汽车操作系统研发：“广义”带动“狭义”—东软睿驰总经理曹斌谈“软件定义汽车”

开栏的话
“如果没有操作系统,芯片再强,汽车做得再好,都是在沙滩上起高楼。如果‘缺芯少魂’这个问题不解决,汽车产业走不快,也走不远。”去年下半年,行业权威人士曾提出,行业“缺芯”已被重视,但“少魂”易被忽视。不少汽车企业逐渐认识到芯片对于汽车供应链自主可控的重要性,但操作系统是比芯片更加迫切要解决的问题,是决定汽车智能化、网联化胜负的关键。而现在,全球智能汽车发展格局尚没有确定,留给中国汽车行业的时间窗口大概是3年、最多5年时间。
其实,行业人士如今已言必称“软件定义汽车”,说明大家或多或少地意识到“新四化”将给汽车定义、架构、开发、验证、销售、服务等全生命周期带来颠覆性变革。但具体而言,为什么“软件定义汽车”?软件如何定义汽车?怎么实现软件定义汽车?更进一步追问,自主汽车软件发展到何种程度?行业对于汽车软件的需求能否被充分满足?未来汽车软件的发展将主要体现在哪些重点领域?呈现怎样的特点?这些答案的问题不仅有赖于深入研究,更来自行业和企业的实践与探索。就此,本刊特别策划了系列报道,通过对专业人士访谈的形式,从不同的角度解码汽车“软”实力。
2022年12月26日,东软睿驰正式发布了基础软件新版本——NeuSAR 4.0,不仅在AUTOSAR(汽车开放式系统架构)方面继续完善,而且还推出了面向跨域融合阶段的全新汽车软件应用开发框架,标志其NeuSAR产品的又一次重大进化。
记者了解到,东软睿驰在创建之初就成立了基础软件团队,2017年参与AUTOSAR组织,为高级会员单位,2018年起相继发布NeuSAR1.0、2.0、3.0、4.0版本,以及针对域控制器的软件开发平台NeuSARDS(Domain System),率先实现国内“AUTOSAR AP+CP+中间件”全栈软件平台产品量产落地。在2020年7月成立的中国基础软件生态委员会(AUTOSEMO)中,东软睿驰成为首届轮值主席单位。
在行业对自主研发操作系统呼声高涨,“软件定义汽车”不断深化,各方参与者开始市场竞逐之际,东软睿驰汽车技术(上海)有限公司总经理曹斌接受了《中国汽车报》记者的独家专访,阐述对于汽车操作系统发展的理解及未来汽车软件发展趋势的判断。

整车开发的新需要与新架构
“如果说几年前,行业对于‘软件定义汽车’的态度还有些暧昧不明;现在,无论国际巨头还是国内企业,无论传统主流车企还是造车新势力,对此均已取得共识。”曹斌开门见山地向记者表示,“根据我们的观察,进度快的整车企业进入到产品量产或准量产阶段,其中一部分采用了跨度比较大的电子电气架构演进方案,另一部分则采取了局部域控的方案。”
为了让外界更容易理解“软件定义汽车”带来的改变,曹斌用手机做类比,进一步解释道:“手机从功能机变为智能机,但消费者很难察觉到其开发方法发生了重大变化。传统汽车上的控制器,是嵌入式系统占绝大多数,这与手机功能机的开发有一定相似性;未来,随着整车电子电气架构步入域控制器时代,如何基于现代化计算平台解决开发的可靠性、实时性、效率提升等问题成为新需求。”他认为,未来,行业一定会出现一种基于新需求的开发框架、开发工具和开发平台。
在“软件定义汽车”的背景下,SOA(面向服务的架构)因其对软硬件解耦的支持度、对计算性能的利用等特性,成为一种主流模式。“SOA一定是先有‘思想’,后有‘方法’。这两者之间的间隔,短则1～2年,长则3～5年。”曹斌告诉记者,“目前在汽车行业内,SOA客观上来说处于初期的提出‘思想’阶段。继续向前发展,汽车行业就需要属于自己的开发框架、开发工具和开发平台。”
操作系统 “发展广义、带动狭义”
在产业百年未遇的变革期,新的汽车操作系统有了应运而生的土壤。然而,行业亟需什么样的产品和解决方案?应该如何推进研发?对此,业界众说纷纭。
曹斌直言,汽车操作系统的确是一个比较模糊的提法。从目前的情况看,汽车娱乐通讯系统是QNX和安卓的天下;在自动驾驶域控中,则新、旧框架并存,包括AUTOSAR Adaptive、ROS等;而在中央域控部分,采用的是实时核与非实时核共存的多核异构架构;在传统的纯ECU领域,更多的是借鉴AUTOSAR Classic。“很难根据电脑、手机的情况,定义汽车的操作系统。这些消费类电子产品通常只有1个中央处理器,汽车未来的计算架构将是多样化的组合,涉及实时的部分、非实时的部分等,因此也就会有多种对应的操作系统存在。”曹斌认为。
