1 简介

1.1 操作系统简介

• 操作系统(Operating System, OS)是指控制和管理整个计算系统的硬件和软件资源， 并合理地组织调度计算机的工作和资源，以提供给用户和其他软件方便的接口和环境的 程序集合。
• 操作系统需要处理如管理与配置内存、决定系统资源供需的优先次序、控制输入设备与输出设备、操作网络与管理文件系统等基本事务。操作系统也提供一个让用户与系统交互的操作界面。

1.2 汽车各模块分类以及对操作系统的要求

分类

我们知道在一辆汽车上存在着上百个控制器，从发动机，变速箱，电动机，ESP，到中控大屏，车机系统，车道辅助等。根据被控对象的不同，大体可以分为两类：

• 汽车电子控制：通过直接向执行机构(如电子阀门、继电器开关、执行马达 等)发送指令，以控制发动机、变速箱、动力电池等协同工作的系统。这类系统对实时性的要求非常高，而且一般都会有功能安全等级的需求
• 车载电子设备:如仪表、中控、抬头显示(HUD)、流媒体后视镜等。这类系统 常与用户体验相关，不直接参与汽车行驶的控制决策，对车辆行驶性能和安全影响较小

要求

由于两者对实时性要求的差异，操作系统逐步演化出了两种类型，Real Time Operating System，简称RTOS，与Time-sharing Operating System的分时操作系统。

• 常见的RTOS如：Ucos，Free Rtos等。
• 分时系统：PC常用的系统就是

2 汽车系统的发展

2.1 Hypervisor

Hypervisor(硬件虚拟化技术，提供虚 拟平台支持多操作系统)在汽车方向的发展，使得一块硬件支持多个系统，这使得实时系统和分时系统能同时存在

2.2 各系统分析

目前汽车底层操作系统，格局较为稳定，主要玩家为 QNX(Blackberry)、Linux(开源基金会)、 Andorid(Google)。对于座舱域这类对功能安全和信息安全要求较低的控制器，国内多基于安卓/AliOS 开发， 国外多基于 Linux 开发；而有着高实时，安全性的自动驾驶控制器目前仍多以 Linux/QNX 开发为主。

QNX

• QNX，英文名Quick Unix，是由加拿大QSSL公司开发的分布式实时操作系统，采用独特的微内核实时平台，相比Windos、Linux等大型操作系统，QNX内核极小且运行速度极快。
• 除了快，QNX的实时性、稳定性也极高，据说MTTF（平均失效时间）可以达到99.999%（5个9），也就是说，一年365天当中，它可能出错的时间只有31秒。
• 2010年，加拿大BlackBerry手机制造商RIM，从哈曼国际手中收购QNX软件业务，用于加强自身在车载系统市场的领导地位。据不完全统计，目前QNX在车载底层操作系统的市场份额超过60%，全球包括大众集团、宝马集团、丰田、菲亚特集团等主要汽车品牌都有合作。
• 除此之外，QNX也被广泛运用于笔者曾经从事的核反应堆控制系统、航空航天、弹道武器、铁路控制、无人驾驶等对系统稳定性要求极高的行业，足见其稳定可靠。
• QNX的这些独特优势，为黑莓公司带来了可观的利润，在汽车行业，QNX按预装台数收费，而且价格昂贵。纵然如此，几乎所有知名汽车厂商都不得不选择与它合作，因为稳定可靠，就意味着汽车售出后，有较好的车主口碑，保修期内很低的返修率，这些都能为车企带来更大的隐形成本节约。
• 2007年福特公司开始使用微软WEA为其专属打造的车载底层操作系统SYNC，总计装载超过700万台福特车，期间出错报告和用户投诉不断，出于用户口碑压力，2014年底，福特不得不弃用微软的WEA系统，而重新选择使用黑莓的QNX。
• QNX另一大特色，是其基于自身优势，通通强强联合为车机系统带来更多了可能性。目前苹果公司推出的车机互联系统CarPlay，全球已经适用超过400款车型，与NQX有深度合作。包括国内在无人驾驶领域领先的百度Apllo系统，也于2018年1月4日宣布与黑莓公司合作，Apllo2.0整合QNX操作系统后，性能得到大大提升。

Windos CE

• Windos CE（Windos Embedbed Compact）是微软Windows操作系统中的一员，专为微型电脑及嵌入式设备开发的系统环境。
• 但是随着Android系统的崛起，其免费开源，开发简单，平台拥有海量应用等优势，加之触控技术及触摸屏等硬件的成熟，成本不断降低，追求更加丰富的操作体验的用户，为后装Android车机系统市场带来了繁荣。而且随着智能汽车的到来，大有取而代之之势。
• 相对于Android系统的丰富体验，Windos CE就显得捉襟见肘。由于车机系统大部分应用场景是导航和音乐，移动互联时代，任何一部智能手机都能取代车机，而获得更佳的用户体验。

Linux

• Linux是家喻户晓的免费开源操作系统。相对于前面的QNX和Windos CE，免费是其最大的优势，不仅如此，Linux在稳定性及处理效率方面，也相当出色。
• 由于系统完全开源，可以满足开发者的个性化定制需求，因此基于Linux开发的难度也极大，而且开发周期比较长。这就限制了车机系统进入门槛，除了规模较大的主机厂，以及有实力的车机供应商，能够花重金雇佣一支专业操作系统研发团队，其余的也只能望尘莫及。
• 凯迪拉克CUE系统便是基于Linux的定制化的车载操作系统，无论是其系统稳定性，还是用户体验，都获得业界好评，当然，CUE背后的投入也是巨大的。
• 用户有：丰田、日产、特斯拉

Android

Android 是由 Google 公司和开放手机联盟基于 Linux 开发的操作系统，被称为基于 Linux 开发的最成功的产品之一，应用生态最为丰富，主要应用于移动设备。Android 手机上的 APP 不需要经过大的修改就可以应用在车机上，有利于国内互联网厂商切入汽车领域，快速建立起车载软件生态。尤其是各大互联网巨头、自主品牌、造车新势力 纷纷基于 Android 进行定制化改造，推出了自己的汽车操作系统，如阿里 AliOS、百度 小度车载 OS、比亚迪 DiLink、蔚来 NIO OS、小鹏 Xmart OS 等。

鸿蒙

待加

3 Hypervisor

3.1 介绍

• Hypervisor，又称虚拟机监视器（英语：virtual machine monitor，缩写为 VMM），是用来建立与执行虚拟机器的软件、固件或硬件。被Hypervisor用来执行一个或多个虚拟机器的电脑称为主体机器（host machine），这些虚拟机器则称为客体机器（guest machine）。hypervisor提供虚拟的作业平台来执行客体操作系统（guest operating systems），负责管理其他客体操作系统的执行阶段；这些客体操作系统，共同分享虚拟化后的硬件资源。
• Hypervisor允许多个操作系统共享一个CPU(多核CPU的情况可以是多个CPU)。虽然基本的技术已有半个世纪之久，但是应用到嵌入式领域却是近年才发生的。

3.2 厂商

市场主要厂商及产品：VMware vSphere、微软Hyper-V、Citrix XenServer 、IBM PowerVM、Red Hat Enterprise Virtulization、Huawei FusionSphere、开源的KVM、Xen、VirtualBSD等。

参考

1、操作系统–百科
2、5分钟，带你了解汽车操作系统
3、车载系统都在用什么操作系统？
4、hypervisor百科
5、初识Hypervisor
6、虚拟化平台主流hypervisor工作原理分析
7、QNX、WinCE、Linux三大底层车机操作系统