罗蕾：中国自动驾驶操作系统发展趋势
时间: 2023-11-06 19:07
来源: 中国汽车软件大会
作者: editor
2023年11月3日，2023中国汽车软件大会在上海嘉定举办。本届大会以“聚软件之力，创数智未来”为主题，由中国汽车工业协会主办，中国汽车工业协会下属单位中德智能网联汽车推广应用中心、上海智能汽车软件园共同承办，中国汽车工业协会软件分会、智能网联汽车分会和中国汽车工程学会汽车基础软件分会协办。紧扣新时代汽车产业高质量发展和汽车软件发展要求，本次会议设置了“1场大会论坛+4个主题论坛”，旨在打造汽车软件领域开放、高端、权威的交流与沟通平台。
其中，在下午举办的“汽车操作系统‘芯’发展”主题论坛上，电子科技大学嵌入式软件工程中心主任罗蕾发表精彩演讲。
以下内容为现场演讲实录：
各位专家，各位同仁，大家下午好！
非常感谢中汽协，包括汽车城的邀请，我报告的题目是这方面的内容，主要两个方面。
现在的汽车已经进入到L2大量开始应用，进入到L3开始要准时试点的阶段，未来车路协同还在快速发展。在这个过程中，我们整个汽车的软硬件都在快速发展，大家说的比较多的是电动化、智能化，包括共享、智联网的发展，我们技术层面关注的是IT化，协同化发展。
智能网联汽车的电子电器架构正从分布式架构向中央集中演进，并进一步向车路云协同方向发展，面临多种技术挑战。需要高实时和高带宽的主干通信网络、高性能、高实时支持异构多核的软硬件平台，并满足safety&security的要求，在此基础上，构建满足软件定义下的SOA软硬件一体化平台。整体来说，汽车虽然是一个消费品，但是工业级的消费品，软硬件还需要高安全，功能安全、数据安全的要求，所以这也是复杂的体系。
芯片和操作系统是我们在智能网联汽车下半场战略的核心，汽车芯片在大量应用，跟软件相关的芯片有三类，MCU，还有SOC，还有座舱和智驾，座舱的芯片比手机芯片复杂多了，还要不断加算力，和用于智能驾驶的异构多核高算力的SoC。 这些芯片不光有功能要求，还有性能的要求，以及功能安全与网络安全的要求。
中央计算单元主要以座舱域和自驾域为主，未来还要向舱驾融合的方向发展。汽车上的软件量远远大于飞机上代码的量了，大概在几亿行代码。这里因为有各种各样的应用需求，新的需求，智能交互、智能互联、智能驾驶的各种需求，是个移动的空间，所以软件的需求量很大。我们传统的软件开发方法肯定是无法满足，需要新型架构、分层解耦、软硬协同，而且要共建产业和技术的生态，但没有哪一家能够全部做完，一定是多家。智能手机有这样的生态，才能让中国的智能手机厂商得以发展，比如安卓的生态体系。我们在汽车领域这个还在逐步形成中，因为汽车整个电子电气架构标准化还在过程中，这个不断演进，如果不解决好生态建设，整体很难发展，所以软件也是非常重要的。
操作系统在汽车里一定是多样化的，这个已形成共识了，是按照应用场景区分。我们在国内统一称为车用操作系统，分为三大类，一个是跟车控相关的一般分为安全的车控操作系统，还有一类是自驾的，自驾的操作系统因为也是需要实时性、功能安全，内容又很复杂，感知、决策、执行的体系需要大核。另外座舱，因为这里涉及到的很多人机交互东西，还有生态的东西，现在国内有鸿蒙、安卓等，也在发展过程中。整体来看，它也是要融合发展，就是操作系统底层，包括中间件都还在发展，也要融合功能安全，也要满足信息安全和虚拟化，在一个异构的SOC的芯片上很多情况都是多操作系统的，也不是一种操作系统的，要支持多种操作系统，要面向软件定义汽车的方向发展。
说到操作系统，2003年的AUTOSAR组织就是要解决分层解耦服务的问题，2018年面对智能网联汽车，也开始从CP走到提供AP的版本，AP的版本中有很多相关内容在里面，有支持面向服务的架构，所以可以看到也是多种融合的方式，未来新的版本也是把这两个在协同的。国内的操作系统发展也是跟国际接轨的，也在推进。
我们2019年在工信部的指导下，就开展了面向自动驾驶的中国方案的操作系统的整个参考架构，一起大家形成了共识，发布了1.0的版本，产学研结合。最近9月份刚刚发布了2.0版本，形成了行业共识。基于这个，汽标委也在开展操作系统的标准化研究，也把操作系统分为座舱的、车载的和车控的，这两个都已经去年立了国标，都还在推进过程中。在车控操作系统中分为安全车控，还有自动驾驶，这两类标准已经在推进中了。
