汽车操作系统的生态关系

汽车电子操作系统根据使用场景可以分类为车载操作系统、经典车控操作系统、自动驾驶领域操作系统。车载操作系统主要关注应用生态、智能化、互联互通等需求，目前业界产品包括 GenIVI、AGL、 Android、AliOS、QNX 等;经典车控操作系统以 OSEK/AUTOSAR 为标准，重点关注实时性、可靠性以及标准化。自动驾驶领域的操作系统是一个新型的市场，目前行业标准(Adaptive AUTOSAR)正在不断演进中，自动驾驶操作系统的关键需求既包括软件生态、智能化方面的要求，也包括实时性、确定性、可靠性方面的需求。

微内核架构的操作系统成为高安全场景的主流。汽车电子操作系统根据软件架构不同，可以分为微内核和宏内核。微内核架构依据最小特权原则(POLP:principle of least privilege)，将操作系统的核心业务功能(调度管理、内存管理、设备资源管理)作为系统的可信计算基，并运行在处理器的特权模式;而操作系统的业务功能(例如:设备驱动、文件系统、网络协议栈)作为系统的可配置组件，运行在非特权模式并且相互隔离。宏内核将所有的系统功能(包括文件系统、驱动、网络协议栈等)都在内核实现。

微内核与宏内核各有优缺点，微内核架构由于可信计算基(TCB)规模小，容易通过测试覆盖、形式化验证等技术手段保障其安全性和正确性，因此已经成为ISO26262 ASIL D 功能安全认证的主流 OS 解决方案;宏内核架构一般应用到对软件生态及功能性有较高要求的场景。

虚拟化技术成为不同功能安全等级系统在同一硬件平台上运行的主流技术。随着汽车电子电气架构的演进趋势为从分布式架构到域集中式架构最后到中央集中式架构转变，ECU 的功能进一步集成到域控制器甚至车载计算机，汽车电子底层硬件不再是由单一芯片提供简单的逻辑计算，而是需要复杂的多核芯片提供更为复杂控制逻辑以及强大的算力支持。强大的芯片可以通过虚拟化技术实现对不同场景的支持，实现同一芯片支持不同功能安全等级系统的混合部署。

异构计算成为汽车电子主要的运行加速模式。智能驾驶极大的推动了算力的需求，每增加一级自动驾驶等级，算力需求十数倍的上升。这些算力一般由不同功能的计算单元来实现，典型的 NVIDIA 计算平台硬件 Xavier，是NVIDIA 首次生产的车规级系统级芯片，该芯片采用了六种不同类型的处理器，包括CPU、GPU、深度学习加速器(DLA)、可编程视觉加速器(PVA)、图像信号处理器(ISP)和立体/光流加速器。

基于 Xavier 芯片，NVIDIA 提供面向自动驾驶开发的 DRIVE AGX XavierTM，算力达到 32 TOPS.面向 L2+和 L3 级自动驾驶。在操作系统层面，需要提供对众多异构芯片的管理能力。在框架层面，需要提供多媒体视频流和图像的处理框架及并行计算加速框架的能力。

自动驾驶芯片+操作系统 OS+中间件软件的软硬件集成方案是实现自动驾驶平台的技术核心之一。黑芝麻智能科技，作为国产自动驾驶芯片的代表，与国内车载操作系统供应商，中间件提供商，软件算法商的高度配合，推动产业链上下游合作沟通，建立自主可控的国产自动驾驶解决方案。

本文节选自中国汽车基础软件生态委员会(AUTOSEMO)《中国汽车基础软件发展白皮书2.0》

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标签：架构,操作系统,芯片,驾驶,汽车,自动,微内核,生态
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