汽車電子的認(rèn)識(shí)_智能汽車操作系統(tǒng)的作用

智能化是當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主旋律，從PC（個(gè)人電腦）、智能手機(jī)再到智能汽車，每個(gè)領(lǐng)域的智能化都會(huì)改變?nèi)藗兊纳畈硪粋€(gè)前景廣闊的新產(chǎn)業(yè)。在智能化過程中，最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是OS化（Operating System，操作系統(tǒng)）。OS在智能設(shè)備中負(fù)責(zé)智能應(yīng)用和硬件之間的相互通信，智能設(shè)備發(fā)展到一定程度后一般都需要配備OS；而每一款成功的OS產(chǎn)品，都能讓人聯(lián)想到一家偉大的公司。比如Windows，成就了微軟在PC時(shí)代的霸主地位；而Android和iOS，則分別使Google和蘋果在智能手機(jī)時(shí)代大放異彩。汽車被認(rèn)為是下一個(gè)極有市場前景的智能產(chǎn)品，那么汽車操作系統(tǒng)目前是什么樣的市場格局，汽車智能化會(huì)帶來什么樣的戰(zhàn)略機(jī)遇？本文將針對常見車載操作系統(tǒng)進(jìn)行初步梳理和探討，歡迎相關(guān)領(lǐng)域的創(chuàng)業(yè)者或投資同行互動(dòng)交流。

要談智能汽車操作系統(tǒng)，首先得了解汽車電子。傳統(tǒng)意義上的汽車電子產(chǎn)品可簡單分為兩類：一類是汽車電子控制裝置，其通過直接向執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如電子閥門、繼電器開關(guān)、執(zhí)行馬達(dá)等）發(fā)送指令以控制車輛關(guān)鍵部件（如發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、動(dòng)力電池等）的協(xié)同工作，常見的包括發(fā)動(dòng)機(jī)控制、底盤控制、車身電子控制等。

另一類是車載汽車電子裝置，是在汽車環(huán)境下能夠獨(dú)立使用的電子裝置，和汽車本身的性能并無直接關(guān)系，常見的包括行車電腦、導(dǎo)航系統(tǒng)、汽車音響及電視娛樂系統(tǒng)、車載通信系統(tǒng)、上網(wǎng)設(shè)備等。由于駕駛者直接接觸的汽車電子產(chǎn)品絕大部分是車載電子裝置，對底層的汽車電子控制裝置感知度較低，因此本文討論的車載操作系統(tǒng)特指車載電子裝置的操作系統(tǒng)，業(yè)內(nèi)也稱IVI（In-Vehicle Infotainment，車載信息系統(tǒng)）操作系統(tǒng)或HMI（Human Machine Interface，人機(jī)交互界面）操作系統(tǒng)。當(dāng)然隨著汽車電子的不斷發(fā)展，車載電子和汽車電子控制相互融合的產(chǎn)品也在不斷涌現(xiàn)，如高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）、全液晶儀表等，對車載操作系統(tǒng)提出了新的要求，文末也會(huì)有所提及。

1、為何需要車載操作系統(tǒng)？

要回答這個(gè)問題，我們先來看電腦為何需要操作系統(tǒng)。其實(shí)最初的電腦并沒有操作系統(tǒng)，人們通過各種操作按鈕來控制計(jì)算機(jī)，后來出現(xiàn)了匯編語言，并將它的編譯器內(nèi)置到電腦中，操作人員通過有孔的紙帶將程序輸入電腦進(jìn)行編譯。這些將語言內(nèi)置的電腦只能由操作人員自己編寫程序來運(yùn)行，不利于設(shè)備、程序的共用。為了解決這種問題，從20世紀(jì)70年代中期開始出現(xiàn)了電腦操作系統(tǒng)，這樣就很好實(shí)現(xiàn)了程序的共用，以及對電腦硬件資源的管理。

同樣，汽車早期也并沒有操作系統(tǒng)，從20世紀(jì)90年代開始，隨著車載電子裝置功能的日益豐富以及外部交互/接口標(biāo)準(zhǔn)的種類增加，這類基于微控制芯片的嵌入式電子產(chǎn)品逐漸需要采用類似個(gè)人電腦的軟件架構(gòu)以實(shí)現(xiàn)分層化，平臺(tái)化和模塊化，提高開發(fā)效率的同時(shí)降低開發(fā)成本。因此，汽車電子產(chǎn)品才逐步開始采用操作系統(tǒng)。

