车载信息系统架构车载系统分析

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mob64ca140e0490 2023-12-20 14:42:09

文章标签 车载信息系统架构 Android iOS Windows 文章分类 架构后端开发

[导读] 车载操作系统是用户和车载硬件的接口，同时也是车载硬件和上层软件的接口。车机操作系统的功能包括管理车载系统的硬件、软件及数据资源，控制程序运行，改善人机界面，为上层软件提供支持，让车机系统的资源，以及接收到数据、信号、音频、视频最大限度地发挥作用，提供各种形式的用户界面（UI），使驾驶员有一个好的驾驶环境，并有效的提供辅助驾驶、半自动驾驶、甚至自动驾驶。

车载操作系统（Automo $车载信息系统架构车载系统分析_Android$ ve OperaTIng System，简称AOS）是管理和控制车载硬件与车载软件资源的程序系统，是直接运行在AB上的最基本的系统软件，任何上层软件，HMI，数据连接都必须在操作系统的支持下才能运行。

　　车载操作系统是用户和车载硬件的接口，同时也是车载硬件和上层软件的接口。车机操作系统的功能包括管理车载系统的硬件、软件及数据资源，控制程序运行，改善人机界面，为上层软件提供支持，让车机系统的资源，以及接收到数据、信号、音频、视频最大限度地发挥作用，提供各种形式的用户界面（UI），使驾驶员有一个好的驾驶环境，并有效的提供辅助驾驶、半自动驾驶、甚至自动驾驶。

　　实际上，驾驶员是不需要了解操作系统的，车载操作系统管理着车机硬件资源，同时按照应用程序的资源请求，分配资源，如：划分AB资源，RAM空间的分配，处理声音、视频信号，时间管理，电源管理等，然后给每个ECU发送正确的指令，使汽车高效安全地驾驶。

　　那么就让小编带领大家纵览以下AB所需要的操作系统，其中包括WinCE，Linux，Android，QNX，iOS等等。

　　1. WinCE：

　　WinCE是微软1996年微软发布的嵌入式操作系统市场的产品，直到2002年，WinCE4.1的发布，才取得了成功，今天WinCE已经发展到7.0。但是随着Linux和Android的冲击，据说微软已经准备放弃对WinCE的维护，而准备如同苹果一样，从Windows 10以后，一款操作系统支持所有的平台，PC，Notebook，Palm，Phone，AutomoTIve等等。虽然WinCE马上可能会成为历史，但是毫无疑问它为车载VOS的起步奠定了宝贵的基础，大家还是要了解一下它的架构。

　　VOS中典型采用的WinCE 6.0系统架构，实现为一种分层的架构，分别由内核模式层和用户模式层组成。其架构图如下：

　　主要特点如下：

　　32位多任务嵌入式操作系统。

　　多任务抢占、硬实时。

　　支持的处理器体系结构：ARM， x86， SH4， MIPS等。

　　组件化开发。

　　Based on Win32 API Set，桌面系统的一个扩展子集，超过2000个函数可以使用。

　　互联网协议融合。

　　因为WinCE提供了多媒体功能模块，且实时性方面表现出色，且当时Windows应用开发便利，有很多的商业化产品和服务，同时提供大量的开发包（Kits）和调试工具（Debug Tools），所以在当时其他操作系统不够成熟的情况下，在车载导航、娱乐上算是一枝独秀，所以当时基本上都称车载主机为车载导航或者车载娱乐系统。

　　但是，随着需求的增多，用户需求的改变，其他操作系统的成熟。WinCE高度模块化的开发流程，使得开发用户越来越少，应用越来越匮乏，所以WinCE也慢慢退出了VOS的舞台。

　　2. Linux：

　　对于计算机开发人员来说，Linux的出世可以说普大喜奔。因为它是在GNU公共许可权限下免费获得的，是一个符合POSIX标准的操作系统。最最主要的是它是一套免费使用和自由传播的类Unix操作系统。

　　Linux以它的高效性和灵活性著称，是一个基于POSIX和UNIX的多用户、多任务、支持多线程和多CPU的操作系统。它能运行主要的UNIX工具软件、应用程序和网络协议，支持32位和64位硬件。它还包括带有多个窗口管理器的X-Windows图形用户界面，如同大家使用Windows一样，允许使用窗口、图标和菜单对系统进行操作。

　　同时Linux继承了Unix以网络为核心的设计思想，是一个性能稳定的多用户网络操作系统，Linux的架构如下：

　　容易让人误解的是，小编或者网络中大家说的Linux，其实是指代的是Linux kernel。因为Linux操作系统因为发行方的不一样，有着不同的发行版，譬如说Ubuntu，Debian，Fedroa，RedHat等等。每个发行厂商根据不同的Linux Kernel版本，发布自己的新版本。

　　而在VOS上，大多数车机的OEM厂商是基于Linux Kernel LTS（长期支持版本）版本，然后自己通过裁剪和配置，完成车载操作系统的开发。因为一般LTS发布版本，将会提供 2 年的支持。所以稳定性更好，成熟度更高。

　　Linux操作系统结构设计偏重于可靠性和网络设计，所以在后台（服务器和数据中心）操作系统中占据着领先地位。现在IT基础设施从服务器和数据中心移动到了云端，而云运行在 Linux 上。即使是在微软 Azure 上，2016 年的时候超过 1/3 的虚拟机运行在 Linux 上。