“汽车操作系统最主要的变化集中在3个领域,一是智能座舱,一是传统的零部件,一是中央域控和自动驾驶域控。前两个领域虽然出现了开发难度加大等痛点,但依然有现成的框架和开发方法可供采用。”曹斌解释道,“我们判断,针对中央域控和自动驾驶域控面临的挑战,会诞生一个新的广义汽车操作系统——以中央计算单元和自动驾驶域控为核心、具有一定分布式特征的操作系统,这一点值得行业重视。”
曹斌指出:“短期来看,一些经常被采用的汽车操作系统对***的支持度不高,这就需要自主的狭义(微内核)操作系统;而从长远的角度看,操作系统的本质,是为应用开发创造合适的环境;获得市场成功的操作系统,离不开规模庞大的应用开发群体。我国汽车行业充满活力,对于技术开发有足够敏锐的嗅觉,又具有较强的市场把握能力,消费者又对新兴产品支持度很高。因此,广义的(基于中央计算单元)汽车操作系统出现在中国,将获得不断发展壮大的生态支持。我呼吁,汽车操作系统要发展广义、带动狭义。”
开发框架 “承上启下、继往开来”
高算力芯片等硬件的出现,使得整车企业必须加快产品开发节奏;同时,自动驾驶操作系统、整车控制操作系统和人车交互操作系统开发非常复杂、工作量极大;况且,面对汽车本身的安全性、可靠性等要求,原有的开发架构和方法难以实现更好的支撑。基于这些因素,构建汽车操作系统新格局的历史机遇浮出水面。而由于汽车产业的独特性,适配未来操作系统的汽车软件开发应用框架,应起到“承上启下、继往开来”的作用。
“汽车产品必须安全、可靠,我们应该怀着敬畏之心继承现有的技术与规范。对于消费者而言,他们期待的在安全可靠的基础上,能体验新的汽车特性,比如更好地人机交互、自动驾驶等。使新增部分的体验变得更好,这就是我们对‘继往开来’的理解。”曹斌表示,“‘承上启下’则是指我们希望提供非常坚实的中间件基础设施,使得车企能够实现软硬件适当解耦,很多硬件关键的特性和特征被标准化抽象出来,为应用开发提供相对稳定的接口,以致于基于操作系统的软件应用更快更好地发展,同时为硬件快速迭代提供更优的可能性。”
据介绍,东软睿驰的NeuSAR正是这一理念的具体体现。该款产品中包含了AUTOSAR的部分,并对其进行了增强,同时还有大量AUTOSAR未涉及,但对中央域控、自动驾驶域控开发更为友好的工具和模块。比如NeuSARSF,这是东软睿驰继推出ASF(AUTOSEMO Service Framework)后,在NeuSAR中增强了自身特性的中间件应用框架。
整体来看,ASF基于标准基础软件AUTOSAR向上扩展,解决了域控制器异构芯片异跨核融合问题,实现了域控制器的统一开发视图。NeuSARSF则是兼容ASF标准的SOA中间件,增加了消息总线的功能,在支持ASF基础服务的同时,把开发视图从域控制器层面扩展到整车层面,支撑整车SOA架构落地。
软件先行 助力突破开发瓶颈
基于以上的市场判断和发展理念,东软睿驰一直努力向行业推广“软件先行”的开发模式。
“整车企业在进行产品开发时,一般首先聚焦于硬件,随后再去定义功能实现,进行软件开发。然而,跳出汽车行业来看,很多我们平日接触到的软件开发者,并非先关注硬件,而是将精力放在软件开发本身,随后部署到硬件上。”曹斌告诉记者,“现在,应该没有哪一家软件或互联网公司,为了一款软件应用,先去进行笔记本电脑或手机的研发。”
“传统开发方式面临的另一项挑战,是整车需求的变化越来越快,开发周期越来越短。”曹斌进一步指出,“目前,国内整车企业在同行中开发节奏最快,这是由多重因素共同驱动的。我国汽车市场活跃程度极高,尤其新能源汽车、智能网联汽车等很多前瞻技术都率先在此得到应用;消费者对汽车产品的期待值较高,而且对新配置、新功能的使用意愿与包容度也较高。但现在,车企和供应商遇到的现实问题是,供给与需求的错配。”据了解,当整车企业需要使用国际厂商的操作系统,尤其是深度定制时,受限于对方的开发节奏,需求很难及时得到回应。
