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汽車操作系統(tǒng)典型可分為兩大類，一類是針對異構(gòu)高性能運算芯片和新型E/E架構(gòu)帶來的整車系統(tǒng)，另一類是針對中控車機(jī)的。這里有非常多的基礎(chǔ)概念需要理清。

什么是操作系統(tǒng)，狹義的操作系統(tǒng)包含原創(chuàng)的內(nèi)核。目前主流原創(chuàng)內(nèi)核不外乎Linux、微內(nèi)核和Windows三種。實際上我們熟悉的Linux只是內(nèi)核而不能稱得上是操作系統(tǒng)，Ubuntu才是操作系統(tǒng)。內(nèi)核它沒有統(tǒng)一的操作接口，都需要自己開發(fā)。絕大部分程序員都不關(guān)心內(nèi)核，操作系統(tǒng)用系統(tǒng)調(diào)用，system call來為程序員服務(wù)，當(dāng)然，直接使用系統(tǒng)調(diào)用是非常繁瑣的，因此通常會在這之上提供一層封裝。如果是Windows，這個封裝就是Windows API，Linux只是一個開源的內(nèi)核，如果一定要找一個類似的東西話那就是libc，也就是C標(biāo)準(zhǔn)庫，這里同樣包括了對系統(tǒng)調(diào)用的封裝以及一些庫函數(shù)，但libc不包含創(chuàng)建帶有圖形界面應(yīng)用程序的功能。

目前座艙的操作系統(tǒng)可以分為三大類：一是微內(nèi)核的QNX；另一類是基于Linux的，包括像特斯拉這樣的Linux直改，還有車規(guī)級Linux的AGL，還有GENIVI聯(lián)盟(更名為COVESA)；再一大類是安卓，包括了兩種，一種是國內(nèi)的安卓直接改，還有一類是谷歌特別為車載推出的AAOS，注意，這可不是Android Auto那種App。為什么要把安卓獨立在Linux之外，下文會說。華為的鴻蒙也勉強(qiáng)可以算是Linux直改，但它不能算嚴(yán)格的微內(nèi)核，也不是Linux的宏內(nèi)核，叫Split-Kernel比較合適，拿了宏內(nèi)核的組件構(gòu)成了微內(nèi)核。

2021-2026年新車座艙操作系統(tǒng)預(yù)測

來源：佐思汽研

操作系統(tǒng)，應(yīng)用軟件設(shè)計，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧等等，都體現(xiàn)了分層思想。分層中，每個層次負(fù)責(zé)不同的功能。一般來講，下層為上層提供服務(wù)，上層不要知道下層的具體實現(xiàn)細(xì)節(jié)，只需使用下層提供的服務(wù)。而層與層之間聯(lián)系的橋梁就是“API接口”。OS調(diào)用硬件提供的API，軟件調(diào)用OS提供的API，而用戶調(diào)用軟件提供的API。

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典型的嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如上圖，實際硬件平臺還可以再分為兩部分，一部分是板級支持包即BSP，一部分是硬件本身。BSP是介于主板硬件和操作系統(tǒng)中驅(qū)動層程序之間的一層，一般認(rèn)為它屬于操作系統(tǒng)一部分，主要是實現(xiàn)對操作系統(tǒng)的支持，為上層的驅(qū)動程序提供訪問硬件設(shè)備寄存器的函數(shù)包，使之能夠更好的運行于硬件主板，類似于電腦的BIOS。BSP就是操作系統(tǒng)與硬件間的接口。后來微軟發(fā)現(xiàn)，程序設(shè)計直接與硬件通信，是造成系統(tǒng)不穩(wěn)定的主要原因。在得出這個結(jié)論的基礎(chǔ)上，微軟公司在Windows NT上取消了對硬件的直接訪問，首先提出了硬件抽象層 (Hardware AbstractionLayer ，簡稱HAL) 的概念，硬件抽象層就是：“將硬件差別與操作系統(tǒng)其他層相隔離的一薄層軟件，它是通過采用使多種不同硬件在操作系統(tǒng)的其他部分看來是同一種虛擬機(jī)的做法來實現(xiàn)的。這種 HAL設(shè)計思路被一些嵌入式操作系統(tǒng)參考，其系統(tǒng)內(nèi)核被分成兩層，上層稱為“內(nèi)核(Kernel)”，底層則稱為 “硬件抽象層 ”。