　　但是Linux的普及范围小和开发难度大，限制了它在车载导航和车载娱乐上的发展。但是随着车联网、ADAS的介入，对可靠性以及网络设计的需求，也许Linux会异军突起，成为VOS的热门系统。

　　3. Android

　　Android操作系统，让小编带着大家单刀直入的描述。因为Android手机的市场份额已经超过了80%，远远高于历史上任何一个操作系统的份额。基本上10台智能手机中就有8台是Android手机，大部分对它的熟悉可能并不差于小编。

　　你可能不知道的是，到目前为止，Android是基于Linux Kernel开发的最成功的产品（也有人认为iOS是最成功的产品）。2009年，谷歌和一些硬件厂商组成的开放手机联盟发布了 Android。它现在已经成为了最流行的终端用户操作系统。

　　看一看它的架构，就能够看得出它和Linux的关系：

　　Linux Kernel：其底层是基于Linux Kernel的。主要完成的是操作系统所具有的功能，基本上是许多驱动程序，通过这些驱动程序来驱动设备上的硬件设备工作以及对电源的管理。

　　Android RunTIme：Android的运行环境。Android Runtime里的Core Libraries就相当于java的JDK，是运行android应用程序所需要的核心库，Dalvik Virtual Machine就相当于JVM，这时Google专为Android开发的运行android应用程序所需的虚拟机。

　　Liberaries： Android的库文件。包括文件系统，多媒体构架，SQLite数据库、图形处理、网络开发的库文件等等。

　　Application Framework：应用程序的框架，这个是非常的重要的。通过Framework这一层定义的各种各样的框架，开发人员通过Java来实现当前手机上各式各样的Applications。

　　许多车机的OEM厂商选择Android的4.4版本为基础进行VOS的开发。主要是4.4版本对RAM做了很大的优化，甚至可以在512MB RAM的车机上流畅运行。这和Linux，WinCE来说非常接近。而以车载导航和车载娱乐为主要目的的车机配置很低也有关系。

　　4.4版本一些大的更新大家可以随时百度到，小编就不一一列举了。

　　Android最大的优势在于庞大的手机群体，为其OS开发了数之不尽的应用，并且大多数应用已经深入人心，欲罢不能。而且，随着车联网的开发，应该很快能有移植到车机中来，为车载娱乐系统开创互联网新时代。

　　但是Android操作系统并未如同在手机上占据统治地位一样，在车机中一帆风顺的迅速发展，主要的原因还是系统的实时性和稳定性，当然也包括对资源的过分需求。这也许会阻碍Android成为未来VOS最大的障碍。所以Google公司计划在Android N的开发中，为车载开发一套完整的操作系统，让大家拭目以待。

　　4. QNX：

　　大家可能对QNX并不是很了解，这里小编详细说一下。

　　黑莓（Blackberry）旗下全资子公司，作为黑莓核心技术部门BTS（Blackberry Technology Solutions）的最重要组成部分，承担黑莓业务中操作系统、汽车软件、M2M、物联网IOT及云计算等核心业务内容。

　　– 成立于1980年，全世界第一个实时操作系统公司。

　　– 为汽车、通信、网络、医疗、国防、航空航天、核电、工业自动化等细分市场提供操作系统、中间件和软件解决方案。

　　– 从思科的路由器，洛克斯德马丁的武器，GE的交通设备，飞利浦的医疗，阿尔斯通的轨道交通，霍尼韦尔欧姆龙的工业设备，西屋电气的核反应堆控制器，到国际空间站的对接臂控制系统，QNX的软件涉及人们生活的每一个环节。

　　QNX以其安全性和实时性著称，所以它的突破口是汽车的仪表（Cluster）。QNX操作系统是第一个符合ISO26262 ASIL D规范的实时操作系统，能满足数字化仪表盘功能性安全的要求，同时兼顾了数据安全要求，通过美国军方EAL4+。用户可以基于安全的内核进行系统开发，从而保证整机系统的安全可靠。

　　QNX的架构如下：

　　在小编讲述的所有操作系统中，只有QNX基于自己的VOS独立的为汽车车载系统开发了完整的娱乐平台（而不是车机供应商），称之为：QNX车载娱乐平台（QNX CAR Platform for Infotainment）。其架构如下：

　　小编认为QNX的野心还是很大的，毕竟汽车的半自动、全自动驾驶涉及到人的生命安全，安全性和实时性是非常重要的。所以小编认为QNX成为未来的VOS的机会非常大。

　　5. iOS：

　　iOS是由苹果公司开发的移动操作系统。苹果公司最早于2007年1月9日的Macworld大会上公布这个系统，最初只设计给iPhone使用，后来陆续扩展到iPod touch、iPad以及Apple TV等产品。

　　iOS与苹果的Mac OS X操作系统一样，属于类Unix的商业操作系统。这个系统原名为iPhone OS，因为iPad，iPhone，iPod touch，Apple TV，iWatch都使用，所以改名为iOS。也就是说，未来所有苹果的产品都由iOS支持。而如今，苹果已经杀入了自动驾驶汽车领域，小编也期待着iOS成为VOS的到来。

　　iOS的系统架构分为四个层次：核心操作系统层（Core OS layer）、核心服务层（Core Services layer）、媒体层（Media layer）和可触摸层（Cocoa Touch layer）。

　　下面是IOS系统结构图：