“有鉴于此,未来IT领域的情况,将有很大可能性出现在汽车行业。整车企业关注的很多上层软件,是与消费者密切相关的部分,相反与车辆硬件的关系开始有所疏远。比如,对于自动驾驶系统中的定位功能,应用什么样的优化算法以便提供更精确的位置非常关键;而与定位系统安装的位置、采用的处理器,以及布置的传输总线并非消费者所关注的重点。”在曹斌看来,整车企业一直以来遵循“V”字开发模式,清楚定义整车功能,完成电子电气架构设定,进行零部件等硬件定义,随后进行零部件软件开发,最后留给整车软件开发的时间太过仓促。他举了一个例子,比如,花费较长的时间选择芯片供应商,确定之后才进行软件开发,这样的模式就是“瓶颈”。
“国内整车企业产品开发、迭代有更快的时效性需求,但传统的开发模式、巨量的开发规模、以及严峻的复杂程度和有限的开发时间制约了创新,使汽车新功能无法得以更好的展现。”曹斌强调,“软件先行的理念则能够帮助车企跳出窠臼,在硬件尚未定型时先行展开软件开发,随后部署到整车产品上。这种基于IT领域成功经验的复制,缺乏的是能够软硬解耦的开发框架和平台。我们希望通过NeuSAR产品帮助整车企业实现这一新的开发方式,不仅仅能够带来更好的用户体验,也可以实现软件的复用、跨车型平台移植及更快速地迭代。”
“软硬兼得、合纵连横”的新定位
记者了解到,作为东软睿驰自主开发的广义汽车操作系统产品,NeuSAR承担了这样的使命。“2018年,NeuSAR正式发布,初衷是希望能够帮助国内整车企业进行更快捷地开发。随后,我们发现,在AUTOSAR Adaptive版本上进行域控制器开发非常困难。通过在开发过程中不断提炼、积累、构造成熟的模块,2022年4月,我们又发布了NeuSARDS(Domain System),帮助车企在开发域控制器时可以基于一站式的开发环境进行适配。”同年12月,东软睿驰发布基础软件新版本——NeuSAR 4.0,在AUTOSAR方面继续完善的同时,还推出了面向跨域融合阶段的全新汽车软件应用开发框架。
此外,东软睿驰作为AUTOSEMO的核心成员及首届轮值主席单位,牵头推进了ASF、车云一体等技术规范,促成中国本土汽车标准不断升级完善。据了解,目前这些技术规范已应用于国内主流量产车型上。
“我们期待NeuSAR的AUTOSAR部分,实现更高的稳定性、可靠性;更进一步,希望通过不断加大投入、开展合作,打磨并完善产品,使其达到与国际头部汽车软件企业并驾齐驱的水平。”曹斌表示,“此外,我们也会努力将非AUTOSAR部分做得更加丰富,携手产业链上下游企业并进,进一步与国内、国际的芯片企业加强联系,提升对硬件产品的支撑度,与国内微内核企业协同创新。”
据悉,除了软件,东软睿驰在硬件领域也积累了近20年的研发经验,成为最早布局行泊一体域控制器的企业之一。“在乘用车市场上,随着车企对自动驾驶的态度越来越务实,近一段时间市场的主流应该是行泊一体的域控制器。由于积累的算法及出色的工程能力,我们的行泊一体域控制器能够使芯片、摄像头、雷达等硬件发挥应有的性能,从而让车企有更加从容的布置选择,并给消费者带来更好的人车交互体验。”曹斌认为,在“软件定义汽车”的浪潮下,东软睿驰并不是一家传统的零部件企业,而更应视作“软硬兼得”、“合纵连横”的新型零部件企业,“对于硬件,我们聚焦‘高门槛’的产品,这是一种纵向的业务逻辑。而对软件,我们会持续投入,形成一种横向的业务逻辑,即为车企、零部件供应商提供更好的操作系统、开发平台和应用框架,在为行业提供更好的模块化产品的同时,助力车企定制化开发操作系统,实现更复杂、更动态的开发。横向的发展将是东软睿驰未来优先级更高的方向。”
目前,东软睿驰与广汽、长安、东风岚图、吉利等整车企业,以及地平线、芯驰科技、中兴通讯等供应商合作伙伴都有比较深入的合作。可以预见,随着中国汽车智能化创新方面的不断发展,能够真正解决产业变革中软件开发难题的应用框架,一定也可以创造出新的汽车软硬件生态,并以广义操作系统的形态,进一步带动国内汽车操作系统内核及芯片的发展壮大。

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