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(lái)，汽車軟件的主要開(kāi)發(fā)模式是在電子控制器之內(nèi)的嵌入式軟件開(kāi)發(fā)，整個(gè)汽車的EE架構(gòu)是分布式的。然而未來(lái)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(kù)聯(lián)合撰寫《2023整車操作系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)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(shì)研究》發(fā)布會(huì)暨線下交流研討會(huì)”，屆時(shí)正式發(fā)布報(bào)告。

此份報(bào)告界定了整車操作系統(tǒng)的概念，深入分析主機(jī)廠發(fā)展整車操作系統(tǒng)過(guò)程中遇到的難點(diǎn)與挑戰(zhàn)，并針對(duì)這些痛點(diǎn)提出行業(yè)解決方案，最后對(duì)未來(lái)整車操作系統(tǒng)生態(tài)發(fā)展趨勢(shì)和主機(jī)廠新變革進(jìn)行展望，以期給SDV生態(tài)圈的伙伴帶來(lái)思考。

整車操作系統(tǒng)是汽車操作系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展重要趨勢(shì)

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

想象一下這樣的場(chǎng)景：用戶在進(jìn)入座艙前，藍(lán)牙已經(jīng)連上手機(jī)并且識(shí)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(kāi)氛圍燈和空調(diào)，針對(duì)性提供給駕駛者舒適的駕駛體驗(yàn)。

這種個(gè)性化的車內(nèi)駕乘體驗(yàn)提升需要通過(guò)跨域來(lái)實(shí)現(xiàn)，而基于SOA架構(gòu)的整車操作系統(tǒng)的最大價(jià)值就在于可實(shí)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(jī)廠和汽車供應(yīng)商頻頻提及，更有不少主機(jī)廠開(kāi)始自研SOA開(kāi)發(fā)者平臺(tái)，以期軟件開(kāi)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(jì)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(jì)的理念，其核心思想在于“通過(guò)將龐大的計(jì)算系統(tǒng)按照實(shí)際業(yè)務(wù)拆分為獨(dú)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(kāi)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(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)整車操作系統(tǒng)的最佳方法論。

雖然從SOA落地到實(shí)現(xiàn)類似于蘋果AppStore的汽車應(yīng)用商店還有很長(zhǎng)的路要走，未來(lái)3至5年主機(jī)廠也難以推動(dòng)規(guī)?；能浖N售。但是可以明確的是未來(lái)整車廠的智能汽車品牌差異性和核心競(jìng)爭(zhēng)力將以上層應(yīng)用軟件為主，即通過(guò)軟件方式實(shí)現(xiàn)“功能跨域融合”，從而滿足用戶多樣化、個(gè)性化的體驗(yàn)需求。

綜上所述，隨著汽車E/E架構(gòu)向中央集中進(jìn)化，消費(fèi)者對(duì)智能汽車體驗(yàn)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(shì)。

頭部主機(jī)廠紛紛加入這一領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)。對(duì)比不同發(fā)展路徑的優(yōu)劣勢(shì)后，億歐智庫(kù)認(rèn)為對(duì)于絕大多數(shù) OEM 而言，綜合性價(jià)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(kāi)發(fā)效率，降低時(shí)間和金錢成本，快速拓展開(kāi)發(fā)者生態(tài)圈。

二

整車操作系統(tǒng)實(shí)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(jī)廠還未實(shí)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(guó)內(nèi)傳統(tǒng)主機(jī)廠，無(wú)論是E/E架構(gòu)變革，還是軟硬件開(kāi)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(jí)到位，因此采用更保守的推進(jìn)方案，將SOA軟件開(kāi)發(fā)架構(gòu)率先應(yīng)用在智能座艙的娛樂(lè)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(guó)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(wú)論從主機(jī)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(jī)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(jī)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(gòu)過(guò)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(shí)間周期長(zhǎng)。同時(shí)，傳統(tǒng)汽車軟件開(kāi)發(fā)模式（孤島開(kāi)發(fā)）無(wú)法滿足面向SOA架構(gòu)的軟件開(kāi)發(fā)，亟待變革。此外，傳統(tǒng)主機(jī)廠在汽車硬件有所長(zhǎng)，但是缺少軟件人才和軟件思維，給轉(zhuǎn)型帶來(lái)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(guó)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(kāi)始，還需要更多Tier1供應(yīng)商、科技公司和第三方開(kāi)發(fā)者等參與進(jìn)來(lái)。

由于中國(guó)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(kāi)源，只有豐富的開(kāi)發(fā)者生態(tài)以及軟件工具鏈，才能夠支撐整車OS的開(kāi)發(fā)。

