智能機軟件（下載智能app下載安裝）

我們在《特斯拉系列專題報告（三）：顛覆性創(chuàng)新重塑汽車產業(yè)，零部件廠商破殼重 生》中提到，在特斯拉的引領之下，汽車 E/E 架構、軟件架構、通信架構正全面升 級，傳統(tǒng)汽車產業(yè)鏈正在被顛覆性重塑。此外，《特斯拉系列專題報告（五）：域控 制器—智能汽車的“大腦”》中重點探討了智能汽車中核心增量零部件域控制器的相 關內容。我們認為，當 E/E 架構正由傳統(tǒng)的分布式走向集中化時，原本孤立的 ECU 相互融合為域控制器，并將以此有效減少汽車智能化升級進程中的線束成本、研發(fā) 成本等，加速汽車智能化時代的到來。不過，集中化的 E/E 架構以及域控制器的誕 生僅僅是汽車實現快速智能化升級的硬件基礎。若要完全實現軟件驅動創(chuàng)新、軟件 定義汽車，還需要松耦合、易擴展的車載軟件架構予以持續(xù)賦能。同時，軟件亦是 在智能汽車中可做到差異化最高、邊際開發(fā)成本最低的領域，相比較硬件未來將具 備更大的價值量。因此，本篇我們將重點討論在汽車硬件架構快速升級的基礎下軟 件系統(tǒng)的變革趨勢，挖掘軟件定義汽車時代，車載軟件賽道的投資機遇。

(資料圖片)

1.1、 軟件定義汽車已為產業(yè)界共識，鯰魚效應下車載軟件需求大幅提升

“軟件定義汽車”（Software Define Vehicle）的概念最早于 2007 年 4 月份的 IEEE 會 議論文中被提出，而后于 2016 年被百度自動駕駛事業(yè)部總經理再次提及，隨之這一 概念開始在產業(yè)界廣為流傳，并已逐步成為產業(yè)界對于智能汽車演進方向的共識。 可以看到，近年來在特斯拉的引領下，眾多傳統(tǒng)整車廠正通過成立子公司（沃爾沃、 豐田、上汽、長安、一汽、吉利等）、成立軟件研發(fā)部門（長城、大眾、雷諾日產等）、 與軟件供應商合作（廣汽、寶馬等）三種模式加碼車載軟件領域布局。

而“軟件定義汽車”之所以能夠在現在時點下成為眾多整車廠、傳統(tǒng)供應商及互聯(lián) 網科技公司的共識，究其原因，我們認為主要源自于以下兩方面：

（1）特斯拉率先落地“硬件為流量入口、軟件為收費服務”的模式，鯰魚效應顯著。

特斯拉基于領先的硬件實力（高算力 AI 芯片、集中化 E/E 架構、以太網通信等）， 通過自研 AI 操作系統(tǒng)率先實現“數據采集-訓練學習-部署”的數據閉環(huán)，邁向軟件 開發(fā) 2.0 時代（也即去人力化、以機器學習為主的進化模式）。根據 MIT 學術研究員 Lex Fridman 統(tǒng)計，截至 2020Q1，所有特斯拉已售車型中，95%以上已實現了自動駕 駛相關硬件的預埋。截至 2020 年，預計所有特斯拉已售車型的自動駕駛里程數總和 將超過 51.3 億英里。同時，基于這種數據閉環(huán)，特斯拉早在 2012 年便已在 Model S 上率先實現整車 OTA，從而推動整車廠在產業(yè)鏈的中角色由傳統(tǒng)的汽車生產制造商 （“賣硬件”），升級為綜合性的出行服務供應商（“賣服務”），并且可以為消費者提 供全生命周期的軟件增值服務（“賣軟件”），顛覆性改變了傳統(tǒng)汽車行業(yè)的商業(yè)模式。 根據特斯拉官網數據統(tǒng)計，在 2012-2019 年間特斯拉已完成超過 142 次的 OTA 升級 （潛在問題改善 11 次、全新功能導入 67 次、交互界面邏輯等優(yōu)化 64 次），涉及自 適應巡航、自動緊急剎車系統(tǒng)、360°全景視圖、并道輔助等多項功能，系統(tǒng)版本從 2014 年的 V6.0 已迭代至目前的 V10.0?？傮w而言，特斯拉作為智能汽車的引領者， 其在產業(yè)界的示范效應已不言而喻?；诂F有數據閉環(huán)及軟件架構，特斯拉可實現 快速的軟件迭代升級，進而建立軟件付費模式，進一步打開盈利空間。由此所帶來 的鯰魚效應，促使傳統(tǒng)整車廠加速轉型布局車載軟件領域，軟件定義汽車時代正加 速到來。

（2）軟件才能形成差異化，以軟件驅動創(chuàng)新，邊際開發(fā)成本更低

復盤智能手機發(fā)展路徑來看，隨著屏幕尺寸、攝像頭像素、CPU 性能等硬件競爭的 愈演愈烈，智能手機的硬件體系逐漸固化，各品牌手機硬件同質化嚴重。由此導致 了手機平均更換周期延長（根據 Statista 數據統(tǒng)計，全球手機平均替換周期已由 2013 年的 25.6 個月延長至 2019 年的 33.2 個月）。而對于手機廠商而言，純粹的硬件產品 收入增速也隨著手機替換周期延長、全球手機滲透率達到瓶頸等因素逐步放緩。根 據蘋果公司年報數據統(tǒng)計，其近年來 iphone 產品收入增速已顯著下滑。但相比較而 言，以 App Store 為核心的軟件收入近年來增速持續(xù)保持在 20%以上，并且亦具備更 高的毛利率水平。從長期來看，蘋果軟件收入的背后是強大的 iOS 生態(tài)，根據 2020 年蘋果 WWDC（全球開發(fā)者大會）官方數據統(tǒng)計，蘋果全球應用開發(fā)者數量已經超 過 2300 萬人，具備持續(xù)的更新迭代能力?；乜雌囆袠I(yè)，目前，傳統(tǒng)整車廠及 Tier1 已紛紛開啟智能化轉型，主控芯片的算力軍備競賽已經開始，正如智能手機浪潮伊 始之時，各個廠商爭相提升攝像頭、屏幕以及處理器等配置。而當硬件配置競賽達 到白熱化階段時，軟件層面的競爭則更能體現差異化競爭力。同時，軟件的邊際開 發(fā)成本更低，更易滿足用戶千人千面的需求，且完善的軟件生態(tài)亦可為整車廠樹立 更加牢固的護城河、打造更為差異化的品牌特征，從而反向推動新車的銷量。根據 McKinsey analysis 數據預計，2030 年全球車載軟件市場規(guī)模將有望達到 500 億美元。

