基于SOA架構(gòu)的整車操作系統(tǒng)的變革

自從汽車電子電氣化以來，汽車軟件的主要開發(fā)模式是在電子控制器之內(nèi)的嵌入式軟件開發(fā)，整個汽車的EE架構(gòu)是分布式的。然而未來將出現(xiàn)一類新類型的智能汽車軟件：跨域融合軟件。

據(jù)此，ETAS（易特馳）聯(lián)合億歐智庫聯(lián)合撰寫《2023整車操作系統(tǒng)發(fā)展趨勢研究》，并將于2023年7月26日在上海舉辦“《2023整車操作系統(tǒng)發(fā)展趨勢研究》發(fā)布會暨線下交流研討會”，屆時正式發(fā)布報告。

此份報告界定了整車操作系統(tǒng)的概念，深入分析主機廠發(fā)展整車操作系統(tǒng)過程中遇到的難點與挑戰(zhàn)，并針對這些痛點提出行業(yè)解決方案，最后對未來整車操作系統(tǒng)生態(tài)發(fā)展趨勢和主機廠新變革進行展望，以期給SDV生態(tài)圈的伙伴帶來思考。

整車操作系統(tǒng)是汽車操作系統(tǒng)未來發(fā)展重要趨勢

隨著自動駕駛和智能座艙的發(fā)展，未來用戶對于智能汽車的期待是其能通過功能融合方式充分發(fā)揮出除了運輸之外的各種能力。汽車作為第三生活空間的電子消費屬性會越來越強，智能汽車中核心駕乘功能在消費者體驗感中的占比反而會逐漸降低。

想象一下這樣的場景：用戶在進入座艙前，藍(lán)牙已經(jīng)連上手機并且識別出駕駛?cè)耍鶕?jù)之前的配置信息，調(diào)整座椅后視鏡，方向盤高度，打開氛圍燈和空調(diào)，針對性提供給駕駛者舒適的駕駛體驗。

這種個性化的車內(nèi)駕乘體驗提升需要通過跨域來實現(xiàn)，而基于SOA架構(gòu)的整車操作系統(tǒng)的最大價值就在于可實現(xiàn)“跨域功能的調(diào)度和融合”。因此，近些年SOA概念被各大主機廠和汽車供應(yīng)商頻頻提及，更有不少主機廠開始自研SOA開發(fā)者平臺，以期軟件開發(fā)者們可以基于標(biāo)準(zhǔn)化接口快速響應(yīng)用戶的新功能需求。

那么，SOA具體是指什么呢？

SOA全稱為Service Oriented Architecture，即面向服務(wù)的架構(gòu)。1996年，SOA概念由Gartner提出，并率先在IT行業(yè)被應(yīng)用推廣。目前，SOA的架構(gòu)設(shè)計理念已經(jīng)廣泛應(yīng)用于IT和互聯(lián)網(wǎng)行業(yè) 。

SOA并非一類特定的軟件產(chǎn)品，而是一種軟件架構(gòu)設(shè)計的理念，其核心思想在于“通過將龐大的計算系統(tǒng)按照實際業(yè)務(wù)拆分為獨立部署的大小合適的功能模塊，提高功能單元的復(fù)用性，降低產(chǎn)品開發(fā)的復(fù)雜度和成本”。

如今，軟件定義汽車領(lǐng)域引入SOA，打造“底層硬件、中間層操作系統(tǒng)、上層應(yīng)用程序”的軟件分工模式，實現(xiàn)上層應(yīng)用軟件和底層基礎(chǔ)軟件的解藕，提升整車OTA功能的實現(xiàn)能力，最終“向用戶提供全生命周期的跨域軟件服務(wù)”。因此，SOA已經(jīng)成為實現(xiàn)整車操作系統(tǒng)的最佳方法論。

雖然從SOA落地到實現(xiàn)類似于蘋果AppStore的汽車應(yīng)用商店還有很長的路要走，未來3至5年主機廠也難以推動規(guī)模化的軟件銷售。但是可以明確的是未來整車廠的智能汽車品牌差異性和核心競爭力將以上層應(yīng)用軟件為主，即通過軟件方式實現(xiàn)“功能跨域融合”，從而滿足用戶多樣化、個性化的體驗需求。

綜上所述，隨著汽車E/E架構(gòu)向中央集中進化，消費者對智能汽車體驗感的期待逐漸增加，基于SOA軟件架構(gòu)的整車操作系統(tǒng)將成為智能汽車操作系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。

頭部主機廠紛紛加入這一領(lǐng)域的競爭。對比不同發(fā)展路徑的優(yōu)劣勢后，億歐智庫認(rèn)為對于絕大多數(shù) OEM 而言，綜合性價比和可行性最高的路徑是與軟件供應(yīng)商合作共創(chuàng)，保障開發(fā)效率，降低時間和金錢成本，快速拓展開發(fā)者生態(tài)圈。