在自动驾驶跟安全相关的操作系统中，底层的操作系统来看，我们对比一下，从功能安全、实时性、应用领域来看，开放性、开源的角度来看，目前来说，国内还是缺乏自主可控的开源、开放的满足虚拟化的，并且还需要满足高功能的功能安全等级的、网络安全认证的底层操作系统，类似于替代QNX的操作系统，我们还是缺乏的。所以这个方面我们还需要努力，今天也看到普华基础软件推的开源项目，也是希望联合大家解决底层软件的问题，这是其中一个路径。
操作系统的发展大家未来比较看好基于微内核的方式，但是它的生态还需要建立，还需借鉴Linux生态，和AI融合，因为我们到自动驾驶一定是融合的，往这个方向发展。Linux应用非常广泛，我们对它在底层的增强、功能安全、网络安全这方面的支撑也必须要齐头并进，所以两个路径都应该去推动、发展，也希望通过这个机遇，这个时间窗口，中国能够做出更多的贡献，能够做出优秀的操作系统。
刚才提到2.0，我们9月份也是在协会、学会、工信部的指导下，几十家的产学研相关企业，包括高校一起来形成的2.0参考架构，在我们1.0的基础上经过四年，大家又形成了共识。可以看到，在这个架构里，我们进一步细化了车控操作系统的底层系统软件支撑，包括功能软件，为了面向未来的L3以上3-5年的发展，我们怎么能够形成行业的共识，形成生态。我们在这里可以看到，增加的部分有安全处理单元，还有AI的，甚至到大模型的部分，这部分我们都提到了一些内容。
根据大家的讨论，我们大家形成了未来3-5年要重点做哪些，有什么样的创新需求，我们重点要开展哪些关键技术的突破和一些相关的任务。主要的需求还是在于这个部分一定要不断地分层解耦，要降低整个产业的成本，大家不要重复地去做一些事情，让它更加稳定，特别是底层的内容。另外是互联，因为我们的移动空间要跟各方面互联，这个也要支持多种的形态。还有安全，安全里包括软硬结合的安全，以及融合的安全。我们未来知道自动驾驶里一定有网络安全、数据安全，也有功能安全等，这几个安全能不能融合起来，更好地满足安全的需要。所以这里安全的部分也是全栈式的，一定下沉到芯片一直上去，整个系统形成一体方案，我们希望它更加安全。
大家知道，现在人工智能进入了大模型时代，或者叫做iPhone时代，在我们车里自动驾驶又有很多新的变化和创新，在这方面也需要大家一起努力，进一步利用各种AI大模型的技术，结合自动驾驶场景，还有智能化应用的需求，能够提供更好的。
总结下来，就是在未来我们主要的工作和关键技术突破是这几个方面：
异构计算平台，有各种各样的处理器、GPU、NPU、CPU，还有很多不同的部件，怎么样能够构建出大算力，可以配置，可以重复利用的新型架构，可以复用的组件。另外基于微内核/虚拟化的安全操作系统要突破，还有Linux功能安全和实时性要增强，我们是不是一起把驱动底层的生态体系标准化，因为芯片公司也很多了，让上面的软件移植起来更简单，不要重复做很多工作。还有软件结合的安全、大模型的内容等。
开源是开放共享协同是一种新型的生产力会促进软件发展，在“十四五”期间也列入我们国家总体的纲要里，也要推动开源的建设。操作系统从发展的角度，现在已经进入到数字经济时代的软件定义阶段，在这样一个阶段里，软件定义，操作系统很多创新和应用的中间件要结合起来，基础软件如果要让大家形成共识的话，开源是一个非常好的途径。所以我们可以看到，开源的体系会促进发展。
我们是电子科技大学嵌入软件工程中心，我们长期从事嵌入式实时操作系统和网络安全与数据安全方面的产学研相关的工作。我作为核高基专家负责嵌入式基础软件的发展，我们一起发起了CASA联盟，我们也在这里做了大量工作。2016年开始在网络安全方面成立了TIAA网络安全工作组，在工信部的指导下开展了大量的调研，形成白皮书，推动了第一个汽车网络安全标准的形成。整车网络安全的强标马上要发布了，我们也是牵头单位之一。我们和鹏城实验室一起开展智能网联汽车网络安全攻防演练、人才培养、技术验证等工作，也希望为产业做更多的服务。
在汽车数据方面也做了各种标准和实践的工作，我们还孵化了一个专注智能网联汽车网络安全、数据安全方面的公司为辰信安，欢迎大家有机会到成都交流。我的汇报到这儿，谢谢各位。