1.2、 為真正落地軟件定義汽車理念，智能汽車軟件架構向 SOA 轉型升級

集中化的 E/E 架構是實現軟件定義汽車的硬件基礎，SOA 架構則是實現軟件定義汽 車的軟件基礎。傳統(tǒng)的分布式 E/E 架構下，汽車采用的是“面向信號”的軟件結構， ECU 之間通過 LIN/CAN 等總線進行點對點通信。并且，此時 ECU 的信號收發(fā)關系 和路由信息是靜態(tài)的（已在 ECU 軟件的編譯階段完成預設），如果要新增或升級某 項功能，除了要修改與該信號相關的所有 ECU 軟件外，還需要對總線的網關配置、 節(jié)點的數量等進行修改。因此，在傳統(tǒng)的通信及 ECU 軟件架構設計中，通訊網絡關 注的重點在于各類信號能否準確、高效的在車內進行收發(fā)傳導。而隨著汽車智能化 升級需求的快速增長，傳統(tǒng)通訊網絡及軟件架構設計中擴展性差、升級和移植成本 高等問題逐漸凸顯，例如若想新增某項軟件應用或服務，仍需要從頭建立一個新的 基礎軟件環(huán)境。因此，為解決以上問題，汽車行業(yè)借鑒 IT 行業(yè)發(fā)展經驗，提出 SOA （面向服務）軟件架構。

軟件架構設計的理念，其核心思想是將每個控制器的底層功能以“服務”的形式進 行封裝，一個服務即是一個獨立可執(zhí)行的軟件組件，并對其賦予特定的 IP 地址和標 準化的接口以便隨時調用，最終通過對這些底層功能的自由組合，以實現某項復雜 的智能化功能。我們以新增 Model X“跳舞”功能的方式為例，具體說明 SOA 軟件 架構的優(yōu)勢所在：“跳舞”功能的實現包含音樂、車身、前后運動等多方面，與之對 應的是座艙、車身、底盤中的多個控制器，若在傳統(tǒng)軟件架構下實現該功能，則需 要對與該功能鏈路上所有相關的控制器軟件進行重新編譯，并通過 LIN/CAN 總線實 現信號的傳遞。而在 SOA 軟件架構下，我們可將各個控制器所能貢獻的部分抽象為 一種“服務”，如“燈光控制服務”、“語音交互服務”等，然后僅需要對“跳舞”APP 進行編寫，對以上基礎服務予以調用，即可實現這一功能。

SOA 軟件架構下的底層軟件具備接口標準化、相互獨立、松耦合三大特點。在 SOA 軟件架構之下，各個“服務”（底層軟件）具有以下三個特點：

（1）標準化：各個“服 務”間具有界定清晰的功能范圍，并且留予標準化的訪問接口（由第三方代碼編碼 而成），以便于其他控制器在進行功能變更或升級時進行訂閱。

（2）相互獨立：每個 服務之間相互獨立且唯一，均屬于汽車軟件架構中的基礎軟件，因此若想升級或新 增某項功能只需通過標準化的接口進行調用即可。

（3）松耦合：底層軟件獨立于車 型、硬件平臺、操作系統(tǒng)以及編程語言?？梢詫鹘y(tǒng)中間件編程從業(yè)務邏輯分離， 允許開發(fā)人員集中精力編寫上層的應用算法，而不必將大量的時間花費在更為底層 的技術實現上。

總體而言，SOA 架構的本質是將原本相互分散的 ECU 及其對應的基礎軟件功能模 塊化、標準化，將各個應用區(qū)域相互解耦，重新部署為分層式的軟件架構，汽車可 在不增加或更換硬件的條件下通過不同的軟件配置為駕駛員提供不同的服務，從而 實現千人千面。以上汽零束 SOA 軟件架構為例，將實現“T+0+1+7”的迭代速度， 也即在新的應用場景可于“T+0”快速上線；新的輕應用可于“T+1”快速上線；新 的 APP 則可在“T+7”時快速上線。并且基于標準化的服務接口，開發(fā)過程的參與 者將不再局限于整車廠，還將包括第三方應用廠商甚至個人開發(fā)者，最終旨在構建 類似于智能手機上 iOS/安卓的開發(fā)平臺。目前，歐洲主要車廠，如寶馬、大眾、戴 姆勒等采用 AP AUTOSAR 統(tǒng)一標準來構建 SOA 基礎軟件平臺；而國內車廠在紛紛 成立軟件中心的同時亦建立 AUTOSEMO 聯(lián)盟，構建國內本地化的軟件開發(fā)標準。

此外，亦有華為、特斯拉基于 Linux 系統(tǒng)自建分層、模塊化基礎軟件平臺。

2、 短期看系統(tǒng)及功能軟件舉足輕重，長期看應用層價值更大

在 SOA 軟件架構設計理念之下，汽車軟件架構走向分層化、模塊化，使得應用層功 能夠在不同車型、硬件平臺、操作系統(tǒng)上復用，并且可以通過標準化接口對應用功 能進行快速迭代升級。進一步來看，軟件架構按層級自下而上大致可分為系統(tǒng)軟件 （虛擬機、系統(tǒng)內核、中間件）、功能軟件以及應用程序層三部分。短期來看，若想 真正在汽車上落地 SOA 軟件架構，虛擬機技術、系統(tǒng)內核及中間件等系統(tǒng)軟件將至 關重要；長期來看，在 SOA 架構構建成熟后，豐富的應用生態(tài)具備更大的價值空間。

2.1、 系統(tǒng)軟件：操作系統(tǒng)的基石，支撐上層軟件運行的載體

在智能汽車的嵌入式操作系統(tǒng)中，系統(tǒng)軟件是最為基礎的部分，通常包括系統(tǒng)內核、 中間件、虛擬機三大部分。同時，通過系統(tǒng)軟件平臺集成虛擬機、系統(tǒng)內核、中間件等組件，可為上層功能軟件提供一個穩(wěn)定、高效、安全的運行環(huán)境，以及與硬件 無關的應用開發(fā)接口。

