導(dǎo)讀：

本期我們來聊聊這五大車載操作系統(tǒng)。

上一章筆者聊到了車腦（AB），AB作為車輛的核心，匯總了所有傳感器和云端發(fā)來信號（模擬和數(shù)字）、圖像、音頻、視頻等信息，需要通過軟件對數(shù)據(jù)進行分析和處理，然后發(fā)給不同的ECU單元來實現(xiàn)車輛的自動駕駛。那么這些處理需要有操作系統(tǒng)的支持才能高效的工作，否則就無從談起。

車載操作系統(tǒng)（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(tǒng)，是直接運行在AB上的最基本的系統(tǒng)軟件，任何上層軟件，HMI，數(shù)據(jù)連接都必須在操作系統(tǒng)的支持下才能運行。

車載操作系統(tǒng)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(tǒng)的功能包括管理車載系統(tǒng)的硬件、軟件及數(shù)據(jù)資源，控制程序運行，改善人機界面，為上層軟件提供支持，讓車機系統(tǒng)的資源，以及接收到數(shù)據(jù)、信號、音頻、視頻最大限度地發(fā)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(huán)境，并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(tǒng)的，車載操作系統(tǒng)管理著車機硬件資源，同時按照應(yīng)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，然后給每個ECU發(fā)送正確的指令，使汽車高效安全的駕駛。

那么就讓筆者帶領(lǐng)大家縱覽以下AB所需要的操作系統(tǒng)，其中包括WinCE，Linux，Android，QNX，iOS等等。

WinCE是微軟1996年微軟發(fā)布的嵌入式操作系統(tǒng)市場的產(chǎn)品，直到2002年，WinCE4.1的發(fā)布，才取得了成功，今天WinCE已經(jīng)發(fā)展到7.0。但是隨著Linux和Android的沖擊，據(jù)說微軟已經(jīng)準備放棄對WinCE的維護，而準備如同蘋果一樣，從Windows 10以后，一款操作系統(tǒng)支持所有的平臺，PC，Notebook，Palm，Phone，Automotive等等。雖然WinCE馬上可能會成為歷史，但是毫無疑問它為車載VOS的起步奠定了寶貴的基礎(chǔ)，大家還是要了解一下它的架構(gòu)。

VOS中典型采用的WinCE 6.0系統(tǒng)架構(gòu)，實現(xiàn)為一種分層的架構(gòu)，分別由內(nèi)核模式層和用戶模式層組成。其架構(gòu)圖如下：

主要特點如下：

32位多任務(wù)嵌入式操作系統(tǒng)。

多任務(wù)搶占、硬實時。

支持的處理器體系結(jié)構(gòu)：ARM, x86, SH4, MIPS等。

組件化開發(fā)。

Based on Win32 API Set，桌面系統(tǒng)的一個擴展子集，超過2000個函數(shù)可以使用。

互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議融合。

因為WinCE提供了多媒體功能模塊，且實時性方面表現(xiàn)出色，且當(dāng)時Windows應(yīng)用開發(fā)便利，有很多的商業(yè)化產(chǎn)品和服務(wù)，同時提供大量的開發(fā)包（Kits）和調(diào)試工具（Debug Tools），所以在當(dāng)時其他操作系統(tǒng)不夠成熟的情況下，在車載導(dǎo)航、娛樂上算是一枝獨秀，所以當(dāng)時基本上都稱車載主機為車載導(dǎo)航或者車載娛樂系統(tǒng)。

但是，隨著需求的增多，用戶需求的改變，其他操作系統(tǒng)的成熟。WinCE高度模塊化的開發(fā)流程，使得開發(fā)用戶越來越少，應(yīng)用越來越匱乏，所以WinCE也慢慢退出了VOS的舞臺。

對于計算機開發(fā)人員來說，Linux的出世可以說普大喜奔。因為它是在GNU公共許可權(quán)限下免費獲得的，是一個符合POSIX標準的操作系統(tǒng)。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(tǒng)。