以車載娛樂信息系統(tǒng)為例，最早的收音機(jī)/CD播放器采用專用的音頻解碼芯片就能實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化后由觸摸屏代替播放器開關(guān)、調(diào)節(jié)按鈕，后來又增加了藍(lán)牙電話功能，接著又集成了地圖導(dǎo)航、倒車?yán)走_(dá)影像，相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)這些功能的車機(jī)主CPU數(shù)據(jù)處理能力也逐步增強(qiáng)，從最早4位、8位、16位發(fā)展到32位、64位，從單核發(fā)展到多核。引入操作系統(tǒng)，就能有效分配車機(jī)的硬件資源，對以上各種任務(wù)功能進(jìn)行協(xié)同管理，并控制各項(xiàng)任務(wù)優(yōu)先級(jí)別。

2、車載操作系統(tǒng)的性能要求及業(yè)內(nèi)主流產(chǎn)品

對于車載操作系統(tǒng)，其需具備實(shí)時(shí)性（平均響應(yīng)延時(shí)至少在毫秒級(jí)）、可靠性（最大響應(yīng)延時(shí)不超過秒級(jí)）和安全性等汽車電子的苛刻要求。目前能符合上述要求的操作系統(tǒng)產(chǎn)品較少，業(yè)內(nèi)較為主流的產(chǎn)品包括：

01、Blackberry QNX Neutrino

Blackberry QNX Neutrino是一款安全性和穩(wěn)定性極高的微內(nèi)核實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，業(yè)內(nèi)通常以其公司名QNX簡稱，具備高運(yùn)行效率、高可靠性特點(diǎn)并在工控領(lǐng)域擁有近40年的使用經(jīng)驗(yàn)，被廣泛應(yīng)用于汽車、醫(yī)療、軌道交通、核電站、航空航天等對安全性、實(shí)時(shí)性要求較高的領(lǐng)域。特別是在汽車領(lǐng)域，QNX是全球第一款通過ISO 26262 ASIL level D安全認(rèn)證的車載OS產(chǎn)品，已匹配全球超過40個(gè)汽車品牌，并應(yīng)用于6000多萬輛汽車，是目前市場占有率第一的車載OS。福特的Sync 3、通用汽車的新安吉星系統(tǒng)以及奧迪/大眾系列虛擬駕駛艙都是基于QNX，德爾福和百度的自動(dòng)駕駛汽車平臺(tái)也均宣布采用QNX。此外百度還計(jì)劃將其自主研發(fā)的CarLife、DuerOS語音及地圖等整合到QNX CAR平臺(tái)之中。

（QNX的合作伙伴）

02、Linux及基于Linux的各類改版

Linux是一款開源的高效靈活的操作系統(tǒng)，與QNX相比最大優(yōu)勢在于其為開源軟件，具備很大的定制開發(fā)靈活度。但由于Linux版本變動(dòng)很快，每天都有上千次改動(dòng)，OEM和供應(yīng)商為了得到一個(gè)比較固定和可靠的Linux版本，需要積累很多操作系統(tǒng)上的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)。特斯拉就是在Linux基礎(chǔ)上開發(fā)出了完全適配旗下車輛的車載系統(tǒng)，阿里的AliOS也是基于Linux開發(fā)。2016年，由Linux基金會(huì)贊助的開源車載系統(tǒng)AGL（Automotive Grade Linux）項(xiàng)目發(fā)布2.0版本，致力于為汽車廠商和駕駛員提供全新的車載娛樂系統(tǒng)支持。2017年，豐田汽車宣布將在未來的汽車中控中采用AGL的開源軟件；德賽西威也正式加入AGL聯(lián)盟，成為中國首個(gè)加入AGL的智能駕駛整體解決方案提供商。另外，鈴木、戴姆勒、福特、本田、捷豹路虎、馬自達(dá)、三菱、日產(chǎn)、斯巴魯?shù)纫惨呀?jīng)加入AGL聯(lián)盟。（此前還有一個(gè)成立于2009年，同樣致力于為汽車行業(yè)提供基于Linux的開源車載信息娛樂系統(tǒng)聯(lián)盟叫GENIVI，未成氣候，本文不再展開介紹）。