二

整車操作系統(tǒng)實現(xiàn)高階軟件定義汽車

考慮到技術(shù)門檻和車型量產(chǎn)節(jié)奏，目前，大部分主機廠還未實現(xiàn)基于SOA架構(gòu)的整車操作系統(tǒng)，而是將SOA架構(gòu)率先應(yīng)用在智能駕駛域OS和智能座艙域OS。由于國內(nèi)傳統(tǒng)主機廠，無論是E/E架構(gòu)變革，還是軟硬件開發(fā)方式變革，都將牽涉眾多車型以及龐大的供應(yīng)商體系，因此傳統(tǒng)E/E架構(gòu)模式難以一步升級到位，因此采用更保守的推進方案，將SOA軟件開發(fā)架構(gòu)率先應(yīng)用在智能座艙的娛樂系統(tǒng)或者ADAS中，待技術(shù)更加成熟后，再逐步推廣到整車域。?

現(xiàn)階段，我國整車操作系統(tǒng)研發(fā)以及SOA架構(gòu)在汽車行業(yè)的應(yīng)用均處于起步階段，無論從主機廠自身的組織架構(gòu)、人才體系、技術(shù)能力，還是從行業(yè)生態(tài)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等方面，主機廠都面臨一系列挑戰(zhàn)。

傳統(tǒng)組織架構(gòu)僵化，軟件人才短缺

傳統(tǒng)主機廠組織架構(gòu)龐大臃腫，在整車操作系統(tǒng)研發(fā)及供應(yīng)鏈采購過程中涉及到的決策由于涉及多部門協(xié)作，導(dǎo)致決策效率低、時間周期長。同時，傳統(tǒng)汽車軟件開發(fā)模式（孤島開發(fā)）無法滿足面向SOA架構(gòu)的軟件開發(fā)，亟待變革。此外，傳統(tǒng)主機廠在汽車硬件有所長，但是缺少軟件人才和軟件思維，給轉(zhuǎn)型帶來一定困難。

三

整車操作系統(tǒng)生態(tài)支撐能力不足

由于我國整車操作系統(tǒng)研發(fā)處于起步階段，生態(tài)體系建設(shè)才開始，還需要更多Tier1供應(yīng)商、科技公司和第三方開發(fā)者等參與進來。

由于中國汽車軟件研發(fā)工程師數(shù)量稀缺，因此構(gòu)建整車OS必須要選擇開源，只有豐富的開發(fā)者生態(tài)以及軟件工具鏈，才能夠支撐整車OS的開發(fā)。

軟件技術(shù)發(fā)展不成熟，缺乏SOA架構(gòu)經(jīng)驗

主機廠更擅長傳統(tǒng)汽車軟件開發(fā)，采用V模型開發(fā)模式，軟件迭代時間長；需要SOA軟件開發(fā)平臺，以支持第三方開發(fā)者快速進行軟件的開發(fā)、測試和發(fā)布。但是汽車行業(yè)SOA架構(gòu)應(yīng)用處于早期階段，SOA的設(shè)計方法、設(shè)計流程、規(guī)范體系，以及工具鏈建設(shè)，尚沒有形成體系化、標(biāo)準(zhǔn)化，尤其是目前內(nèi)部自研的工具鏈，易用性低、學(xué)習(xí)成本高。

上層應(yīng)用軟件可調(diào)用安全域控制器，影響駕駛安全

盡管在實時和高功能安全域內(nèi)進行SOA平臺開發(fā)，但在實際量產(chǎn)項目中，中間件平臺在實時域內(nèi)因占用大量車內(nèi)功能安全域的算力資源，很有可能會影響到汽車核心駕乘功能（如底盤剎車等），給整車行駛帶來安全隱患。

專注平臺化能力，難以滿足各車型的個性化需求

主機廠更加專注操作系統(tǒng)平臺化能力的建設(shè)，以期實現(xiàn)一套OS可以搭載在各個車型上，但是由于主機廠旗下車型數(shù)量眾多，不同的品牌部門對操作系統(tǒng)的需求有所不同。但是主機廠在這方面的能力相對較弱，往往難以滿足不同車型的個性化需求。

整車操作系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)體系尚不完善

缺乏體系性的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，造成各個系統(tǒng)獨立發(fā)展，難以形成規(guī)模。

在安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范方面，特別是涉及到功能安全和信息安全的規(guī)范大都依賴國外，自主研發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)體系還比較匱乏。

面對主機廠在研發(fā)整車操作系統(tǒng)過程中遇到的種種挑戰(zhàn)，易特馳聚焦“效率、安全、生態(tài)”三大方面，為主機廠提供“快速跨域應(yīng)用程序開發(fā)工具鏈”、“保障功能安全的Safety Guard”等產(chǎn)品，并倡導(dǎo)發(fā)起Eclipse SDV工作組，為“軟件定義汽車”時代的汽車提供開源、免費的通用汽車軟件。