2.1.1、 虛擬機：構建智能計算平臺操作系統(tǒng)的第一步

虛擬機技術的引入是實現軟件定義汽車的第一步。汽車從硬件角度來看，智能汽車 中無論是 E/E 架構還是主控芯片，都存在顯著的集中化趨勢，其中 E/E 架構由分布 式走向域集中，主控芯片由單一的 CPU 走向包含 AI 單元的 SOC 芯片。而在硬件資 源集中化的背景下，傳統(tǒng)的基于總線和網關的物理保護屏障被打破，使得不同安全 等級的應用不得不共享同一個計算平臺。此時，可保障各類應用系統(tǒng)具備一定隔離 性的虛擬機（Hypervisor）技術，將成為實現高性能智能駕駛操作系統(tǒng)的關鍵。舉例 來看，在座艙域控制器中，由于產品屬性的不同，需要運行不同類別的操作系統(tǒng)， 比如 QNX 負責安全要求等級較高的儀表、安卓則用于更強調應用生態(tài)的信息娛樂系 統(tǒng)。通過 Hypervisor 技術可以將以上不同的操作系統(tǒng)運行在同一個主控芯片之上。 如此以來，智能汽車中的硬件資源和軟件資源可以根據終端產品需求的不同，靈活 的在各類操作系統(tǒng)中給予分配，從而更好的發(fā)揮芯片性能、降低硬件成本。

當前可提供車規(guī)級 Hypervisor 技術的廠商較少，QNX 憑借高安全等級占據市場主 導地位。從競爭格局來看，由于車載虛擬機技術要求安全等級較高（需通過 ASIL D 級安全認證），因此僅少數的頭部廠商可提供該產品，市場份額高度集中。目前，產 業(yè)內主要的虛擬機技術包括黑莓的 QNX Hypervisor、瑞薩的 COQOS Hypervisor、英 特爾的ACRN、大陸集團的L4RE等。其中，QNX Hypervisor 2.0是全球首款通過 ASIL D 安全認證的商用虛擬機，能夠支持在單一芯片上運行 QNX Neutrino、Linux 以及 Android 等多個操作系統(tǒng)，已廣泛被國內外整車廠及 Tier1 采用。

2.1.2、 系統(tǒng)內核：汽車軟件架構的核心，競爭格局高度穩(wěn)定

內核是系統(tǒng)軟件中最核心的部分，是軟件架構中直接且唯一可對接硬件資源的部分。操作系統(tǒng)通過采用輸入輸出語句控制下層硬件，并將硬件控制命令集成于內核的庫 函數——系統(tǒng)調用（System Calls），上層應用程序通過訪問系統(tǒng)內核進而調用硬件資 源。以“駕駛員通過與車內液晶屏幕交互使得汽車自動打開天窗”為例，需要經歷 下面的幾個流程：

（1）通過 HMI（Human Machine Interface，人機交互）層。將駕駛 員的生理信號通過液晶屏幕進行壓力觸碰識別，轉換為電輸入信號。

（2）通過應用 程序層。由電輸入信號啟動與壓力觸碰相對應的應用程序。

（3）通過中間件層。應 用程序向下需要首先經過中間件，需要向中間件獲得相應的計算資源和網絡通信來 繼續(xù)向下傳遞信號。

（4）進入系統(tǒng)內核。當信號傳入內核中，內核會根據輸入信號 的強弱（即中間層分配的計算資源和網絡通信大小）為該應用程序規(guī)劃并調度相應 的機械單元完成目標操作?？傮w來說，內核在整個流程中起到調度硬件、協(xié)調實施 的重要作用。

進一步來看，系統(tǒng)內核具備較高的技術壁壘，QNX 和 Linux 市場份額占據 90%以 上，競爭格局穩(wěn)定。系統(tǒng)內核具體可分為微內核、宏內核及混合內核三種：

（1）微 內核是系統(tǒng)內核的一種精簡形式。通常而言，系統(tǒng)服務層和內核集成在一起，而微 內核將系統(tǒng)服務層分離出來，變成可以根據需求加入的選件，由此可以提供更好的 可擴展性和更加有效的應用環(huán)境。微內核具有代碼量和漏洞少、可擴展性高的優(yōu)點， 但內核與服務層間的頻繁通信會降低系統(tǒng)整體性能。根據思邁汽車信息咨詢公司 2019 年的相關數據，QNX Neutrino 微內核在車控操作系統(tǒng)/車載操作系統(tǒng)中市占率分 別為 90%/50%以上，截至 2020 年 6 月已搭載于超 1.75 億車輛，具備壟斷地位。

（2） 宏內核同樣管理著用戶程序和硬件之間的系統(tǒng)資源，但是在宏內核架構中，用戶服務和內核服務在同一空間中實現。具體而言，內核可以代表內核進程運行代碼，即 內核進程；當用戶進程經過系統(tǒng)調用或者中斷進入到內核態(tài)時，內核也可以代表它 運行代碼。因此，宏內核需要管理的資源多于微內核，其大小相對微內核更大一些。 性能高的同時也帶來了維護困難的缺點。Linux 和 WinCE 為宏內核產品，同時由于 Linux 開源從而更易擴展應用生態(tài)，因此常用于車載信息娛樂系統(tǒng)之中。

（3）混合內 核包含了兩個或兩個以上的內核，是華為等研發(fā)能力較強企業(yè)由宏內核向微內核發(fā) 展的過渡方案。2019 年發(fā)布的鴻蒙 OS 1.0 采用了混合內核結構，即同時搭載了 Linux 內核、自研的鴻蒙微內核和 Lite OS 作為當前的技術過渡方案。由于系統(tǒng)內核開發(fā)難 度最大，且安全性要求最高，因此少有廠商涉足該領域，競爭格局亦最為穩(wěn)定。根 據 IHS Automotive 數據統(tǒng)計，系統(tǒng)內核目前主要以 QNX 和開源的 Linux 為主，兩者 合計市占率已近 90%（包含車機和車控兩類）。