而后裝車機(jī)市場廣泛使用的Android系統(tǒng)由于是基于Linux內(nèi)核，也可視作是一種“類Linux系統(tǒng)”。

03、Windows Embedded Compact

Windows Embedded Compact簡稱為WinCE，是微軟公司嵌入式、移動(dòng)計(jì)算平臺(tái)的32位嵌入式操作系統(tǒng)。由于其行業(yè)應(yīng)用早、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，曾是許多車機(jī)產(chǎn)品的選擇，但隨著微軟在智能手機(jī)領(lǐng)域的節(jié)節(jié)敗退，車載等細(xì)分市場的營收無法支撐起龐大的研發(fā)投入，微軟逐漸退出了嵌入式操作系統(tǒng)市場。以福特Sync信息娛樂系統(tǒng)為例，其第一代和第二代產(chǎn)品都是基于WinCE打造，第三代產(chǎn)品則轉(zhuǎn)向了QNX。

04、其他

Wind River VxWorks和micro-ITRON等，其中Wind River VxWorks是功能強(qiáng)大覆蓋多行業(yè)的硬實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（平均響應(yīng)延時(shí)在微秒級(jí)），但授權(quán)和開發(fā)定制成本非常高，市場份額有限。micro-ITRON曾是日資車型的主流汽車操作系統(tǒng)，但日系供應(yīng)商也已逐漸采用其他OS以滿足市場需求。

下圖是IHS對車載操作系統(tǒng)市場占有率演變趨勢的統(tǒng)計(jì)和預(yù)測：

（車載操作系統(tǒng)市場占有率演變趨勢）

IHS的預(yù)測簡單看主要說明了兩點(diǎn)：

一、Windows（WinCE）將逐步退出車載操作系統(tǒng)市場，其他操作系統(tǒng)的市占率也將大幅下降，從2017年的15%下滑到2022年的5%以下。

二、基于Linux開發(fā)的各類系統(tǒng)從2014年開始迅猛增長，這一態(tài)勢仍將保持較長時(shí)間，長期看市場最終將形成QNX和Linux兩家獨(dú)大的局面。

方向上我們認(rèn)同IHS對于市場趨勢的判斷，但隨著汽車電子架構(gòu)向多域控制方向發(fā)展，未來同一輛車上很有可能會(huì)有多個(gè)OS并存（后文會(huì)有提及），每個(gè)OS運(yùn)行在各自適合的域中。例如在座艙域，ADAS/自動(dòng)駕駛功能要求OS具有高度的實(shí)時(shí)性和可靠性，微內(nèi)核的QNX無疑具有先天優(yōu)勢；在互聯(lián)域，互聯(lián)網(wǎng)關(guān)、智能天線等，Linux/Android更有優(yōu)勢。因此，未來車載OS市場中，QNX和Linux（包括Android）更多可能是共存關(guān)系而非簡單的相互替代。

3、為什么說車載操作系統(tǒng)會(huì)是一門大生意？

打開雪球網(wǎng)站，瀏覽美股行情（2018年4月10日數(shù)據(jù)），我們發(fā)現(xiàn)美股市值最高的幾家公司幾乎都與操作系統(tǒng)有關(guān)。Windows曾助力微軟成為全球市值最高的公司，就算在智能手機(jī)領(lǐng)域折戟，微軟目前也有超過7000億美元的市值；Android和iOS也分別屬于谷歌和蘋果兩家巨無霸企業(yè)。

反觀車載操作系統(tǒng)領(lǐng)域，目前全球市場占有率超過60%的QNX操作系統(tǒng)，其對應(yīng)公司黑莓的市值也只有區(qū)區(qū)55億美元不到，汽車與個(gè)人電腦、智能手機(jī)市場容量的數(shù)量級(jí)差異，是否注定了車載操作系統(tǒng)難以支撐起高市值的公司？

我們認(rèn)為，車載操作系統(tǒng)的市場價(jià)值未充分體現(xiàn)，主要有兩個(gè)原因，一是目前車載操作系統(tǒng)市場尚處于發(fā)展初期，市場格局尚未確立，就像智能手機(jī)發(fā)展初期有iOS、Android、Symbian、Blackberry、Windows Mobile、MeeGo、Palm、BADA等諸多操作系統(tǒng)一樣，只有經(jīng)過充分市場競爭并形成寡頭壟斷的市場格局以后，最終勝出的操作系統(tǒng)產(chǎn)品才能體現(xiàn)出巨大價(jià)值，QNX目前的高市占率得益于先發(fā)優(yōu)勢，但其行業(yè)地位仍面臨來自Google等公司可能會(huì)推出的其他微內(nèi)核OS產(chǎn)品的挑戰(zhàn)；二是目前智能汽車的滲透率較低，車載操作系統(tǒng)的出貨量不大，而且由于汽車的更新周期普遍比手機(jī)長，車載操作系統(tǒng)放量會(huì)是一個(gè)長期的過程。