四

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)助力構(gòu)建開放、開源、上云、多層解耦的立體生態(tài)體系

參考 PC、手機的系統(tǒng)發(fā)展史，可以看到操作系統(tǒng)平臺便是大樹的根基，而豐富的應(yīng)用及生態(tài)便是枝葉，兩者相互依存、相互成就，好的生態(tài)會讓樹木枝繁葉茂呈現(xiàn)出不朽的生命力。而作為汽車操作系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，想要實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展，我們認(rèn)為也必然需要構(gòu)建“開放、開源、上云、多層解耦的立體生態(tài)體系”才可以最終實現(xiàn)系統(tǒng)持續(xù)的優(yōu)秀體驗與生命力。

生態(tài)中的應(yīng)用軟件、硬件、開發(fā)者形成良好的互動體系，通過技術(shù)共享和協(xié)同創(chuàng)新，共同提升整個生態(tài)圈的價值。

生態(tài)搭建離不開標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，市場上主流的汽車軟件架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)有AUTOSAR、COVESA等。兩者都提高了軟件的可拓展性和可復(fù)用性，使得生態(tài)伙伴可以聚焦在業(yè)務(wù)價值上，推動汽車軟件更高效地發(fā)展。?

具體而言，AUTOSAR是目前應(yīng)用范圍最廣的車載電子系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，已發(fā)布Classic Platform（CP）和Adaptive Platform（AP）個平臺規(guī)范，分別對應(yīng)傳統(tǒng)安全控制類和自動駕駛的高性能類。

歐洲主要車廠，如寶馬、大眾、戴姆勒等采用AUTOSAR AP統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)來構(gòu)建SOA基礎(chǔ)軟件平臺。但是，值得一提的是，雖然不少OEM基于AUTOSAR AP 進行開發(fā)，但是AUTOSAR AP對SOA開發(fā)并不友好，存在以下問題：

1）工具鏈不完善，使用復(fù)雜度高；

2）資源消耗大，易占用實時域資源，影響安全；

3）缺少靈活的API接口，應(yīng)用開發(fā)難度大等問題。

COVESA(Connected Vehicle Systems Alliance，互聯(lián)汽車系統(tǒng)聯(lián)盟）前身是GENIVI聯(lián)盟，其目標(biāo)是促進互聯(lián)汽車技術(shù)的全球標(biāo)準(zhǔn)化，推廣互聯(lián)汽車技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，并為互聯(lián)汽車行業(yè)的各個領(lǐng)域提供支持和協(xié)作機會。

為了解決“不同的車輛電子系統(tǒng)之間存在著互通性和互操作性低”的問題，COVESA組織成員企業(yè)聯(lián)合開發(fā)了VSS（Vehicle Signal Specification）規(guī)范。VSS規(guī)范提供一種標(biāo)準(zhǔn)化的車輛信號描述方法，包括車輛速度、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、車輛位置、車輛加速度、車門狀態(tài)等等，這些信號可以用于診斷、車輛控制、車輛監(jiān)控等應(yīng)用。除此以外，VSS規(guī)范還提供了一些附加功能，如數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)篩選、數(shù)據(jù)采樣等，以支持車輛電子系統(tǒng)的高效開發(fā)和集成。

VSS規(guī)范使得不同的車輛電子系統(tǒng)可以使用相同的信號定義和描述方法，實現(xiàn)互通性和互操作性，從而簡化了車輛電子系統(tǒng)的開發(fā)和集成，提高了車輛維護和診斷的效率和準(zhǔn)確性，從而最終節(jié)省時間和成本，使企業(yè)能夠?qū)Ｗ⒂趧?chuàng)造商業(yè)價值和差異化解決方案。?

因此，VSS已成為全球OEM之間共同開發(fā)和采用通用車輛數(shù)據(jù)模型、訪問協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)接口。

五

未來整車操作系統(tǒng)展望與機會

軟件定義汽車時代，智能汽車不再被視作簡單的移動工具，而是被定義為移動的“第三空間”。回顧智能手機操作系統(tǒng)的生態(tài)發(fā)展歷程，或許我們可以預(yù)測和展望未來整車操作系統(tǒng)生態(tài)的發(fā)展方向，即“從多到少、從封閉到開放、由主機廠驅(qū)動至生態(tài)驅(qū)動”。

大眾汽車集團前CEO迪斯曾指出，未來汽車創(chuàng)新中，軟件將占到90%。隨著軟件的重要性不斷提高，軟件將深度參與到汽車的定義、開發(fā)、驗證、銷售、服務(wù)等過程中，并不斷改變和優(yōu)化各個過程，主機廠和生態(tài)伙伴們正在經(jīng)歷一場全面的變革，涉及到從組織架構(gòu)、開發(fā)模式、供應(yīng)鏈關(guān)系到商業(yè)模式等多個方面，以適應(yīng)軟件定義汽車的趨勢。?

編輯：黃飛

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