2.1.3、 中間件：實現軟硬件解耦關鍵環(huán)節(jié)，海內外 Tier1 加碼中間件研發(fā)

中間件是一類提供系統(tǒng)軟件和應用軟件之間連接、便于軟件各部件之間溝通的軟件， 應用軟件可以借助中間件在不同的技術架構之間共享信息與資源，根據功能領域的 不同具體可分為通信中間件、數據存儲中間件、安全中間件等多種。中間件位于客 戶機服務器的操作系統(tǒng)之上，管理客戶機與系統(tǒng)軟件之間的計算資源和網絡通信。

通過對底層軟件模塊的封裝和接口標準化，可以將硬件功能抽象化并將其通過標準 化接口提供給上層軟件開發(fā)者，實現軟硬件分離。同時推動跨平臺開發(fā)，減少設計 的復雜性，從而消除了多次重新開發(fā)相同軟件的問題。目前，應用在汽車領域的中 間件主要包括 AUTOSAR、OSEK、QNX 等，滿足最高等級的功能安全需求，其中 AUTOSAR 由于其應用的廣泛性、方法論的成熟性，擁有最廣泛的開發(fā)生態(tài)，且已 有 EB、VECTOR、ETAS、東軟睿馳、華為等多家軟件供應商可基于 AUTOSAR 架 構提供具有差異化的中間件解決方案。

從 CP AUTOSAR 到 AP AUTOSAR，助力整車廠構建 SOA 軟件架構

AUTOSAR 是汽車行業(yè)內最著名的中間件方案，由眾多整車廠與供應商聯(lián)合制定， 其核心在于對各個軟件接口進行標準化定義。2003 年，整車廠與供應商為降低汽車 電子系統(tǒng)軟件的開發(fā)成本、同時更加便捷有效的對其進行管理，共同建立了汽車開 放系統(tǒng)架構（AUTOSAR）。AUTOSAR 架構中對各功能模塊進行了封裝，并對模塊 與模塊之間的接口進行了標準化，從而實現了汽車軟件與硬件的解耦。以經典 AUTOSAR 為例，AUTOSAR 平臺運行于微處理器（MCU）之上，并將汽車的軟件 架構抽象為基礎軟件層、運行環(huán)境層以及應用軟件層三部分：

（1）基礎軟件層（BSW） 包括微控制器抽象層、ECU 抽象層、服務層、復雜設備驅動層四部分，是將硬件“軟 化”的第一步。其主要作用是將各類標準化的基礎軟件服務功能封裝起來供應用層 調用（本身并不參加實際工作），包括系統(tǒng)服務、內存服務、通信服務等。

（2）運行 環(huán)境層（RTE）是 AUTOSAR 系統(tǒng)的核心樞紐，其通過標準化的接口（分為標準化 接口、AUTOSAR 接口、標準化的 AUTOSAR 接口三類）將上層應用軟件與基礎軟 件層進行連接，使得應用層可以通過 RTE 的接口函數來調用基礎軟件服務。

（3）應 用軟件層則是負責實現汽車中各類具體功能。

經典 AUTOSAR 是以“面向信號”軟件架構為背景下的產物，當軟件架構邁向 SOA 時，AP AUTOSAR 將開始被廣泛應用。在傳統(tǒng)“面向信號”的軟件架構中，CP AUTOSAR 的引入雖然可以有效解決應用程序與底層軟件強耦合的問題，降低應用 程序的開發(fā)成本，但各個 ECU 的信號收發(fā)關系和路由信息已在 ECU 軟件的編譯階 段完成預設，后期難以大幅修改、批量升級。因此，在 SOA 軟件架構理念下， AUTOSAR 于 2017 年提出 AP AUTOSAR 平臺，平臺由根據服務和 AP AUTOSAR 基 礎分組的多個功能棧組成。相比較 CP AUTOSAR，AP AUTOSAR 具備可靈活在線升 級、硬件資源連接虛擬化（不局限于線束的連接關系、可通過互聯(lián)網連接），支持高 性能計算等優(yōu)勢，更適用于功能需求快速迭代的智能駕駛時代。

龍頭企業(yè)加碼中間件研發(fā)，打造從硬件至基礎軟件的完整解決方案

中間件作為一種基礎軟件，其關鍵在于能否通過制定一套可行的架構和標準的開發(fā) 方法論，把汽車軟件開發(fā)人員從大量重復的研發(fā)工作中解放出來。因此，產業(yè)鏈對 其的認可程度將決定其能否獲存活，例如 AUTOSAR 標準之所以可以得到廣泛應用， 得益于其在全球擁有超過 284 個會員（截至 2020 年 5 月），核心成員包括寶馬、博 世、德國大陸、戴姆勒等全球龍頭整車廠及 Tier1。歷史上來看，經典 AUTOSAR 標 準下的開發(fā)工具鏈及基礎軟件幾乎被海外 Tier1 所壟斷，包括 EB（Continental 子公 司）、ETAS（Bosch 子公司）、VECTOR 等。而隨著汽車產業(yè)的智能化轉型升級，AP AUTOSAR 逐漸登上歷史舞臺，各個傳統(tǒng) Tier1 及科技公司亦相繼發(fā)布新一代中間件 解決方案。例如，2020 年 7 月，博世推出針對高級自動駕駛應用的中間件 Iceoryx， 兼容 ROS2 和 AP AUTOSAR 的接口，滿足不同開發(fā)階段的需求。2020 年 12 月，采 埃孚發(fā)布中間件 ZF Middleware，提供可以集成到整車制造商軟件平臺的模塊化解決 方案，將于 2024 年搭載在量產車輛上。國內方面，此前行業(yè)內汽車基礎軟件架構標 準及產業(yè)生態(tài)整體較為落后，而在產業(yè)智能化轉型升級的趨勢下，部分國內廠商緊 抓 AP AUTOSAR 應用趨勢，相繼邁向中間件及其工具鏈的研發(fā)。例如，華為發(fā)布的 智能駕駛域控制器MDC及支持和兼容AP AUTOSAR架構，東軟睿馳基于AUTOSAR 標準所定制化開發(fā)的基礎軟件 NeuSAR 等?？梢钥吹?，海內外 Tier1 在中控儀表、域 控制器、攝像頭等硬件領域相繼進行智能化轉型升級的同時，亦開始滲透底層基礎 軟件的開發(fā)，從而打造可提供從硬件到基礎軟件完整解決方案的能力，進一步助力 降低整車廠研發(fā)成本，加快新產品落地。