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2023年11月3日，2023中国汽车软件大会在上海嘉定举办。本届大会以“聚软件之力，创数智未来”为主题，由中国汽车工业协会主办，中国汽车工业协会下属单位中德智能网联汽车推广应用中心、上海智能汽车软件园共同承办，中国汽车工业协会软件分会、智能网联汽车分会和中国汽车工程学会汽车基础软件分会协办。紧扣新时代汽车产业高质量发展和汽车软件发展要求，本次会议设置了“1场大会论坛+4个主题论坛”，旨在打造汽车软件领域开放、高端、权威的交流与沟通平台。
其中，在下午举办的“汽车操作系统‘芯’发展”主题论坛上，电子科技大学嵌入式软件工程中心主任罗蕾发表精彩演讲。
以下内容为现场演讲实录：
各位专家，各位同仁，大家下午好！
非常感谢中汽协，包括汽车城的邀请，我报告的题目是这方面的内容，主要两个方面。
现在的汽车已经进入到L2大量开始应用，进入到L3开始要准时试点的阶段，未来车路协同还在快速发展。在这个过程中，我们整个汽车的软硬件都在快速发展，大家说的比较多的是电动化、智能化，包括共享、智联网的发展，我们技术层面关注的是IT化，协同化发展。
智能网联汽车的电子电器架构正从分布式架构向中央集中演进，并进一步向车路云协同方向发展，面临多种技术挑战。需要高实时和高带宽的主干通信网络、高性能、高实时支持异构多核的软硬件平台，并满足safety&security的要求，在此基础上，构建满足软件定义下的SOA软硬件一体化平台。整体来说，汽车虽然是一个消费品，但是工业级的消费品，软硬件还需要高安全，功能安全、数据安全的要求，所以这也是复杂的体系。
芯片和操作系统是我们在智能网联汽车下半场战略的核心，汽车芯片在大量应用，跟软件相关的芯片有三类，MCU，还有SOC，还有座舱和智驾，座舱的芯片比手机芯片复杂多了，还要不断加算力，和用于智能驾驶的异构多核高算力的SoC。 这些芯片不光有功能要求，还有性能的要求，以及功能安全与网络安全的要求。
中央计算单元主要以座舱域和自驾域为主，未来还要向舱驾融合的方向发展。汽车上的软件量远远大于飞机上代码的量了，大概在几亿行代码。这里因为有各种各样的应用需求，新的需求，智能交互、智能互联、智能驾驶的各种需求，是个移动的空间，所以软件的需求量很大。我们传统的软件开发方法肯定是无法满足，需要新型架构、分层解耦、软硬协同，而且要共建产业和技术的生态，但没有哪一家能够全部做完，一定是多家。智能手机有这样的生态，才能让中国的智能手机厂商得以发展，比如安卓的生态体系。我们在汽车领域这个还在逐步形成中，因为汽车整个电子电气架构标准化还在过程中，这个不断演进，如果不解决好生态建设，整体很难发展，所以软件也是非常重要的。
操作系统在汽车里一定是多样化的，这个已形成共识了，是按照应用场景区分。我们在国内统一称为车用操作系统，分为三大类，一个是跟车控相关的一般分为安全的车控操作系统，还有一类是自驾的，自驾的操作系统因为也是需要实时性、功能安全，内容又很复杂，感知、决策、执行的体系需要大核。另外座舱，因为这里涉及到的很多人机交互东西，还有生态的东西，现在国内有鸿蒙、安卓等，也在发展过程中。整体来看，它也是要融合发展，就是操作系统底层，包括中间件都还在发展，也要融合功能安全，也要满足信息安全和虚拟化，在一个异构的SOC的芯片上很多情况都是多操作系统的，也不是一种操作系统的，要支持多种操作系统，要面向软件定义汽车的方向发展。
说到操作系统，2003年的AUTOSAR组织就是要解决分层解耦服务的问题，2018年面对智能网联汽车，也开始从CP走到提供AP的版本，AP的版本中有很多相关内容在里面，有支持面向服务的架构，所以可以看到也是多种融合的方式，未来新的版本也是把这两个在协同的。国内的操作系统发展也是跟国际接轨的，也在推进。
我们2019年在工信部的指导下，就开展了面向自动驾驶的中国方案的操作系统的整个参考架构，一起大家形成了共识，发布了1.0的版本，产学研结合。最近9月份刚刚发布了2.0版本，形成了行业共识。基于这个，汽标委也在开展操作系统的标准化研究，也把操作系统分为座舱的、车载的和车控的，这两个都已经去年立了国标，都还在推进过程中。在车控操作系统中分为安全车控，还有自动驾驶，这两类标准已经在推进中了。
