五大車載操作(VOS)系統

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車載操作系統(AutomoTIve OperaTIng System,簡稱AOS)是管理和控制車載硬件與車載軟件資源的程序系統,是直接運行在AB上的最基本的系統軟件,任何上層軟件,HMI,數據連接都必須在操作系統的支持下才能運行。

  車載操作系統是用戶和車載硬件的接口,同時也是車載硬件和上層軟件的接口。車機操作系統的功能包括管理車載系統的硬件、軟件及數據資源,控制程序運行,改善人機界面,爲上層軟件提供支持,讓車機系統的資源,以及接收到數據、信號、音頻、視頻最大限度地發揮作用,提供各種形式的用戶界面(UI),使駕駛員有一個好的駕駛環境,並有效的提供輔助駕駛、半自動駕駛、甚至自動駕駛。

  實際上,駕駛員是不需要了解操作系統的,車載操作系統管理着車機硬件資源,同時按照應用程序的資源請求,分配資源,如:劃分AB資源,RAM空間的分配,處理聲音、視頻信號,時間管理,電源管理等,然後給每個ECU發送正確的指令,使汽車高效安全地駕駛。

  五大車載操作(VOS)系統知多少

  那麼就讓小編帶領大家縱覽以下AB所需要的操作系統,其中包括WinCE,Linux,Android,QNX,iOS等等。

  1. WinCE:

  WinCE是微軟1996年微軟發佈的嵌入式操作系統市場的產品,直到2002年,WinCE4.1的發佈,才取得了成功,今天WinCE已經發展到7.0。但是隨着Linux和Android的衝擊,據說微軟已經準備放棄對WinCE的維護,而準備如同蘋果一樣,從Windows 10以後,一款操作系統支持所有的平臺,PC,Notebook,Palm,Phone,AutomoTIve等等。雖然WinCE馬上可能會成爲歷史,但是毫無疑問它爲車載VOS的起步奠定了寶貴的基礎,大家還是要了解一下它的架構。

  VOS中典型採用的WinCE 6.0系統架構,實現爲一種分層的架構,分別由內核模式層和用戶模式層組成。其架構圖如下:

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  主要特點如下:

  32位多任務嵌入式操作系統。

  多任務搶佔、硬實時。

  支持的處理器體系結構:ARM, x86, SH4, MIPS等。

  組件化開發。

  Based on Win32 API Set,桌面系統的一個擴展子集,超過2000個函數可以使用。

  互聯網協議融合。

  因爲WinCE提供了多媒體功能模塊,且實時性方面表現出色,且當時Windows應用開發便利,有很多的商業化產品和服務,同時提供大量的開發包(Kits)和調試工具(Debug Tools),所以在當時其他操作系統不夠成熟的情況下,在車載導航、娛樂上算是一枝獨秀,所以當時基本上都稱車載主機爲車載導航或者車載娛樂系統。

  但是,隨着需求的增多,用戶需求的改變,其他操作系統的成熟。WinCE高度模塊化的開發流程,使得開發用戶越來越少,應用越來越匱乏,所以WinCE也慢慢退出了VOS的舞臺。

  2. Linux:

  對於計算機開發人員來說,Linux的出世可以說普大喜奔。因爲它是在GNU公共許可權限下免費獲得的,是一個符合POSIX標準的操作系統。最最主要的是它是一套免費使用和自由傳播的類Unix操作系統。

  Linux以它的高效性和靈活性著稱,是一個基於POSIX和UNIX的多用戶、多任務、支持多線程和多CPU的操作系統。它能運行主要的UNIX工具軟件、應用程序和網絡協議,支持32位和64位硬件。它還包括帶有多個窗口管理器的X-Windows圖形用戶界面,如同大家使用Windows一樣,允許使用窗口、圖標和菜單對系統進行操作。

  同時Linux繼承了Unix以網絡爲核心的設計思想,是一個性能穩定的多用戶網絡操作系統,Linux的架構如下:

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  容易讓人誤解的是,小編或者網絡中大家說的Linux,其實是指代的是Linux kernel。因爲Linux操作系統因爲發行方的不一樣,有着不同的發行版,譬如說Ubuntu,Debian,Fedroa,RedHat等等。每個發行廠商根據不同的Linux Kernel版本,發佈自己的新版本。

  而在VOS上,大多數車機的OEM廠商是基於Linux Kernel LTS(長期支持版本)版本,然後自己通過裁剪和配置,完成車載操作系統的開發。因爲一般LTS發佈版本,將會提供 2 年的支持。所以穩定性更好,成熟度更高。

  Linux操作系統結構設計偏重於可靠性和網絡設計,所以在後臺(服務器和數據中心)操作系統中佔據着領先地位。現在IT基礎設施從服務器和數據中心移動到了雲端,而云運行在 Linux 上。即使是在微軟 Azure 上,2016 年的時候超過 1/3 的虛擬機運行在 Linux 上。

  但是Linux的普及範圍小和開發難度大,限制了它在車載導航和車載娛樂上的發展。但是隨着車聯網、ADAS的介入,對可靠性以及網絡設計的需求,也許Linux會異軍突起,成爲VOS的熱門系統。

  3. Android

  Android操作系統,讓小編帶着大家單刀直入的描述。因爲Android手機的市場份額已經超過了80%,遠遠高於歷史上任何一個操作系統的份額。基本上10臺智能手機中就有8臺是Android手機,大部分對它的熟悉可能並不差於小編。