促使HAL出現(xiàn)的另一個原因是芯片的指令集系統(tǒng)越來越復(fù)雜，且迭代速度很快。不將硬件隔離，軟件工作復(fù)用率太低。

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引入HAL之后操作系統(tǒng)將會使用相對更為統(tǒng)一的HAL接口來實現(xiàn)對硬件的操作，而不是直接使用BSP庫。當(dāng)然，HAL庫的實現(xiàn)是基于BSP庫的，只是將其進(jìn)一步封裝，形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。順序依次是hardware –> board support package –> hardware abstract layer –>driver –> operating system –> application，當(dāng)然嵌入式系統(tǒng)中操作系統(tǒng)并不是必須的，并且在操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序之間可以再有一層中間件Middleware層，用于提供更多的系統(tǒng)功能，這個中間件Middleware層也被稱作SDK。

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上圖是安卓的架構(gòu)，Android的硬件抽象層，簡單來說，就是對Linux內(nèi)核驅(qū)動程序的封裝，向上提供接口，屏蔽低層的實現(xiàn)細(xì)節(jié)。也就是說，把對硬件的支持分成了兩層，一層放在用戶空間（User Space），一層放在內(nèi)核空間（Kernel Space），其中，硬件抽象層運行在用戶空間，而Linux內(nèi)核驅(qū)動程序運行在內(nèi)核空間。傳統(tǒng)的Linux 系統(tǒng)則把對硬件的支持和管理全部放在內(nèi)核空間中,即把對硬件的全部支持都放在硬件驅(qū)動模塊當(dāng)中。

Android 在用戶空間中新建一個HAL層來支持硬件設(shè)備的主要原因還是因為Android 使用的開源協(xié)議是 Apache License，這個協(xié)議比較寬松，其允許開發(fā)者獲取并修改了源碼之后，不用把源碼公開出來。而 Linux 使用的開源協(xié)議 GPL，它的要求限制就比較多，要求開發(fā)者添加或修改了源碼之后，必須把添加或修改后的代碼公開出來。HAL層分開保護(hù)了開發(fā)廠家的利益，但脫離了Linux的開源，安卓是開放的，但不是開源的，這是為什么把安卓從Linux分出去的主要原因。

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上圖為QNX的架構(gòu)，與安卓不同的是QNX沒有獨立的HAL層，QNX還是采用BSP的方式。

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上面為三種內(nèi)核架構(gòu)的對比，微內(nèi)核操作系統(tǒng)使用進(jìn)程來隔離系統(tǒng)組件，這些組件之間的通信使用了消息傳遞方式來實現(xiàn)一個組件對另一個組件的調(diào)用－這實際上是進(jìn)行了一次RPC（遠(yuǎn)程過程調(diào)用協(xié)議）調(diào)用。但這種類似RPC的方式是通過進(jìn)程間通信(IPC)機(jī)制實現(xiàn)的，其性能一般低于傳統(tǒng)操作系統(tǒng)的系統(tǒng)調(diào)用的性能。這個IPC有一點點HAL的意味。

因為QNX是微內(nèi)核，這就意味著為其兼容性比較差，開放性比較差，當(dāng)然，換來的是實時性很好，安全性極高。安卓的開放性吸引了無數(shù)開發(fā)者，而QNX凡事都需要黑莓自己去做，這就是BSP需要為硬件定制，而基于QNX的應(yīng)用軟件自然就很少人開放。黑莓一家的開發(fā)能力有限。這也是鴻蒙為什么要兼容安卓的原因，不兼容根本無法推廣。

隨著座艙聯(lián)網(wǎng)功能的拓展，QNX顯得不合時宜。

Genivi在2021年10月改名為COVESA即Connected Vehicle Systems Alliance。其頂級成員是寶馬和博世，核心會員是電裝、現(xiàn)代摩比斯、LG、瑞薩、風(fēng)河、Mentor汽車和Geotab。其他重要成員還有奔馳、本田、現(xiàn)代汽車、ARM、瑞薩、英偉達(dá)、NXP。寶馬、奔馳幾乎全線使用GENIVI的Linux平臺，現(xiàn)代的Genesis也是如此，其他廠家較少見到有用Genivi。

