（文/程文智）隨著汽車電氣化和智能化程度的提升，汽車中的電子零部件越來越多，且硬件架構正逐步趨于標準化，產業對汽車軟件，特別是基礎操作系統的關注度明顯提升。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。隨著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，發展到實現智能座艙，以及支持智能駕駛，甚至自動駕駛。

汽車操作系統的分類

一般來說，汽車的底層操作系統分為安全相關的車控操作系統和與用戶體驗相關的車載操作系統兩大部分。其中，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，主要用于車輛控制，比如動力系統與底盤控制等環節。其特點是高實時性、高可靠性、功能安全、信息安全和高性能計算。

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。車載操作系統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。

汽車操作系統的主要玩家

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。

在玩家方面，主要有四個，QNX、Linux、Android和剛剛興起的鴻蒙OS。目前QNX和Linux占據了車載操作系統的主流。據IDC統計，2020年QNX的市場占有率為44%；其次為Linux，占了34%。

其中，QNX是黑莓旗下的一個子公司，它以安全穩定和實時性著稱，適用于儀表和動力系統。它采用了非開源的微內核架構，是第一個符合ISO26262 ASIL-D規范的實時操作系統，可滿足數字化儀表盤功能性安全的要求，同時還兼顧了數據安全的要求。不過，由于其為閉源系統，在生態建設上有所欠缺，因此適合用于儀表和動力系統等對安全要求高，但生態要求弱的應用場景。目前采用QNX的車企有通用、雷克薩斯、路虎、大眾、豐田、寶馬、現代、福特、日產和奔馳等。

QNX誕生于1980年，由Gorden Bell和Dan Dodge成立的Quantum Software Systems公司研發，最初的名字是QUNIX，1982年腹部了第一個版本，并應用于Intel 8088 CPU。1984年，為了避免侵權問題，Quantum Software Systems公司將其重命名為QNX。2004年，哈曼國際以1.38億美元的價格收購了QNX，2010年4月，黑莓又從哈曼國際手中收購了QNX軟件系統，以獲取其車載無線連接技術。

其實，QNX問世之初主要是面向嵌入式系統市場的，廣泛應用于工業控制領域，后來才逐步向汽車制造業領域拓展的。在被哈曼國際收購之前，QNX系統已經廣泛應用在了汽車行業的遠程信息粗粒系統中。哈曼國際收購QNX后，將其設計到了200多種不同的汽車品牌和型號中，由于哈曼國際自身在信息娛樂領域有身后的積累，QNX也被應用在了信息娛樂和導航系統中。黑莓收購QNX后，又將QNX在汽車中的應用進一步擴大，除了車載ECU之外，還陸續推出了QNX CAR和QNX CAR2.0應用平臺。此外，黑莓還陸續發布QNX Aviage多媒體套件、QNX Aviage聲學處理套件、QNX HMI套件等中間件，進一步完善QNX車載操作系統生態。2017年1月黑莓推出了QNX 軟件開發平臺SDP 7.0，支持Intel和Arm 32位和64位平臺，并支持C++。2017年6月，黑莓推出QNX Hypervisor 2.0。QNX Hypervisor 2.0專門為自動駕駛設計，開發者能夠將安全關鍵型環境從非安全關鍵型環境中分離隔絕開來，確保關鍵系統不會暴露在風險之中。

從開發角度來看，QNX的POSIX（Portable Operating System Interface，可移植操作系統接口）兼容性和其提供的UNⅨ特色的編譯器、調試器、X Window和TCP/IP為開發者提供了豐富便利的編譯環境。CPU角度來看，QNX適配多種CPU，包括AMD ElanSC300/310/400/410、Am386 DE/SE、Cyrix MediaGX、x86處理器（386以上）、Pentium系列、Arm 32位和64位平臺等等。操作系統角度來看，QXN提供Hypervisor解決方案，支持復雜的底層硬件共享和抽象，可以將具有不同可靠性和安全性要求的各種嵌入式系統整合到單個SoC上，通過虛擬機的方式兼容Android和 Linux系統。