Linux以它的高效性和靈活性著稱，是一個基于POSIX和UNIX的多用戶、多任務(wù)、支持多線程和多CPU的操作系統(tǒng)。它能運行主要的UNIX工具軟件、應(yīng)用程序和網(wǎng)絡(luò)協(xié)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(tǒng)進行操作。

同時Linux繼承了Unix以網(wǎng)絡(luò)為核心的設(shè)計思想，是一個性能穩(wěn)定的多用戶網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，Linux的架構(gòu)如下：

△Linux架構(gòu) 

容易讓人誤解的是，筆者或者網(wǎng)絡(luò)中大家說的Linux，其實是指代的是Linux kernel。因為Linux操作系統(tǒng)因為發(fā)行方的不一樣，有著不同的發(fā)行版，譬如說Ubuntu，Debian，F(xiàn)edroa，RedHat等等。每個發(fā)行廠商根據(jù)不同的Linux Kernel版本，發(fā)布自己的新版本。

而在VOS上，大多數(shù)車機的OEM廠商是基于Linux Kernel LTS（長期支持版本）版本，然后自己通過裁剪和配置，完成車載操作系統(tǒng)的開發(fā)。因為一般LTS發(fā)布版本，將會提供 2 年的支持。所以穩(wěn)定性更好，成熟度更高。

Linux操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計偏重于可靠性和網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，所以在后臺（服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心）操作系統(tǒng)中占據(jù)著領(lǐng)先地位?，F(xiàn)在IT基礎(chǔ)設(shè)施從服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心移動到了云端，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的普及范圍小和開發(fā)難度大，限制了它在車載導(dǎo)航和車載娛樂上的發(fā)展。但是隨著車聯(lián)網(wǎng)、ADAS的介入，對可靠性以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的需求，也許Linux會異軍突起，成為VOS的熱門系統(tǒng)。

Android操作系統(tǒng)，讓筆者帶著大家單刀直入的描述。因為Android手機的市場份額已經(jīng)超過了80%，遠遠高于歷史上任何一個操作系統(tǒng)的份額?；旧?0臺智能手機中就有8臺是Android手機，大部分對它的熟悉可能并不差于筆者。

你可能不知道的是，到目前為止，Android是基于Linux Kernel開發(fā)的最成功的產(chǎn)品（也有人認為iOS是最成功的產(chǎn)品）。2009年，谷歌和一些硬件廠商組成的開放手機聯(lián)盟發(fā)布了 Android。它現(xiàn)在已經(jīng)成為了最流行的終端用戶操作系統(tǒng)。

看一看它的架構(gòu)，就能夠看得出它和Linux的關(guān)系：

△Android架構(gòu)

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

Android Runtime：Android的運行環(huán)境。Android Runtime里的Core Libraries就相當(dāng)于java的JDK，是運行android應(yīng)用程序所需要的核心庫，Dalvik Virtual Machine就相當(dāng)于JVM，這時Google專為Android開發(fā)的運行android應(yīng)用程序所需的虛擬機。

Liberaries： Android的庫文件。包括文件系統(tǒng)，多媒體構(gòu)架，SQLite數(shù)據(jù)庫、圖形處理、網(wǎng)絡(luò)開發(fā)的庫文件等等。

Application Framework：應(yīng)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(fā)人員通過Java來實現(xiàn)當(dāng)前手機上各式各樣的Applications。

許多車機的OEM廠商選擇Android的4.4版本為基礎(chǔ)進行VOS的開發(fā)。主要是4.4版本對RAM做了很大的優(yōu)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(dǎo)航和車載娛樂為主要目的的車機配置很低也有關(guān)系。

4.4版本一些大的更新大家可以隨時百度到，筆者就不一一列舉了。

Android最大的優(yōu)勢在于龐大的手機群體，為其OS開發(fā)了數(shù)之不盡的應(yīng)用，并且大多數(shù)應(yīng)用已經(jīng)深入人心，欲罷不能。而且，隨車車聯(lián)網(wǎng)的開發(fā)，應(yīng)該很快能有移植到車機中來，為車載娛樂系統(tǒng)開創(chuàng)互聯(lián)網(wǎng)新時代。

