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五大車載操作(VOS)系統優劣對比,車載系統架構分析-QNX系統性能分析

車載作業系統(AutomoTIve OperaTIng System,簡稱AOS)是管理和控制車載硬體與車載軟體資源的程式系統,是直接執行在AB上的最基本的系統軟體,任何上層軟體,HMI,資料連線都必須在作業系統的支援下才能執行。

  車載作業系統是使用者和車載硬體的介面,同時也是車載硬體和上層軟體的介面。車機作業系統的功能包括管理車載系統的硬體、軟體及資料資源,控制程式執行,改善人機介面,為上層軟體提供支援,讓車機系統的資源,以及接收到資料、訊號、音訊、視訊最大限度地發揮作用,提供各種形式的使用者介面(UI),使駕駛員有一個好的駕駛環境,並有效的提供輔助駕駛、半自動駕駛、甚至自動駕駛。

  實際上,駕駛員是不需要了解作業系統的,車載作業系統管理著車機硬體資源,同時按照應用程式的資源請求,分配資源,如:劃分AB資源,RAM空間的分配,處理聲音、視訊訊號,時間管理,電源管理等,然後給每個ECU傳送正確的指令,使汽車高效安全地駕駛。

  五大車載操作(VOS)系統知多少

  那麼就讓小編帶領大家縱覽以下AB所需要的作業系統,其中包括WinCE,Linux,Android,QNX,iOS等等。

  1. WinCE:

  WinCE是微軟1996年微軟釋出的嵌入式作業系統市場的產品,直到2002年,WinCE4.1的釋出,才取得了成功,今天WinCE已經發展到7.0。但是隨著Linux和Android的衝擊,據說微軟已經準備放棄對WinCE的維護,而準備如同蘋果一樣,從Windows 10以後,一款作業系統支援所有的平臺,PC,Notebook,Palm,Phone,Automo

TIve等等。雖然WinCE馬上可能會成為歷史,但是毫無疑問它為車載VOS的起步奠定了寶貴的基礎,大家還是要了解一下它的架構。

  VOS中典型採用的WinCE 6.0系統架構,實現為一種分層的架構,分別由核心模式層和使用者模式層組成。其架構圖如下:

  五大車載操作(VOS)系統知多少

  主要特點如下:

  32位多工嵌入式作業系統。

  多工搶佔、硬實時。

  支援的處理器體系結構:ARM, x86, SH4, MIPS等。

  元件化開發。

  Based on Win32 API Set,桌面系統的一個擴充套件子集,超過2000個函式可以使用。

  網際網路協議融合。

  因為WinCE提供了多媒體功能模組,且實時性方面表現出色,且當時Windows應用開發便利,有很多的商業化產品和服務,同時提供大量的開發包(Kits)和除錯工具(Debug Tools),所以在當時其他作業系統不夠成熟的情況下,在車載導航、娛樂上算是一枝獨秀,所以當時基本上都稱車載主機為車載導航或者車載娛樂系統。

  但是,隨著需求的增多,使用者需求的改變,其他作業系統的成熟。WinCE高度模組化的開發流程,使得開發使用者越來越少,應用越來越匱乏,所以WinCE也慢慢退出了VOS的舞臺。

  2. Linux:

  對於計算機開發人員來說,Linux的出世可以說普大喜奔。因為它是在GNU公共許可許可權下免費獲得的,是一個符合POSIX標準的作業系統。最最主要的是它是一套免費使用和自由傳播的類Unix作業系統。

  Linux以它的高效性和靈活性著稱,是一個基於POSIX和UNIX的多使用者、多工、支援多執行緒和多CPU的作業系統。它能執行主要的UNIX工具軟體、應用程式和網路協議,支援32位和64位硬體。它還包括帶有多個視窗管理器的X-Windows圖形使用者介面,如同大家使用Windows一樣,允許使用視窗、圖示和選單對系統進行操作。

  同時Linux繼承了Unix以網路為核心的設計思想,是一個性能穩定的多使用者網路作業系統,Linux的架構如下:

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  容易讓人誤解的是,小編或者網路中大家說的Linux,其實是指代的是Linux kernel。因為Linux作業系統因為發行方的不一樣,有著不同的發行版,譬如說Ubuntu,Debian,Fedroa,RedHat等等。每個發行廠商根據不同的Linux Kernel版本,釋出自己的新版本。

  而在VOS上,大多數車機的OEM廠商是基於Linux Kernel LTS(長期支援版本)版本,然後自己通過裁剪和配置,完成車載作業系統的開發。因為一般LTS釋出版本,將會提供 2 年的支援。所以穩定性更好,成熟度更高。

  Linux作業系統結構設計偏重於可靠性和網路設計,所以在後臺(伺服器和資料中心)作業系統中佔據著領先地位。現在IT基礎設施從伺服器和資料中心移動到了雲端,而云執行在 Linux 上。即使是在微軟 Azure 上,2016 年的時候超過 1/3 的虛擬機器執行在 Linux 上。

  但是Linux的普及範圍小和開發難度大,限制了它在車載導航和車載娛樂上的發展。但是隨著車聯網、ADAS的介入,對可靠性以及網路設計的需求,也許Linux會異軍突起,成為VOS的熱門系統。

