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零念科技:下一代汽车操作系统应具备哪些特性?

时间:2024-03-28 19:31   |  来源:盖世汽车    阅读量:12213   

2024年3月13日,在2024第五届软件定义汽车论坛暨AUTOSAR中国日上,上海零念科技有限公司创始人amp;CEO柯柱良谈到,下一代汽车操作系统应当具备以下特性:

首先,安全性,这是不可或缺的基石。其次,可拓展性至关重要。主机厂期望的平台不仅应局限于单一车型,而应能灵活适应多种车型,甚至跨国界应用,实现快速拓展。

其次,面向服务是未来发展的方向。我们将逐步从现有的面向信号机制转向全面的服务导向架构。虽然这可能需要数年时间,待真正实现高性能计算平台架构后,我们将能迈向完全的软件定义汽车预控架构,即SOA架构。

最后,开放性也是核心要素。这里的开放并非指将所有软件开源,而是在尊重各自商业模式的前提下,主机厂、供应商乃至用户应共同参与构建完整的操作系统。这种开放合作的精神将促进我们共同迈向更加先进的汽车软件时代。

上海零念科技有限公司创始人amp;CEO

以下为演讲内容整理:

EE架构和OS的演变之路

EE架构与操作系统的演进,已为大家所熟知。重点在于,软件如何伴随架构的变迁而不断演变和迭代。2000年前,汽车电子主要依赖嵌入式OS,仅处理简单信号,多用于MCU及嵌入式RM内核。然而,当时的应用层软件在不同芯片上的移植性极差,成为一大痛点。

随后,CP架构即Classic AUTOSAR概念应运而生,统一了API标准,并引入RTE中间件,实现软硬件及垂直层次的解耦。

如今,汽车系统正向第三代演进。由于自动驾驶、智能座舱等复杂功能需大量算力,A核和GPU芯片被引入。我们正处于半SOA架构时代,尽管自适应AUTOSAR概念已推出,但大部分系统仍依赖传统API,形成混合架构。

图源:演讲嘉宾素材

当前,我们面临两大困境:通讯带宽不足,以及芯片厂商提供的OS与中间件间的竞争。主流主机厂如博世USP、小鹏 SEPA、吉利EEA2.0、沃尔沃SSP等,均处于此时代。

未来,我们期待基于HCP架构的第四代OS,实现应用层完全基于原子服务的编写。这将遵循3A原则,即任何人、任何操作在任何位置都能看到所需服务,标志着真正完整的SOA架构的实现。目前,吉利、NIO等前沿主机厂正致力于研究下一代电子电气架构及软件系统,迈向新阶段。

回溯软件发展的十年,智能化需求成为核心驱动力,引领我们实现智能座舱、自动驾驶等创新功能。从简单泊车警告到如今的AVP代客泊车,智能化日益满足用户增长的需求。

整车EE架构的“下半场”是安全性和降成本

未来十年至二十年,软件架构将聚焦于两大关键维度。首先是安全性,我们必须为用户打造更安全的系统,特别是在自动驾驶和辅助驾驶中,确保安全功能的实现,让用户真正信赖并享受智能化功能。

其次,成本优化亦至关重要。在竞争激烈的市场中,主机厂渴望在架构上实现成本节约。如何在整车架构上助力主机厂节省成本,同时为用户带来经济效益,是下一代软件架构需考虑的重点。

尽管第一代智能化域控技术如博世所提已有所应用,但智能化的实际需求并未达到预期。到2025年,真正能上路的L3+级别自动驾驶车辆预计不超过10%,L2功能市占率也仅在20%左右。

因此,我们应将更多精力聚焦于安全和成本两大需求。以安全为例,用户购车时首要考虑的是主动和被动安全。如某品牌宣传的车辆能在高速下安全驶过铁块,这种安全性正是用户所期望的。为实现这种安全,我们需要从方法论上着手,包括功能安全分析,确保在各种场景下都能实现最小损伤。

关于数据安全,即网络安全方面,近年来随着智能网联汽车智能化程度的提升,其潜在风险也备受关注。美国商务部长雷蒙多提及的中国能瞬间控制数百万车辆的理论,凸显了网络安全的重要性。如何确保这些强大功能不被误用,正是网络安全的核心议题。

至于失效安全,早期曾有项目激进地追求一步到位,但高昂的成本使得这种方案难以被市场接受。如今,我们更注重在软件和硬件异常时,如何为用户提供最低限度的安全保障。例如,在自动驾驶中,当传感器或芯片出现故障时,确保车辆能安全停靠在路边或沿高速平稳行驶。这需要我们应用软件备份和功能安全分析等方法,确保失效情况下的功能安全。