Linux是一個基于POSIX和UNIX的多用戶、多任務、支持多線程和多CPU的操作系統，核心在于網絡化的設計架構，支持多用戶、多任務、多線程的同時保障系統的性能穩定，但是開發難度較高，以及發環境不友好，影響了其生態建設的擴張，限制了它在車載導航和車載娛樂上的發展，因此適用于后臺操作系統，并且適用于車聯網以及自動駕駛技術對可靠性及網絡設計的雙重需求。Linux系統隨著車聯網和ADAS的發展逐步獲得了更多的生存空間。特點在于其性能穩定且易于定制，開源的特性降低開發的門檻。合作企業包括豐田、日產、特斯拉等。

跟QNX一樣，Linux最初也并不是面向汽車市場的，過去它主要面向服務器操作系統市場，在桌面和工業嵌入式領域雖然有一定應用，但需要面對Windows和QNX的激烈競爭。不過，在2014年，Linux基金會聯合Intel、Toyota、三星、英偉達等多家企業推出了汽車端開源車聯網系統Automotive Grade Linux（AGL，汽車級Linux）。

AGL是一個協作開源項目，它將汽車制造商、供應商和技術公司聚集在一起，為汽車應用構建了一個基于Linux的開放軟件平臺，并允許汽車制造商和供應商重復使用相同的代碼庫，提升產品研發效率。據AGL官網介紹，AGL最初專注于信息娛樂系統，目前已經開源的系統項目包括信息娛樂、儀表盤、平視顯示器 (HUD)、遠程信息處理/聯網汽車、高級駕駛輔助系統 (ADAS)、功能安全和自動駕駛等，涵蓋車輛中所有軟件的組織。目前，AGL開發項目的參與者包括了豐田、鈴木、戴姆勒、福特、本田、捷豹路虎、馬自達、三菱汽車、日產、斯巴魯等眾多全球知名車企。

Android具有開源開放、良好的開發環境，并且在手機短積累了大量的應用生態，在車載娛樂領域具有得天獨厚的優勢。Android手機上的應用能夠很快地移植到車機上，能快速豐富車載應用，但它在安全性、實時性和穩定性上還有待提升。

Android系統最早是基于Linux內核打造的。2003年時，Andy Rubin、Rich Miner、Nick Sears和Chris White四人創立Android Inc.，起初公司意圖開發的是數碼相機的操作系統，后來由于市場空間不足，進而轉向手機操作系統領域。2005年，谷歌以5000萬美元的架構收購了Android Inc.，Rubin開始領導團隊開發基于Linux內核的移動設備操作系統。2007年，谷歌聯合HTC、摩托羅拉等科技公司，宣布成立開放手持設備聯盟（Open Handset Alliance），旨在打造全面開放的移動設備平臺，Google以Apache免費開源許可證的授權方式，發布了Android的源代碼。2008年，谷歌發布了Android1.0，并首次搭載于HTC Dream手機上，標志著Android系統正式問世，從此之后，一路狂奔，成為手機操作系統的王者。

Android系統在汽車領域的嘗試，從2011年就開始了，不過開始并不是谷歌做的，而是Parrot基于Android系統做的汽車音響系統-----Asteroid，2012年又更新了一版。到了2014年，谷歌親自下場，聯合奧迪、通用、現代和本田等幾家全球主要汽車制造商，以及英偉達，在CES上宣布成立開發汽車聯盟，旨在生產基于Android的車載娛樂系統。同年6月，谷歌發布了Android Auto車載操作系統。該系統主要功能包括了個人智慧助理Google Now、衛星定位和導航的Google地圖、音樂控制，以及語音操作等。2019年，谷歌在Android Auto的基礎上，又推出Android Automotive OS，定位于專業的車載信息娛樂系統。不同于Android Auto（更類似于一款APP），Android Automotive OS可以直接嵌入車輛，讓汽車變成一臺類似Android手機的IT設備，而無需使用手機進行連接。