在自动驾驶跟安全相关的操作系统中，底层的操作系统来看，我们对比一下，从功能安全、实时性、应用领域来看，开放性、开源的角度来看，目前来说，国内还是缺乏自主可控的开源、开放的满足虚拟化的，并且还需要满足高功能的功能安全等级的、网络安全认证的底层操作系统，类似于替代QNX的操作系统，我们还是缺乏的。所以这个方面我们还需要努力，今天也看到普华基础软件推的开源项目，也是希望联合大家解决底层软件的问题，这是其中一个路径。
操作系统的发展大家未来比较看好基于微内核的方式，但是它的生态还需要建立，还需借鉴Linux生态，和AI融合，因为我们到自动驾驶一定是融合的，往这个方向发展。Linux应用非常广泛，我们对它在底层的增强、功能安全、网络安全这方面的支撑也必须要齐头并进，所以两个路径都应该去推动、发展，也希望通过这个机遇，这个时间窗口，中国能够做出更多的贡献，能够做出优秀的操作系统。
刚才提到2.0，我们9月份也是在协会、学会、工信部的指导下，几十家的产学研相关企业，包括高校一起来形成的2.0参考架构，在我们1.0的基础上经过四年，大家又形成了共识。可以看到，在这个架构里，我们进一步细化了车控操作系统的底层系统软件支撑，包括功能软件，为了面向未来的L3以上3-5年的发展，我们怎么能够形成行业的共识，形成生态。我们在这里可以看到，增加的部分有安全处理单元，还有AI的，甚至到大模型的部分，这部分我们都提到了一些内容。
根据大家的讨论，我们大家形成了未来3-5年要重点做哪些，有什么样的创新需求，我们重点要开展哪些关键技术的突破和一些相关的任务。主要的需求还是在于这个部分一定要不断地分层解耦，要降低整个产业的成本，大家不要重复地去做一些事情，让它更加稳定，特别是底层的内容。另外是互联，因为我们的移动空间要跟各方面互联，这个也要支持多种的形态。还有安全，安全里包括软硬结合的安全，以及融合的安全。我们未来知道自动驾驶里一定有网络安全、数据安全，也有功能安全等，这几个安全能不能融合起来，更好地满足安全的需要。所以这里安全的部分也是全栈式的，一定下沉到芯片一直上去，整个系统形成一体方案，我们希望它更加安全。
大家知道，现在人工智能进入了大模型时代，或者叫做iPhone时代，在我们车里自动驾驶又有很多新的变化和创新，在这方面也需要大家一起努力，进一步利用各种AI大模型的技术，结合自动驾驶场景，还有智能化应用的需求，能够提供更好的。
总结下来，就是在未来我们主要的工作和关键技术突破是这几个方面：
异构计算平台，有各种各样的处理器、GPU、NPU、CPU，还有很多不同的部件，怎么样能够构建出大算力，可以配置，可以重复利用的新型架构，可以复用的组件。另外基于微内核/虚拟化的安全操作系统要突破，还有Linux功能安全和实时性要增强，我们是不是一起把驱动底层的生态体系标准化，因为芯片公司也很多了，让上面的软件移植起来更简单，不要重复做很多工作。还有软件结合的安全、大模型的内容等。
开源是开放共享协同是一种新型的生产力会促进软件发展，在“十四五”期间也列入我们国家总体的纲要里，也要推动开源的建设。操作系统从发展的角度，现在已经进入到数字经济时代的软件定义阶段，在这样一个阶段里，软件定义，操作系统很多创新和应用的中间件要结合起来，基础软件如果要让大家形成共识的话，开源是一个非常好的途径。所以我们可以看到，开源的体系会促进发展。
我们是电子科技大学嵌入软件工程中心，我们长期从事嵌入式实时操作系统和网络安全与数据安全方面的产学研相关的工作。我作为核高基专家负责嵌入式基础软件的发展，我们一起发起了CASA联盟，我们也在这里做了大量工作。2016年开始在网络安全方面成立了TIAA网络安全工作组，在工信部的指导下开展了大量的调研，形成白皮书，推动了第一个汽车网络安全标准的形成。整车网络安全的强标马上要发布了，我们也是牵头单位之一。我们和鹏城实验室一起开展智能网联汽车网络安全攻防演练、人才培养、技术验证等工作，也希望为产业做更多的服务。
在汽车数据方面也做了各种标准和实践的工作，我们还孵化了一个专注智能网联汽车网络安全、数据安全方面的公司为辰信安，欢迎大家有机会到成都交流。我的汇报到这儿，谢谢各位。
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