、仲裁能力 2）可預測錯誤分析能力 3）關鍵進程監控能力 4）錯誤恢復能力 5）錯誤報告能力 圖表圖表20： 車控操作系統：高可靠性要求車控操作系統

45、：高可靠性要求 資料來源：CSDN、華泰研究 功能安全：功能安全：ISO 26262 是全球公認的汽車功能安全標準，該標準涵蓋功能安全需求規劃、設計、實施、集成、驗證、確認、配置等方面，根據安全風險程度對系統或系統某組成部分劃分由 A 到 D 的安全需求等級，其中 D 級為最高等級。 ASIL 表示汽車安全性等級。這是 ISO 26262 標準針對道路車輛的功能安全性定義的風險分類系統。該標準將功能安全定義為“不存在由電氣電子系統故障行為相關的危害引起的不合理風險”。ASIL 根據對汽車部件的危害概率和承受度，確立符合 ISO 26262 標準的安全要求。 ISO 26262 確定了四種 AS

46、ILA、B、C 和 D。ASIL A 代表最低程度的汽車危害，ASIL D則代表最高程度的汽車危險。安全氣囊、防抱死制動系統和動力轉向系統必須達到 ASIL D級，這是應用于安全保障的最嚴苛等級，因為其失效帶來的風險最高。而安全等級范圍的最低等級，如后燈等部件，僅需達到 ASIL A 級即可。大燈和剎車燈通常是 ASIL B 級，而巡航控制通常是 ASIL C 級。 免責聲明和披露以及分析師聲明是報告的一部分，請務必一起閱讀。 16 計算機計算機 圖表圖表21： 汽車不同環節，安全等級不同汽車不同環節，安全等級不同，從，從 ASIL- A 到到 ASIL-D 資料來源：新思科技官網、華泰研究

47、車控操作系統的分類車控操作系統的分類 目前普遍采用的車控操作系統底層內核主要有 Linux、 QNX 和其他 RTOS （如 FreeRTOS、ThreadX、VxWorks 等） 。 Linux 最初是作為通用操作系統設計， 但也提供了一些實時處理支持， 這包括大部分 POSIX標準中的實時功能，支持多任務/多線程，具有豐富的通信機制等。除此之外，Linux 社區有實時性增強 patch，在 Linux 內核原有 RT 功能上，增加了中斷線程化、優先級默認繼承等功能。Linux 也提供了符合 POSIX 標準的調度策略，包括 FIFO 調度策略、時間片輪轉調度策略和靜態優先級搶占式調度策略等

48、。另外，Linux 還提供了內存鎖定功能，以避免在實時處理中存儲頁面跳轉，同時提供了符合 POSIX 標準的實時信號機制。 QNX 是一種商用的遵從 POSIX 規范的類 Unix 實施操作系統，其主要特點是符合分布式、嵌入式、可規模擴展的實時操作系統。QNX 遵循 POSIX.1（程序接口）和 POSIX.2（Shell和工具） 、部分遵循 POSIX.1b（實時擴展） 。QNX 的微內核結構是它區別于其他操作系統的顯著特點。 QNX 的微內核結構， 指的是內核獨立處于一個被保護的地址空間， 驅動程序、網絡協議和應用程序處于程序空間中。 圖表圖表22： 車控操作系統車控操作系統內核比較內核比

49、較 項目指標項目指標 Linux QNX 其他其他 RTOS 實時性能 需要進行實時性改造 微妙級延時 微秒級延時 開放性 源代碼開放 封閉 商用或開放 許可協議 GPL 商用 - 費用 無授權費用（商用收費） Royalty&License 較低或免費 功能安全 ASIL B ASIL D - 軟件生態 應用生態鏈完善 汽車領域應用廣泛 有限 優勢 技術中立，支撐復雜功能 性能強，安全性高 實時性好，啟動快 劣勢 系統復雜 進程間通信，系統調用開銷等 進程間通信，系統調用開銷等 主要使用范圍 智能座艙、信息娛樂、TBOX、ADAS、某些域控制器等 儀表盤、智能座艙、信息娛樂導航、ADAS、域

50、控制器等 儀表盤、ADAS、整車控制等 資料來源：CSDN、華泰研究 免責聲明和披露以及分析師聲明是報告的一部分，請務必一起閱讀。 17 計算機計算機 系統軟件是車控操作系統中，支撐自動駕駛功能實現的復雜大規模嵌入式運行環境。系統軟件包括操作系統對億光年的內核模塊之外，還包括配套的工具鏈和相關的網絡安全措施。車控操作系統方案，要符合整車計算平臺的演化，支持高性能硬件預處理，又要支持應用功能、差異化產品開發。 圖表圖表23： 系統軟件的架構系統軟件的架構 資料來源：CSDN、華泰研究 針對車控操作系統的系統軟件， 滿足車規級安全實時操作系統內核， 支持 MCU 等控制芯片，兼容國際主流的系統軟件