2.2、 功能軟件：將共性需求軟件化、模塊化，助力應用程序快速部署

由于智能駕駛涵蓋多種跨行業(yè)技術，在軟件層面具備較高的復雜性，單一廠商很難在系統(tǒng)軟件之上完成端到端的設計，因此只有實現功能軟件化、模塊化、標準化， 使得產業(yè)鏈各方力量各抒己長（例如算法公司專注于感知或規(guī)控等算法、Tier1 亦可 專注自己擅長的模塊），整車廠才能根據功能軟件框架進行集成、靈活配置，從而推 動智能網聯(lián)產品快速落地。功能軟件目前的整體集成由整車廠主導，而各個功能模 塊的研發(fā)由軟件供應商與整車廠合作完成，其中主要包含自動駕駛通用框架模塊、 傳感器抽象功能模塊、感知融合功能模塊、預測功能模塊、定位功能模塊等。我們 以感知融合功能模塊為例，進一步來說明此類功能軟件的作用：在日常的車輛運行 過程中，周圍的交通環(huán)境會因為天氣、擁堵程度等不可控因素而變得十分復雜，因 此僅靠單一的傳感器難以適應全工況、全天候的環(huán)境感知，此時就需要不同特性的 傳感器相互配合，從而提升感知的性能和可靠性。而感知融合功能模塊便是將各類 不同特性的傳感器的測量結果（包括車輛狀態(tài)、車輛模型等）抽象化后，完成在數 字世界中對環(huán)境模型的構建，最終輸出至自動駕駛預測和決策模塊?？傮w而言，功 能軟件對智能駕駛中的一些共性需求進行有效抽象，并將其軟件化、模塊化、標準 化，結合系統(tǒng)軟件共同構建完整的操作系統(tǒng)，并且配合成熟的工具鏈使得整車廠可 以快速實現智能駕駛應用功能的部署。

2.3、 應用程序：持續(xù)更新迭代，差異化競爭的焦點

應用程序是基于操作系統(tǒng)之上獨立開發(fā)的軟件程序，亦是各汽車品牌差異化競爭的焦點。應用算法差異化不僅涵蓋智能座艙（車載信息娛樂系統(tǒng) IVI、車聯(lián)網、人機 交互、中控系統(tǒng)、ADAS、智能座椅等），也包括智能駕駛（L1~L5 級智能駕駛等級） 領域。同時伴隨著云端軟件復雜性的提高，車載網絡信息安全(檢測與防衛(wèi)遠程攻擊) 也將逐步成為未來應用算法的關注焦點。

2.3.1、 OTA 空中升級模式普及，云端更新持續(xù)創(chuàng)造價值

OTA（Over-The-Air Technology，空中下載技術）指通過車端與云端通信升級車內 系統(tǒng)，是車企從靜態(tài)出售硬件到動態(tài)服務創(chuàng)收的戰(zhàn)略轉型所依賴的重要技術，也成 為了車企差異化競爭的重要賽道。OTA 升級創(chuàng)新了車企的產銷模式，大大縮短了研 發(fā)和交付周期，車企可通過添加軟件補丁和解鎖預埋硬件功能在智能汽車全生命周期內持續(xù)創(chuàng)造價值。根據美國科技媒體 Electrek 統(tǒng)計，截至 2019 年特斯拉已通過出 售 FSD 套件實現收入超過 10 億美元。具體來看，以特斯拉為例，OTA 升級流程包 括三步：

（1）由軟件供應商生成更新包傳輸給云端服務器。

（2）由車輛網聯(lián)模塊接 收并下載更新包。

（3）由網關/OTA Manager 調用并向車載 ECU 分配更新包。據此， 可將 OTA 分類為 SOTA（Software-Over-The-Air）和 FOTA（Firmware-Over-The-Air）：

（1）FOTA 可以實現大多數核心 ECU 層面的升級，包括更改電池、電機、發(fā)動機、 變速箱等控制件以改善續(xù)航能力和加速性能，比如 Model 3 通過 OTA 將百里加速時 間由 4.6 秒提升為 4.1 秒。FOTA 過程需要壓縮更新包于待升級的嵌入式設備中，同 時需要借助算法提升更新效率，因而對底層固件開放權限和差分算法要求較高，目 前僅有特斯拉、蔚來等少數車廠能夠實現 FOTA。

（2）SOTA 僅實現應用軟件層面的 升級，大部分車企已具備 SOTA 技術。

2.3.2、 云端安全問題初現端倪，軟件信息安全領域未來市場開闊

“軟件定義汽車”不僅體現在開發(fā)端代碼量的指數式增長，云端軟件復雜性的提高 還給聯(lián)網車輛帶來了許多難以追蹤的新型信息安全風險。在傳統(tǒng)汽車的 E/E 架構下， 程序員通過在 ECU 中獨立嵌入預先設置好的代碼來滿足功能需求，而在新一代汽車 的 SOA 架構下，越來越多的應用層接入云端，使得車載網絡在以前獨立的電子領域 （例如信息娛樂，ADAS 和動力總成）之間建立連接。這些連接為通過汽車傳播的 新型網絡攻擊提供了渠道，由于可以利用一個系統(tǒng)中的軟件漏洞來提供對其他系統(tǒng) 的訪問，跨車輛研究不同軟件堆棧的開發(fā)人員很少協(xié)調修復系統(tǒng)安全漏洞。且由于 軟件功能品類繁多，跨模塊的更新很困難，并且潛在“攻擊面”的數量會隨著所連 接的自動駕駛系統(tǒng)數量增加而遞增。根據 Upstream Security 發(fā)布的 2020 年《汽車網 絡安全報告》顯示，自2016年至2020年1月，汽車網絡安全事件的數量增長了605%。

具體來看，在軟件信息安全領域，以騰訊和 360 公司為代表的老牌互聯(lián)網公司憑借 著強大的 IT 網絡安全技術優(yōu)勢，對以特斯拉為代表的智能網聯(lián)汽車開展了大量研究。常用的車聯(lián)網攻擊程序滲透路徑可歸納為：