但是Android操作系統(tǒng)并未如同在手機上占據(jù)統(tǒng)治地位一樣，在車機中一帆風(fēng)順的迅速發(fā)展，主要的原因還是系統(tǒng)的實時性和穩(wěn)定性，當(dāng)然也包括對資源的過分需求。這也許會阻礙Android成為未來VOS最大的障礙。所以Google公司計劃在Android N的開發(fā)中，為車載開發(fā)一套完整的操作系統(tǒng)，讓大家拭目以待。

大家可能對QNX并不是很了解，這里筆者詳細說一下。

黑莓（Blackberry）旗下全資子公司，作為黑莓核心技術(shù)部門BTS(Blackberry Technology Solutions）的最重要組成部分，承擔(dān)黑莓業(yè)務(wù)中操作系統(tǒng)、汽車軟件、M2M、物聯(lián)網(wǎng)IOT及云計算等核心業(yè)務(wù)內(nèi)容。

– 成立于1980年，全世界第一個實時操作系統(tǒng)公司。

– 為汽車、通信、網(wǎng)絡(luò)、醫(yī)療、國防、航空航天、核電、工業(yè)自動化等細分市場提供

操作系統(tǒng)、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(shè)備，飛利浦的醫(yī)療，阿爾斯通的軌道交通，霍尼韋爾歐姆龍的工業(yè)設(shè)備，西屋電氣的核反應(yīng)堆控制器，到國際空間站的對接臂控制系統(tǒng)，QNX的軟件涉及人們生活的每一個環(huán)節(jié)。

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(tǒng)是第一個符合ISO26262 ASIL D規(guī)范的實時操作系統(tǒng)，能滿足數(shù)字化儀表盤功能性安全的要求，同時兼顧了數(shù)據(jù)安全要求，通過美國軍方EAL4+。用戶可以基于安全的內(nèi)核進行系統(tǒng)開發(fā)，從而保證整機系統(tǒng)的安全可靠。

QNX的架構(gòu)如下：

△QNX架構(gòu)

在筆者講述的所有操作系統(tǒng)中，只有QNX基于自己的VOS獨立的為汽車車載系統(tǒng)開發(fā)了完整的娛樂平臺（而不是車機供應(yīng)商），稱之為：QNX車載娛樂平臺（QNX CAR Platform for Infotainment）。其架構(gòu)如下：

△QNX車載娛樂平臺架構(gòu)

筆者認為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。所以筆者認為QNX成為未來的VOS的機會非常大。 

iOS是由蘋果公司開發(fā)的移動操作系統(tǒng)。蘋果公司最早于2007年1月9日的Macworld大會上公布這個系統(tǒng)，最初只設(shè)計給iPhone使用，后來陸續(xù)擴展到iPod touch、iPad以及Apple TV等產(chǎn)品。

iOS與蘋果的Mac OS X操作系統(tǒng)一樣，屬于類Unix的商業(yè)操作系統(tǒng)。這個系統(tǒng)原名為iPhone OS，因為iPad，iPhone，iPod touch，Apple TV，iWatch都使用，所以改名為iOS。也就是說，未來所有蘋果的產(chǎn)品都由iOS支持。而如今，蘋果已經(jīng)殺入了自動駕駛汽車領(lǐng)域，筆者也期待著iOS成為VOS的到來。

iOS的系統(tǒng)架構(gòu)分為四個層次：核心操作系統(tǒng)層（Core OS layer）、核心服務(wù)層（Core Services layer）、媒體層（Media layer）和可觸摸層（Cocoa Touch layer）。

下面是IOS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖：

△IOS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

因為蘋果對汽車的開發(fā)還處于保密階段，我們只能翹首以待未來的結(jié)果。也希望如同iPhone一樣，能夠一鳴驚人。

現(xiàn)在讓筆者簡單總結(jié)一下具有VOS潛質(zhì)的幾個操作系統(tǒng)的現(xiàn)狀和未來：

有了AB，有了VOS，下期內(nèi)容筆者帶大家回顧Telematics，展望車聯(lián)網(wǎng)2.0。