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

主機(jī)廠更擅長(zhǎng)傳統(tǒng)汽車軟件開(kāi)發(fā)，采用V模型開(kāi)發(fā)模式，軟件迭代時(shí)間長(zhǎng)；需要SOA軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，以支持第三方開(kāi)發(fā)者快速進(jìn)行軟件的開(kāi)發(fā)、測(cè)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(jì)方法、設(shè)計(jì)流程、規(guī)范體系，以及工具鏈建設(shè)，尚沒(méi)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(shí)時(shí)和高功能安全域內(nèi)進(jìn)行SOA平臺(tái)開(kāi)發(fā)，但在實(shí)際量產(chǎn)項(xiàng)目中，中間件平臺(tái)在實(shí)時(shí)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(huì)影響到汽車核心駕乘功能（如底盤剎車等），給整車行駛帶來(lái)安全隱患。

專注平臺(tái)化能力，難以滿足各車型的個(gè)性化需求

主機(jī)廠更加專注操作系統(tǒng)平臺(tái)化能力的建設(shè)，以期實(shí)現(xiàn)一套OS可以搭載在各個(gè)車型上，但是由于主機(jī)廠旗下車型數(shù)量眾多，不同的品牌部門對(duì)操作系統(tǒng)的需求有所不同。但是主機(jī)廠在這方面的能力相對(duì)較弱，往往難以滿足不同車型的個(gè)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(gè)系統(tǒng)獨(dú)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(guó)外，自主研發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)體系還比較匱乏。

面對(duì)主機(jī)廠在研發(fā)整車操作系統(tǒng)過(guò)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(jī)廠提供“快速跨域應(yīng)用程序開(kāi)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(shí)代的汽車提供開(kāi)源、免費(fèi)的通用汽車軟件。

四

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

參考 PC、手機(jī)的系統(tǒng)發(fā)展史，可以看到操作系統(tǒng)平臺(tái)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(huì)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(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展，我們認(rèn)為也必然需要構(gòu)建“開(kāi)放、開(kāi)源、上云、多層解耦的立體生態(tài)體系”才可以最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)持續(xù)的優(yōu)秀體驗(yàn)與生命力。

生態(tài)中的應(yīng)用軟件、硬件、開(kāi)發(fā)者形成良好的互動(dòng)體系，通過(guò)技術(shù)共享和協(xié)同創(chuàng)新，共同提升整個(gè)生態(tài)圈的價(jià)值。

生態(tài)搭建離不開(kāi)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，市場(chǎng)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(jià)值上，推動(dòng)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(gè)平臺(tái)規(guī)范，分別對(duì)應(yīng)傳統(tǒng)安全控制類和自動(dòng)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(lái)構(gòu)建SOA基礎(chǔ)軟件平臺(tái)。但是，值得一提的是，雖然不少OEM基于AUTOSAR AP 進(jìn)行開(kāi)發(fā)，但是AUTOSAR AP對(duì)SOA開(kāi)發(fā)并不友好，存在以下問(wèn)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(shí)時(shí)域資源，影響安全；

3）缺少靈活的API接口，應(yīng)用開(kāi)發(fā)難度大等問(wèn)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(jìn)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(gè)領(lǐng)域提供支持和協(xié)作機(jī)會(huì)。

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(wèn)題，COVESA組織成員企業(yè)聯(lián)合開(kāi)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(hào)描述方法，包括車輛速度、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、車輛位置、車輛加速度、車門狀態(tài)等等，這些信號(hào)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(kāi)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(hào)定義和描述方法，實(shí)現(xiàn)互通性和互操作性，從而簡(jiǎn)化了車輛電子系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和集成，提高了車輛維護(hù)和診斷的效率和準(zhǔn)確性，從而最終節(jié)省時(shí)間和成本，使企業(yè)能夠?qū)Ｗ⒂趧?chuàng)造商業(yè)價(jià)值和差異化解決方案。?

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

五

未來(lái)整車操作系統(tǒng)展望與機(jī)會(huì)

軟件定義汽車時(shí)代，智能汽車不再被視作簡(jiǎn)單的移動(dòng)工具，而是被定義為移動(dòng)的“第三空間”。回顧智能手機(jī)操作系統(tǒng)的生態(tài)發(fā)展歷程，或許我們可以預(yù)測(cè)和展望未來(lái)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(kāi)放、由主機(jī)廠驅(qū)動(dòng)至生態(tài)驅(qū)動(dòng)”。

大眾汽車集團(tuán)前CEO迪斯曾指出，未來(lái)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(kāi)發(fā)、驗(yàn)證、銷售、服務(wù)等過(guò)程中，并不斷改變和優(yōu)化各個(gè)過(guò)程，主機(jī)廠和生態(tài)伙伴們正在經(jīng)歷一場(chǎng)全面的變革，涉及到從組織架構(gòu)、開(kāi)發(fā)模式、供應(yīng)鏈關(guān)系到商業(yè)模式等多個(gè)方面，以適應(yīng)軟件定義汽車的趨勢(shì)。?

編輯：黃飛

?