（1）接入系統(tǒng)。即通過車內開放式的網 絡連接端口接入車載服務電子系統(tǒng)，進而采用傳統(tǒng)分析方法找出應用服務中的安全 漏洞，獲取多個車載系統(tǒng)權限。

（2）避開檢測。由于各自獨立的 ECU 間通過 CAN 總線相連，獲得 CAN 總線的權限即代表掌握了車體控制電子系統(tǒng)的命脈。所以其往 往采用技術手段繞過部分 ECU 的固件完整性檢測機制，刷新相應固件來獲得向 CAN 總線讀寫數據的能力。

（3）實施控制。最終通過將偽造的數據包注入到 CAN 總線， 實現在駐車模式或行駛模式下對汽車的遠程無物理接觸式控制。總體來看，隨著汽 車智能網聯(lián)化進程的加速，軟件功能的問題引發(fā)大規(guī)模的產品召回，直接導致客戶 安全風險增加，對整車廠造成生產延期、預算超支等不良影響。為此，車載信息安 全行業(yè)需求漸起，軟件信息安全領域的進步正為智能網聯(lián)汽車的發(fā)展提供強有力的 支持。

3、 軟件定義汽車時代，多方勢力角逐操作系統(tǒng)

軟件定義汽車時代，操作系統(tǒng)將是智能網聯(lián)汽車競爭的焦點。我們從技術角度和產 品角度兩個維度去定義操作系統(tǒng)類型。從技術角度來看，車載操作系統(tǒng)可分為實時 操作系統(tǒng)和非實時操作系統(tǒng)。分別來看，所謂實時操作系統(tǒng)，是指系統(tǒng)接收到輸入 信號后，能夠在短時間內處理完畢并予以反饋，并且其處理任務的（最遲）完成時 間是確定可知的，具備較高的安全性與可靠性。因此實時操作系統(tǒng)往往應用于車控 領域，包含傳統(tǒng)的車輛動力、底盤、車身以及新興的自動駕駛等。非實時操作系統(tǒng) 則廣泛應用于座艙娛樂等領域，更加注重兼容性與開發(fā)生態(tài)。從產品角度來看，車 載操作系統(tǒng)可分為面向整車廠和面向消費者的兩類。其中，面向整車廠的操作系統(tǒng) 多被用于二次開發(fā)或消費者無法直接交互感知的領域，因此其自身并不具備品牌效 應。面向消費者的操作系統(tǒng)，以市場產品化為目的和檢驗標準，具備一定的品牌溢 價，大多數廠商是基于 Linux 內核裁剪和配置，然后加上自己設計的 UI 而成。整體 來看，以上兩種對車載操作系統(tǒng)的定義相互交叉，面向整車廠的實時性操作系統(tǒng)包 括 QNX、RT-Linux、VxWorks 等；面向整車廠的非實時性操作系統(tǒng)主要為 Android、 AGL 等。面向消費者的實時性操作系統(tǒng)包括特斯拉 Version、百度 Apollo、華為鴻蒙 OS 等；而面向消費者的非實時性操作系統(tǒng)則包括小鵬 Xmart.OS、阿里 Ali.OS 等。

3.1、 面向整車廠的實時性操作系統(tǒng)：QNX、RT-Linux 等

3.1.1、 QNX：世界首款通過車規(guī)級安全認證的操作系統(tǒng)，核心優(yōu)勢在于高安全性

QNX 是世界上第一款通過 ISO 26262 ASIL 級安全認證的車載操作系統(tǒng)，母公司黑莓 所擁有的 80+項安全認證和數千項安全相關專利將為其安全性持續(xù)賦能。從技術端來 看，QNX 采取微核心架構，操作系統(tǒng)中的多數功能均以許多小型 Task 來執(zhí)行，這樣 的架構使得用戶和開發(fā)者可以關閉不需要的功能而不需要改變操作系統(tǒng)本身。得益 于這種執(zhí)行模式，QNX 系統(tǒng)中的各項功能與應用能在不影響互相間穩(wěn)定性的前提下 整合運算資源，在高安全性的同時保障其運算效率。從產品端來看，公司產品覆蓋 基礎系統(tǒng)軟件（QNX Neutrino RTOS、QNX Hypervisor、QNX SDP）、安全認證產品 （QNX OS for Safety 等）、安全解決方案（BlackBerry Jarvis、BlackBerry QNX OTA 等）、中間件（聲學管理、ADAS 等）四大領域。同時，為確保軟件的安全性，QNX 開發(fā)生態(tài)較為封閉，黑莓是 QNX 的唯一開發(fā)者，其他廠商在使用時需支付版權費用。 根據黑莓公司官網數據統(tǒng)計，截至 2020 年 6 月底，全球已有超過 1.75 億輛汽車已搭 載 QNX 系統(tǒng)，車用市場占有率達 75%。德爾福、大陸、電裝等 Tier1 的基礎軟件層 都是在 QNX 系統(tǒng)上搭建的，而其合作伙伴既包括小鵬、威馬等新勢力車企，也包括 寶馬、奧迪、保時捷、大眾、福特、通用等傳統(tǒng) OEM。

3.1.2、 Linux：優(yōu)化后用于 RTOS，核心優(yōu)勢在于靈活的開發(fā)度

Linux 操作系統(tǒng)誕生于 1991 年，由于其完全開源的特性，在過去的三十年中，全球 的軟件工程師都在為 Linux 體系不斷貢獻代碼，讓其更加完善。而高效、靈活的特 性亦使得其被廣泛使用在平板電腦、交換機、路由器、視頻游戲控制臺、臺式計算 機、掌機游戲、大型機和超級計算機等產品上面。相比較 QNX，Linux 的特點在于 免費開源，并且給予用戶更大的靈活性、更多的應用場景、更為豐富的軟件庫選擇。 同時，可通過對內核的進程調度、中斷服務程序等代碼進行修改與優(yōu)化，提高系統(tǒng) 的實時性能，具體改進方案包括直接修改內核法（如 Kurt-Linux、Ingo's RT patch 等） 和雙內核法（RT-Linux）。目前，許多廠商是基于 Linux 內核進行裁剪和配置，然后 加上自己設計的 UI，作為車載操作系統(tǒng)。典型的包括特斯拉 Version、華為鴻蒙 OS、 阿里 AliOS 等。此外，德賽西威目前量產的車載信息娛樂系統(tǒng)和虛擬儀表的操作系 統(tǒng)大部分也是基于 Linux 平臺開發(fā)的。