鴻蒙OS則是由華為推出的車載操作系統，主要包括于在2020中國汽車論壇上發布的鴻蒙座艙操作系統HOS、智能駕駛操作系統AOS和智能車控操作系統VOS，分別為智能座艙、智能駕駛及智能車控系統。鴻蒙OS主打面向全場景，支持多內核，包括Linux內核、LiteOS和鴻蒙微內核，可按各種智能設備選擇所需內核，例如在低功耗設備上使用LiteOS內核。鴻蒙OS能支持128K到8G內存范圍內的硬件設備，跨度較大，對硬件的性能要求相對較低。該系統滿足幾乎所有設備的需求，從耳機、手機、平板、智慧屏到車機，實現不同設備中的交互。

汽車操作系統的市場格局

智能座艙和智能駕駛是目前汽車領域最熱門的兩個領域，汽車操作系統目前也主要應用在這兩個領域。目前座艙領域QNX是主流的操作系統，比如現在智能座艙中最為火熱的芯片高通的8155就是跟QNX綁定的，基本使用8155芯片的汽車采用的都是QNX系統。從這兩年的趨勢來看，越來越多的車企選擇高通芯片作為其智能座艙解決方案，這就意味著QNX系統在智能座艙領域的市占率會進一步提高。

在智能座艙領域很少又廠商會使用Linux系統，鴻蒙系統會有用一些，因為華為在深度參與車廠的造車，他們會把鴻蒙系統融入其中。

從現在的情況來看，高通8155的下一代芯片需要到2024年才會出貨，這就意味著，目前大多數的廠商已經開始著手下一代產品的開發，但要出貨還要至少等上兩三年，因此，QNX在未來5、6年內的地位還是非常穩固的。

比亞迪和特斯拉是少數沒有采用QNX系統的廠商之一，他們采用的是自研的Linux體系。

在智能駕駛方面，隨著自動駕駛等級的越來越高，Linux具有天然的優勢，因為汽車的自動駕駛研究大部分都是從實驗室開始的，而實驗室的研究人員研發時采用的系統幾乎都是Linux系統，因此，從實驗室到落地，為了減少移植系統帶來的成本，很多廠商就會直接選擇Linux來作為自動駕駛的操作系統。

就目前來看，自動駕駛方面，Linux系統的優勢會更大，但也有一些廠商在采用QNX切入自動駕駛。這是因為Linux系統有一個天生的缺點，那就是它沒有辦法做功能安全等級ISO26262規范的ASIL認證。ASIL(Automotive Safety Integrity Level)是指汽車安全完整性等級。它是由ISO 26262標準定義的風險分類系統，用于公路車輛的功能安全。該標準將功能安全定義為“由于電氣或電子系統的故障行為而導致的危害，不存在不合理的風險”。ASIL根據損害的可能性和可接受性確定安全要求，以使汽車零部件符合ISO 26262。ISO 26262-A，B，C和D標識了四種ASIL。ASILA代表最低級別，而ASIL D代表最高的汽車危害等級。

一般來說，需要兩年才能走完產品的認證過程，這個周期對于整個研發來說是相當長的。但是QNX已經過了安全認證了，所以很多國外廠商會偏向采用QNX來作為操作系統，比如最近大眾就官宣采用QNX作為其ADAS的自動駕駛輔助功能的操作系統。

而鴻蒙OS目前僅涉足了智能駕艙領域，自動駕駛方面僅是比較初級的功能，未來如何發展，就需要看華為想要做到什么程度了，至少目前問界M7還沒有看到鴻蒙OS在自動駕駛方面向前推進。

總的來說，國內的車企比較偏向于功能方面的豐富程度，海外的車企更偏向于功能安全，相對來說更加保守一點。

結語

從長遠來看，汽車的電氣化改革才剛剛開始，未來汽車上的硬件性能會越來越高，算力也會足夠強，到時候汽車軟件生態也會更加豐富，作為最底層的操作系統的價值也更加重要。未來，汽車上座艙操作系統和自動駕駛操作系統可能會變成同一個操作系統。當然，也有可能仍然會有兩個獨立的系統存在，但另一個僅作為備份存在。