AGL即Automotive Grade Linux，車規(guī)級Linux。成立于2016年1月，但是第一版AGL發(fā)布是在2014年的6月30日，實際上就是Tizen的修改版，Tizen源自三星，Tizen是三星電子開發(fā)的一款基于Linux核心的開放源代碼移動操作系統(tǒng)，可適用設(shè)備包括智能手機(jī)、平板電腦、智能手表、上網(wǎng)本、車載信息娛樂設(shè)備（IVI）和智能電視。該項目最初由Linux基金會以及LiMo基金會合力推出，目的在于取代MeeGo與LiMo平臺。在Linux基金會中，由技術(shù)指導(dǎo)小組（TSG）管理。目前三星是唯一推出使用 Tizen 的設(shè)備的業(yè)者，也是 Tizen 的最大支持者。至 2017 年結(jié)束，Tizen 是世界第二大智能手表操作系統(tǒng)，僅次于蘋果 watchOS，比基于 Android 的 Wear OS 還要多。2011年9月，三星和英特爾與Linux基金會宣布致力在2012年開發(fā)出Tizen，2012年1月1日，LiMo基金會更名為Tizen協(xié)會。大概在2015年，Tizen就基本沒人支持了，但是AGL開始慢慢起來。這也算是失之東隅，收之桑榆。

AGL的頂級白金會員有亞馬遜、馬自達(dá)、電裝、瑞薩、鈴木、豐田、松下。白銀會員則有愛信精機(jī)、奔馳、福特、高通、上汽、大眾。其他重要會員還有阿爾派、ARM、博世、BOSE、中國移動、大陸、德賽西威、富士通、本田、現(xiàn)代、三星哈曼、HERE、日立、GreenHills、英特爾、JVC建伍、李爾、LG、馬瑞利、Mentor、Microchip、三菱、NEC、東軟、日本精機(jī)、NXP、英偉達(dá)、三星、先鋒、索尼、東芝、Telechips、德州儀器。

目前采用AGL的車型主要有新一代奧迪MIB3TOP、豐田凱美瑞、馬自達(dá)3和斯巴魯傲虎及力獅。還有一款奔馳的MPV。大眾在2019年4月加入AGL，大眾未來也極有可能選用AGL做車機(jī)系統(tǒng)。

AGL的主要優(yōu)勢之一是它的統(tǒng)一代碼庫（UCB），這是一個新的Linux發(fā)行版，它基于AGL和另外兩個汽車開源項目：Tizen和GENIVI Alliance。UCB是第二代Linux汽車系統(tǒng)。它從底層開始開發(fā)，一直到特定的汽車應(yīng)用軟件。完成了操作系統(tǒng)大約70%的工作。

目前AGL應(yīng)用都在IVI（In-VehicleInfotainment）上，AGL正努力開拓在儀表和ADAS領(lǐng)域，不過這兩個領(lǐng)域?qū)崟r性要求較高，阻力很大。

在很多廠家都使用手機(jī)版安卓之時，谷歌也分別推出了Android Auto和Android Automotive OS，安卓Auto是一個超級App，不是一個操作系統(tǒng)，但Android Automotive OS就是一個操作系統(tǒng)，簡稱AAOS。Android 官網(wǎng)上， Android Auto這個分類，是和 Android TV、WebOS by Google 并列。而在 Android 官網(wǎng)開發(fā)者頁面處，我們能發(fā)現(xiàn)更多谷歌意圖獨立車載系統(tǒng)的想法。在Google官方的「Android developer guide」（安卓開發(fā)者指南）中，Android Automotive OS和Chrome OS也是以「OS（operationsystem，操作系統(tǒng)）」命名的。AAOS確實是為了解決Android本身在車機(jī)方面的一些問題。Automotive OS采用了與正代安卓差異較大的顯示和交互邏輯，「區(qū)塊」成為 Automotive OS 最基本的設(shè)計語言。在操作準(zhǔn)確度要求非常高的車內(nèi)環(huán)境里面，觸屏相對孱弱的反饋被谷歌以碩大的圖標(biāo)設(shè)計和菜單劃分得以補(bǔ)償。