3.2、 面向整車廠的非實時性操作系統(tǒng)：AGL、Android

3.2.1、 AGL:基于 Linux 的開源車載操作系統(tǒng)

Linux 基金會針對汽車領域成立 AGL 聯(lián)盟，該系統(tǒng)可提供 70%~80%的現成平臺。 Linux 基金會于 2014 年針對車載信息娛樂領域發(fā)布了 AGL（Automotive Grade Linux） 操作系統(tǒng)。與安卓系統(tǒng)類似，AGL 的主要優(yōu)勢之一是它的統(tǒng)一代碼庫（UCB），它 基于 Tizen 和 GENIVI Alliance 另外兩個汽車開源項目，從底層開始開發(fā)，一直到特 定的汽車應用軟件，可提供 70%到 80%的現成平臺，這使得汽車制造商和供應商能 夠將他們的資源集中在定制其他的 20-30％，以滿足他們獨特的客戶需求。目前，AGL 聯(lián)盟成員已超過 150 個，其中 11 個是汽車制造商（包括豐田、本田、馬自達、日產、 大眾等）主要應用領域仍集中于信息娛樂系統(tǒng)。

3.2.2、 Android：兼容性與應用生態(tài)優(yōu)勢顯著

Android 是基于 Linux 內核開發(fā)的操作系統(tǒng)，被稱為“類 Linux 系統(tǒng)”，在兼容性與 應用生態(tài)方面具備較強競爭力。2014 年，Google 聯(lián)合一些車企與科技企業(yè)組成 OAA 聯(lián)盟，旨在將 Android 操作系統(tǒng)引入汽車領域，Android Auto 同年作為該聯(lián)盟第一個 應用成果正式發(fā)布。2019年，Google為抗衡傳統(tǒng)車載聯(lián)盟推出了Android-Automotive， 目的是獲得新的流量入口，將 Google 在機器學習方面的技術優(yōu)勢結合到汽車上來， 形成其在自動駕駛方面的主導地位，卡位未來交通。

Android Auto 是專門為駕駛環(huán)境而設計的安卓版車機互聯(lián)方案，可讓用戶將智能手機連接到兼容的車輛上，以便直接在控制臺上顯示針對駕駛員進行了優(yōu)化的應用版本。 目前奧迪、凱迪拉克、沃爾沃等超過 50 家汽車制造商宣布支持 Android Auto。

Android Automotive 是一個支持信息娛樂系統(tǒng)開發(fā)的全棧、開源、高度可定制的平臺。 配備該操作系統(tǒng)的車輛，信息娛樂系統(tǒng)完全基于 Android 的專用版本構建，不需要手 機的參與，將直接集成至車輛。與 Android Auto 不同，Android Automotive 可以控制 車輛的諸多功能，如空調，暖氣，加熱座椅和音頻功能等，此時汽車與智能手機一 樣，是一個獨立的設備。使用 Google 帳戶登錄汽車的操作系統(tǒng)后，可以根據用戶自 定義的方式加載應用程序和屏幕，為用戶量身定制駕駛體驗。2020 年，通用汽車宣 布將從 2021 年開始搭載 Android Automotive OS。沃爾沃旗下 Polestar 2 是首款通過 Android Automotive 進入市場的汽車，駕駛員可以通過中央屏幕控制車輛的所有功能， 還可以訪問許多可以增強駕駛體驗的應用程序。未來，隨著 Android 大型開發(fā)社區(qū)中 汽車信息娛樂系統(tǒng)的快速迭代和開發(fā)，Android Automotive 在汽車信息與系統(tǒng)方面的 優(yōu)勢有望逐步凸顯。

3.3、 面向消費者的實時性操作系統(tǒng)：百度 Apollo、華為鴻蒙 OS 等

3.3.1、 特斯拉 Version：基于 Linux 內核深度定制化改造

特斯拉的操作系統(tǒng) Version 基于 Linux 內核深度改造而成。特斯拉系統(tǒng)平臺采用 Linux4.4 開源操作系統(tǒng)，支持 PyTorch 的深度學習編程框架，基于 Kafka 開源流 實時數據處理平臺，可支持信息娛樂系統(tǒng)（IVI）和駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）等。同 時，Linux 開源自由的特點可以讓特斯拉避免受制于操作系統(tǒng)廠商，特斯拉可通過 OTA 快速進行問題修正與軟件升級，從而提升用戶體驗。自 2014 年首次在 Model S 上使用 Version 6 以來， 特斯拉已通過 OTA 技術對其操作系統(tǒng)進行了多次重大 升級，涉及自適應巡航、自動緊急剎車系統(tǒng)、360°全景視圖、并道輔助等多項功能， 系統(tǒng)版本從 2014 年的 V6.0 已迭代至目前的 V10.0。

3.3.2、 華為鴻蒙 OS：自主研發(fā)鴻蒙微內核，多域覆蓋提供全棧式解決方案

華為智能汽車軟件解決方案包括三個操作系統(tǒng)+一個跨域集成軟件框架。

（1）鴻蒙座 艙操作系統(tǒng) HOS：華為針對汽車座艙的使用場景、上層應用軟件和底層硬件對接的 需求，進行了定制化開發(fā)，打造了鴻蒙座艙操作系統(tǒng) HOS。整體來看，鴻蒙座艙操 作系統(tǒng) HOS 采用雙內核方案，針對于安全功能等級較高的儀表領域采用鴻蒙微內核 （具備實時性）；而在對軟件生態(tài)要求較高的 IVI 領域，則采用基于 Linux 改造的宏 內核。此外，在功能軟件層面，華為基于語音交互、視覺、聲音分區(qū)、音箱音響、 觸控共五大核心功能開發(fā)了融合感知模塊，并通過標準化的 API 開放給主機廠、Tier1 等，使其可以進行定制化開發(fā)，共同構建應用生態(tài)。