  3. Android

  Android作業系統,讓小編帶著大家單刀直入的描述。因為Android手機的市場份額已經超過了80%,遠遠高於歷史上任何一個作業系統的份額。基本上10臺智慧手機中就有8臺是Android手機,大部分對它的熟悉可能並不差於小編。

  你可能不知道的是,到目前為止,Android是基於Linux Kernel開發的最成功的產品(也有人認為iOS是最成功的產品)。2009年,谷歌和一些硬體廠商組成的開放手機聯盟釋出了 Android。它現在已經成為了最流行的終端使用者作業系統。

  看一看它的架構,就能夠看得出它和Linux的關係:

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  Linux Kernel:其底層是基於Linux Kernel的。主要完成的是作業系統所具有的功能,基本上是許多驅動程式,通過這些驅動程式來驅動裝置上的硬體裝置工作以及對電源的管理。

  Android RunTIme:Android的執行環境。Android Runtime裡的Core Libraries就相當於java的JDK,是執行android應用程式所需要的核心庫,Dalvik Virtual Machine就相當於JVM,這時Google專為Android開發的執行android應用程式所需的虛擬機器。

  Liberaries: Android的庫檔案。包括檔案系統,多媒體構架,SQLite資料庫、圖形處理、網路開發的庫檔案等等。

  Application Framework:應用程式的框架,這個是非常的重要的。通過Framework這一層定義的各種各樣的框架,開發人員通過Java來實現當前手機上各式各樣的Applications。

  許多車機的OEM廠商選擇Android的4.4版本為基礎進行VOS的開發。主要是4.4版本對RAM做了很大的優化,甚至可以在512MB RAM的車機上流暢執行。這和Linux,WinCE來說非常接近。而以車載導航和車載娛樂為主要目的的車機配置很低也有關係。

  4.4版本一些大的更新大家可以隨時百度到,小編就不一一列舉了。

  Android最大的優勢在於龐大的手機群體,為其OS開發了數之不盡的應用,並且大多數應用已經深入人心,欲罷不能。而且,隨著車聯網的開發,應該很快能有移植到車機中來,為車載娛樂系統開創網際網路新時代。

  但是Android作業系統並未如同在手機上佔據統治地位一樣,在車機中一帆風順的迅速發展,主要的原因還是系統的實時性和穩定性,當然也包括對資源的過分需求。這也許會阻礙Android成為未來VOS最大的障礙。所以Google公司計劃在Android N的開發中,為車載開發一套完整的作業系統,讓大家拭目以待。

  4. QNX:

  大家可能對QNX並不是很瞭解,這裡小編詳細說一下。

  黑莓(Blackberry)旗下全資子公司,作為黑莓核心技術部門BTS(Blackberry Technology Solutions)的最重要組成部分,承擔黑莓業務中作業系統、汽車軟體、M2M、物聯網IOT及雲端計算等核心業務內容。

  – 成立於1980年,全世界第一個實時作業系統公司。

  – 為汽車、通訊、網路、醫療、國防、航空航天、核電、工業自動化等細分市場提供作業系統、中介軟體和軟體解決方案。

  – 從思科的路由器,洛克斯德馬丁的武器,GE的交通裝置,飛利浦的醫療,阿爾斯通的軌道交通,霍尼韋爾歐姆龍的工業裝置,西屋電氣的核反應堆控制器,到國際空間站的對接臂控制系統,QNX的軟體涉及人們生活的每一個環節。

  QNX以其安全性和實時性著稱,所以它的突破口是汽車的儀表(Cluster)。QNX作業系統是第一個符合ISO26262 ASIL D規範的實時作業系統,能滿足數字化儀表盤功能性安全的要求,同時兼顧了資料安全要求,通過美國軍方EAL4+。使用者可以基於安全的核心進行系統開發,從而保證整機系統的安全可靠。

  QNX的架構如下:

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  在小編講述的所有作業系統中,只有QNX基於自己的VOS獨立的為汽車車載系統開發了完整的娛樂平臺(而不是車機供應商),稱之為:QNX車載娛樂平臺(QNX CAR Platform for Infotainment)。其架構如下:

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  小編認為QNX的野心還是很大的,畢竟汽車的半自動、全自動駕駛涉及到人的生命安全,安全性和實時性是非常重要的。所以小編認為QNX成為未來的VOS的機會非常大。

  5. iOS:

  iOS是由蘋果公司開發的移動作業系統。蘋果公司最早於2007年1月9日的Macworld大會上公佈這個系統,最初只設計給iPhone使用,後來陸續擴充套件到iPod touch、iPad以及Apple TV等產品。

  iOS與蘋果的Mac OS X作業系統一樣,屬於類Unix的商業作業系統。這個系統原名為iPhone OS,因為iPad,iPhone,iPod touch,Apple TV,iWatch都使用,所以改名為iOS。也就是說,未來所有蘋果的產品都由iOS支援。而如今,蘋果已經殺入了自動駕駛汽車領域,小編也期待著iOS成為VOS的到來。

  iOS的系統架構分為四個層次:核心作業系統層(Core OS layer)、核心服務層(Core Services layer)、媒體層(Media layer)和可觸控層(Cocoa Touch layer)。

  下面是IOS系統結構圖:

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  因為蘋果對汽車的開發還處於保密階段,我們只能翹首以待未來的結果。也希望如同iPhone一樣,能夠一鳴驚人。

  現在讓小編簡單總結一下具有VOS潛質的幾個作業系統的現狀和未來:

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