早在2016年，Google官方統(tǒng)計，安卓的碎片化版本已經(jīng)達(dá)到了6000多個不同的版本，而且隨著時間的推移，安卓的版本碎片化也越來越嚴(yán)重。早年，在手機(jī)領(lǐng)域，同等條件下，相比安卓系統(tǒng)而言，蘋果的系統(tǒng)會更加的流暢一點，也是安卓碎片化最被詬病的槽點。這其中有兩個主要原因。安卓平臺最大的缺點就是碎片化嚴(yán)重，設(shè)備繁多，品牌眾多，版本各異，分辨率不統(tǒng)一等，任何一個成功的智能操作系統(tǒng)都是由龐大的軟件資源支撐起來，這要求系統(tǒng)和硬件有一定的一致性，這才能確保軟件的兼容性，以確保軟件和設(shè)備完全兼容。而由于Android完全免費以及完全開源的性質(zhì)，最終導(dǎo)致Android設(shè)備的軟件兼容性變差。一言以概之，因為，內(nèi)核選擇更小，可以由車企自由定制，并管理版本。超98%的應(yīng)用存在開發(fā)隱患、修復(fù)管理滯后、漏洞監(jiān)測困難等安全風(fēng)險。92%安卓應(yīng)用存在過度獲取隱私權(quán)限。作為一款車載，很多情況下，是不需要考慮兼容Android的所有應(yīng)用，也不會允許別的第三方軟件加入進(jìn)來，這相對于自身也是一種保護(hù)。

安卓是有大量的應(yīng)用，但是不同廠商的定制系統(tǒng)，很可能導(dǎo)致未經(jīng)過A廠商設(shè)備適配的B廠商安卓應(yīng)用無法安裝、使用出錯、安全問題。同時，Android國內(nèi)版本的大量應(yīng)用，在不同的應(yīng)用市場無法做到嚴(yán)格審核，安全存隱患。

最終于2017年3月，谷歌正式宣布AAOS，第一個采用AAOS的是沃爾沃旗下的電動車Polestar。

• 2022 GMC Hummer EV
• 2022 GMC Sierra
• 2022 GMC Yukon
• 2022 Chevrolet Tahoe
• 2022 Chevrolet Suburban
• 2022 Chevrolet Silverado
• 2023 Cadillac Lyriq
• 2022 Renault Mégane E-Tech Electric
• 2021 Volvo XC40 P8
• 2021 Volvo XC40 Recharge
• 2022 Volvo C40 Recharge
• 2022 Volvo XC60
• 2022 Volvo S90
• 2022 Volvo V90
• 2022 Volvo V90 Cross Country
• 2021 Lucid Air

上面為確定使用AAOS的車型，還未確定車型但確定使用的還有2023年的PSA與FCA，包括Dodge Durango 和Chrysler Pacifica，2023年的福特和林肯，2022年的本田。

目前AAOS主要在英特爾A3900系列和高通SA8150/8155上運行，谷歌一開始就是和英特爾合作，A3900系列的AAOS的支持度比高通還高。

AAOS的架構(gòu)

圖片來源：互聯(lián)網(wǎng)

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典型的AAOS，第一輛采用AAOS的車沃爾沃旗下的Polestar 2，由安波福供應(yīng)車機(jī)和軟件系統(tǒng)，屏幕尺寸為11.15英寸，分辨率1536*1152，這個分辨率相當(dāng)高，AAOS也需要高分辨率，硬件是英特爾的A3950，eMMC高達(dá)128GB。AAOS的基本要求比較高，至少4GiB的RAM，32GB的eMMC。

安卓系統(tǒng)最難的是顯示圖像啟動時間慢，特別是倒車影像或360環(huán)視，這是業(yè)者需要特別下功夫的地方。AAOS特別提供了EVS模塊，專門應(yīng)對外接攝像頭，保證圖像2秒內(nèi)啟動成像。

圖片來源：互聯(lián)網(wǎng)

AAOS自然離不開谷歌的服務(wù)，如谷歌助手，谷歌地圖等，所有這些服務(wù)都是要收費的，估計是和車廠有分成協(xié)議，要不然AAOS根本無法推廣，谷歌沒有動力，車廠也沒有動力。

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谷歌的野心當(dāng)然不只是車機(jī)，谷歌是要覆蓋車內(nèi)的全部應(yīng)用，包括自動駕駛和儀表等等，早在2016年就開發(fā)了Fuchsia，這是一個基于Zircon的微內(nèi)核操作系統(tǒng)，可以用于車內(nèi)要求安全等級高的領(lǐng)域，如儀表和自動駕駛。

谷歌不僅要占有你的手機(jī)，還要占有你的汽車，當(dāng)然，蘋果也不會閑著。