（2）智能駕駛操作系統(tǒng) AOS： 針對智能駕駛打造的實時操作，目前已通過 ASIL-D 等安全認證，成為業(yè)界首個獲得 Security & Safety 雙高認證的商用 OS 內核。

（3）智能車控操作系統(tǒng) VOS：該系統(tǒng)原 生支持異構多核，模型化工具鏈，兼容 AUTOSAR?？梢允沟迷瓉矶?ECU 的集中開 發(fā)變得簡單高效。同時，該系統(tǒng)相比于現有的車控系統(tǒng)將更加開放，不僅支持華為 自己的微處理器芯片，而且會支持世界范圍內包括恩智浦、英飛凌在內的眾多芯片。

（4）華為 Vehicle Stack：是面向服務（SOA）的跨域集成軟件框架，相當于歐洲傳 統(tǒng)車企聯(lián)盟所創(chuàng)造的 AUTOSAR。在此軟件架構之下，可以各個操作系統(tǒng)之間互聯(lián) 互通，使能整車特性快速開發(fā)、驗證、部署，同時還支持豐富的自動化工具鏈，車 型開發(fā)周期可縮短 6－8 個月。

3.3.3、 百度 Apollo：基于 ROS 深度定制內核，打造開源的自動駕駛軟件開發(fā)平臺

2017 年，百度發(fā)布“阿波羅計劃”及 Apollo 1.0，定位為自動駕駛軟件的開源平臺。該 平臺結合多種開發(fā)工具，包括數據、API 和開源代碼等，開發(fā)者可以免費使用這些 工具將自動駕駛產品推向市場。2018 年 7 月，在百度 AI 開發(fā)者大會上，百度發(fā)布 Apollo3.0 及小度車載 OS，并首次發(fā)布了車載語義開放平臺。2019 年 12 月，在首屆 百度 Apollo 生態(tài)大會上，百度推出了 Apollo 5.5 版本，同時支持點對點城市自動駕 駛，并將自動駕駛平臺擴展為自動駕駛、車路協(xié)同、智能車聯(lián)三大開源平臺。2020 年，百度發(fā)布 Apollo 6.0 邁向無人駕駛領域。其中，Apollo 實時操作系統(tǒng)是 Ubuntu Linux 操作系統(tǒng)與 Apollo 內核相結合的成果。其中，ubuntu 是業(yè)內頂級 Linux 發(fā)行版 之一，也是流行的云操作系統(tǒng)；Apollo 內核是基于 ROS 進行改進而成。原始的 Ubuntu 系統(tǒng)并非實時操作系統(tǒng)，通過加入 Apollo 自主設計的內核，使其成為實時性操作系 統(tǒng)。類似于谷歌在移動領域中推出的 Android 開源項目，整個 Apollo 平臺旨在車載 領域中為第三方提供更為便捷的開發(fā)環(huán)境。2021 年 1 月 11 日，百度宣布組建智能汽 車公司，以整車制造商的身份與吉利汽車戰(zhàn)略合作，正式進軍汽車行業(yè)。

3.4、 面向消費者的非實時性操作系統(tǒng)：騰訊 TAI、阿里 AliOS 等

3.4.1、 騰訊 TAI：豐富的應用生態(tài)，提供 300 萬量級服務應用擴展空間

2017 年 11 月，騰訊在全球合作伙伴大會推出騰訊車聯(lián) AI in Car 系統(tǒng)，一年后，AI in Car升級為騰訊車聯(lián)TAI汽車智能系統(tǒng)。2020年6月，騰訊車聯(lián)推出全新TAI3.0TAI3.0 包含兩大車載 APP——騰訊隨行、騰訊愛趣聽，以及一個云端輕量化的生態(tài)開放平 臺“騰訊小場景”，能為車上生態(tài)帶來 300 萬量級服務應用擴展空間。同時，TAI3.0 刷新了行業(yè)上車速度，對于通過系統(tǒng)和硬件依賴性評估的車輛，最短能在 2 個月內 實現快速上車，能自適應 Android、Linux 等不同車機系統(tǒng)以及差異化的硬件平臺， 擁有一整套自動化上車工具鏈和標準化上車流程。目前，騰訊車聯(lián) TAI 已與寶馬、 長安、廣汽、東風等 29 家主流車企展開合作，有 110 多款主流車型已經或即將落地。

3.4.2、 阿里 AliOS：一站式 IoT 解決方案，構建云端一體化生態(tài)

AliOS 是阿里巴巴集團推出的移動操作系統(tǒng)，可應用于智聯(lián)網汽車、智能家居、手機、 Pad 等智能終端，目標為行業(yè)提供一站式 IoT 解決方案，構建 IoT 云端一體化生態(tài)， 使物聯(lián)網終端更加智能。AliOS 于 2014 開始進軍車載方向，基于 Linux 內核而研發(fā)， 采用阿里云虛擬機技術，目前主要應用于智能座艙領域。2016 年，AliOS 在榮威 RX5 中實現了汽車操作系統(tǒng)的商用，并率先提出“去 APP 化”的應用模式：AliOS 采用 “場景地圖桌面+無縫連貫服務體驗”的架構和生態(tài)，相比較 PC 端中 Windows“桌 面+文件”實現的“人找內容”，移動端中 Android 與 iOS 的“桌面+APP”架構實現 的“人找應用”，AliOS 則實現了“服務找人”的模式。例如，當車主的常規(guī)線路發(fā) 生擁堵時，系統(tǒng)會給車主發(fā)送一條信息，推薦最佳導航路線；若車主告知汽車要去 電影院看電影，系統(tǒng)會自動規(guī)劃去電影院的路線以及看電影之前的就餐地點、停車 場。2016 年 7 月開始，與上汽合作陸續(xù)推出搭載 AliOS 系統(tǒng)的榮威 RX5、榮威 eRX5、 榮威 ERX5、榮威 i6、榮威 ei6、榮威 950、榮威 RX3，名爵 ZS、名爵 3、名爵 6、 名爵 GS，大通 D90 等 10 余款車型 2017 年 10 月與神龍汽車合作，2018 年東風雪鐵 龍品牌推出搭載 AliOS 的智聯(lián)網汽車，2019 年 3 月與斯柯達合作，明銳等多款車型 搭載斑馬智行，2019 年 12 月與中國一汽戰(zhàn)略合作。

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