成本考虑同样重要。近年来,特斯拉在中国市场的价格大幅下降,而国内主机厂的利润率与之相比存在明显差距。面对国内外竞争和行业内卷,主机厂必须思考如何在架构上降低成本。

图源:演讲嘉宾素材

从架构角度看,我们可以从多方面着手降低成本。例如,整车以太网化是一个热门话题。以戴姆勒S为例,其线速成本占整车成本很大比重。新架构如大众和宝马正积极探索以太网化,以通过两条线连接整车架构,从而大幅节省CAN、LIN总线及接插件的成本。

此外,节点算力再平衡也是关键。当前,整车中MCU数量众多,其单位算力成本远高于SOC。考虑到MCU供应链的风险,应降低MCU算力要求,充分发挥SOC的算力,以节省芯片成本。

在回顾下一代OS的特性时,我们不难发现,除了强调安全性这一核心要素外,还有几大关键方面值得关注。

图源:演讲嘉宾素材

首先是可拓展性。主机厂期待的是一个能够跨车型、跨国家服务的平台,能够快速适应不同的需求,实现灵活拓展。

其次,面向服务架构是我们转型的重要方向。我们正逐步从传统的面向信号机制向完整的SOA架构迈进。未来,当HCP架构得以实现,我们将拥有一个软件定义汽车的完整域控架构,实现更加智能化、服务化的汽车生态。

此外,开放性也是不可或缺的一环。我们所说的开放,并非简单的软件开源,而是指在软件开发过程中,主机厂、供应商乃至用户应共同参与,共同构建完善的OS系统,实现更广泛的合作与创新。

在安全性方面,我们已经在通讯和调度等关键领域进行了深入布局。如何确保MCU和SOC之间复杂任务的精准调度,是SOA架构中的重中之重。同时,我们也在加强全局与安全相关的OS服务,为嵌入式系统、芯片驱动以及时间同步等提供坚实支撑。

确定性调度

调度和通讯的概念或许并不新鲜,但其在生活中的重要性却不容忽视。以交通系统为例,地铁的精准可靠与公路系统的无序堵塞形成鲜明对比。同样,在汽车软件系统中,我们也追求每一步的精准执行,确保如AEB等紧急功能能够稳定可靠地发挥作用。通过精确分解每一个步骤,从信号输入到任务处理,我们确保计算链条的顺畅与高效,为汽车的智能化与安全行驶提供有力保障。

图源:演讲嘉宾素材

调度主要分为三种类型:基于时间的调度确保任务按时执行;基于数据的调度则根据如激光雷达数据的到来进行处理;而基于事件的调度则确保感知、规划、控制等计算链条的连续性和一致性。

在当前的通信架构中,MED的架构是由多种网络交织而成的,其中不乏像CAN、LIN等复杂的总线系统。这些总线是否有可能在未来被统一整合到整车的以太网中呢?许多人对此仍持保留态度,认为CAN网络作为一种数据传输方式,其可靠性是无可替代的。那么,如何在追求统一化的同时,确保通信的安全性呢?

这就需要我们提及时间的传输这一概念。对于学习过通信的朋友来说,它并不陌生。本质上,它类似于TDMA,即时分复用的概念。我们将其应用于车载通信,通过精准的时间片复用,实现了各种信号的混合编排与高效传输。在TDMA的早期应用中,人声信号以4.1千赫兹作为一个时间片进行传输。而现在,我们将其应用于车载以太网,确保车辆数据的可靠传输。

在实验室中对此通信产品进行实测,实验数据集中在一个非常稳定且狭窄的范围内,这充分证明了其确定性和可靠性。事实上,这种技术不仅应用于汽车领域,还在航空航天以及其他非民用行业中得到了广泛应用。

那么,这些产品究竟能为我们带来什么呢?首先,它们是实现高阶智能驾驶、确保行驶安全的关键所在。其次,通过技术的应用,我们能够在中央网关系统中实现更低的延时。再者,通过将这些应用放到SOC,我们能够提高负载能力,降低对MCU算力的依赖,从而节省成本。最后,实现整车以太网的普及,将极大地减少线束的使用,提升整车的制造效率。

在此,我想简单介绍一下我们的公司。零念科技成立于2021年,专注于智能驾驶平台软件,具有完全自主知识产权的底层和中间件软件技术,构建底层数据与应用平台之间高可靠性、高安全性、高实时性的互联互通,为智能汽车和智能驾驶提供完全自主可控的操作系统,高度可扩展的安全基础软件平台和定制化解决方案。

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