  你可能不知道的是,到目前爲止,Android是基於Linux Kernel開發的最成功的產品(也有人認爲iOS是最成功的產品)。2009年,谷歌和一些硬件廠商組成的開放手機聯盟發佈了 Android。它現在已經成爲了最流行的終端用戶操作系統。

  看一看它的架構,就能夠看得出它和Linux的關係:

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  Linux Kernel:其底層是基於Linux Kernel的。主要完成的是操作系統所具有的功能,基本上是許多驅動程序,通過這些驅動程序來驅動設備上的硬件設備工作以及對電源的管理。

  Android RunTIme:Android的運行環境。Android Runtime裏的Core Libraries就相當於java的JDK,是運行android應用程序所需要的核心庫,Dalvik Virtual Machine就相當於JVM,這時Google專爲Android開發的運行android應用程序所需的虛擬機。

  Liberaries: Android的庫文件。包括文件系統,多媒體構架,SQLite數據庫、圖形處理、網絡開發的庫文件等等。

  Application Framework:應用程序的框架,這個是非常的重要的。通過Framework這一層定義的各種各樣的框架,開發人員通過Java來實現當前手機上各式各樣的Applications。

  許多車機的OEM廠商選擇Android的4.4版本爲基礎進行VOS的開發。主要是4.4版本對RAM做了很大的優化,甚至可以在512MB RAM的車機上流暢運行。這和Linux,WinCE來說非常接近。而以車載導航和車載娛樂爲主要目的的車機配置很低也有關係。

  4.4版本一些大的更新大家可以隨時百度到,小編就不一一列舉了。

  Android最大的優勢在於龐大的手機羣體,爲其OS開發了數之不盡的應用,並且大多數應用已經深入人心,欲罷不能。而且,隨着車聯網的開發,應該很快能有移植到車機中來,爲車載娛樂系統開創互聯網新時代。

  但是Android操作系統並未如同在手機上佔據統治地位一樣,在車機中一帆風順的迅速發展,主要的原因還是系統的實時性和穩定性,當然也包括對資源的過分需求。這也許會阻礙Android成爲未來VOS最大的障礙。所以Google公司計劃在Android N的開發中,爲車載開發一套完整的操作系統,讓大家拭目以待。

  4. QNX:

  大家可能對QNX並不是很瞭解,這裏小編詳細說一下。

  黑莓(Blackberry)旗下全資子公司,作爲黑莓核心技術部門BTS(Blackberry Technology Solutions)的最重要組成部分,承擔黑莓業務中操作系統、汽車軟件、M2M、物聯網IOT及雲計算等核心業務內容。

  – 成立於1980年,全世界第一個實時操作系統公司。

  – 爲汽車、通信、網絡、醫療、國防、航空航天、核電、工業自動化等細分市場提供操作系統、中間件和軟件解決方案。

  – 從思科的路由器,洛克斯德馬丁的武器,GE的交通設備,飛利浦的醫療,阿爾斯通的軌道交通,霍尼韋爾歐姆龍的工業設備,西屋電氣的核反應堆控制器,到國際空間站的對接臂控制系統,QNX的軟件涉及人們生活的每一個環節。

  QNX以其安全性和實時性著稱,所以它的突破口是汽車的儀表(Cluster)。QNX操作系統是第一個符合ISO26262 ASIL D規範的實時操作系統,能滿足數字化儀表盤功能性安全的要求,同時兼顧了數據安全要求,通過美國軍方EAL4+。用戶可以基於安全的內核進行系統開發,從而保證整機系統的安全可靠。

  QNX的架構如下:

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  在小編講述的所有操作系統中,只有QNX基於自己的VOS獨立的爲汽車車載系統開發了完整的娛樂平臺(而不是車機供應商),稱之爲:QNX車載娛樂平臺(QNX CAR Platform for Infotainment)。其架構如下:

  五大車載操作(VOS)系統知多少

  小編認爲QNX的野心還是很大的,畢竟汽車的半自動、全自動駕駛涉及到人的生命安全,安全性和實時性是非常重要的。所以小編認爲QNX成爲未來的VOS的機會非常大。

  5. iOS:

  iOS是由蘋果公司開發的移動操作系統。蘋果公司最早於2007年1月9日的Macworld大會上公佈這個系統,最初只設計給iPhone使用,後來陸續擴展到iPod touch、iPad以及Apple TV等產品。

  iOS與蘋果的Mac OS X操作系統一樣,屬於類Unix的商業操作系統。這個系統原名爲iPhone OS,因爲iPad,iPhone,iPod touch,Apple TV,iWatch都使用,所以改名爲iOS。也就是說,未來所有蘋果的產品都由iOS支持。而如今,蘋果已經殺入了自動駕駛汽車領域,小編也期待着iOS成爲VOS的到來。

  iOS的系統架構分爲四個層次:核心操作系統層(Core OS layer)、核心服務層(Core Services layer)、媒體層(Media layer)和可觸摸層(Cocoa Touch layer)。

  下面是IOS系統結構圖:

  五大車載操作(VOS)系統知多少

  因爲蘋果對汽車的開發還處於保密階段,我們只能翹首以待未來的結果。也希望如同iPhone一樣,能夠一鳴驚人。

  現在讓小編簡單總結一下具有VOS潛質的幾個操作系統的現狀和未來:

  五大車載操作(VOS)系統知多少

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