深评：竞争变量 汽车软件将如何进阶？

软件定义汽车这一概念已经被提出了多年，但对于汽车领域，尤其是电动汽车，软件从未如此重要过。在过去的2021年，汽车行业正在经历巨变时代，电动汽车的市场占有率不断攀升，并突破了10%，同时比亚迪和新兴派出品牌的创新交付量也达到了新高。与此同时，消费者对智能化的需求不断增长，而软件在智能化方面的作用也越来越大。

自上世纪90年代以来，汽车上开始出现软件驱动，而现在软件正重新定义汽车，其形态也已经发生了很大的变化。那么未来，软件又将如何发展呢？下面让我们一起来探讨一下。

汽车的电气架构始终是软件开发的基础，电气架构决定着整个汽车的功能、运算和资源协调。换句话说，电气架构就是车辆中所有控制器、传感器和线束的总体布置方案。

在过去，我们不曾关注电子电气架构的概念，这是因为整个汽车上只有几个控制器，用不到架构来协调它们。而且大多数部件都是机械控制，它们并不需要控制器和软件来驱动，更不需要架构设计。但是随着汽车的智能化和电动化，现在需要更为合理和科学的电气架构。

随着控制器的增多，原有的电气架构已无法满足要求，这就需要更为科学的电子电气架构。博世（Bosch）对电子电气架构的升级过程进行了预测，它认为电子电气架构将从分布式ECU（电子控制单元）向域控制过渡，最终往中央集成架构方向发展。

分布式架构是老一代平台的汽车使用的架构，是现在大多数商用车使用的架构。每个控制器对应着一个部件，并且相互之间的信号交互非常有限。当控制器数量增加时，控制器之间的信号交互处理就会变得非常麻烦，这将导致整车线束变长，并给软件开发带来许多困难。比方说，如果一个班里没有组长，仅仅有一个班长，他需要面对整个班的几十个学生，这显然会很费时费力。

这时候，域控制器的概念就发挥了重要作用。域控制器将整个汽车分为几个域，域中包括动力域、底盘域、车身域、信息娱乐域和ADAS（高级驾驶辅助系统）域。每个域都管理着自己的部分，各个域上由一个域控制器进行统一管理，域控制器可以通过以太网或高速CAN进行连接，而各个控制器之间则通过低速CAN连接。以混合动力汽车为例，动力域上就包括发动机、变速箱、电机和电池管理系统等部件，这些部件不仅有自身的控制器进行管理，还有一个域控制器对其进行统一协调管理。

这就好比一个班开始有了小组长，负责各个组之间的信息传递和收发作业。在域集中式电子电器架构中，是没有班长这个概念的，只有小组长（域控制器）这一层级，而且整体架构都是根据不同的汽车功能进行划分的。例如，动力相关的都放在动力域，智能驾驶相关的则放在ADAS域中。

中央集成式电子架构采用车辆物理界限划分而非功能划分，例如特斯拉Model3拥有三个区域控制器和一个中央计算平台，其中CCM是最高决策控制器，能够管理各个核心控制器。

相较于其他汽车品牌，特斯拉是目前唯一使用这种电气架构的品牌。采用这种电气架构能够显著减少成本，从各个域控制器变成了单独几个区域控制器。这种措施使得Model3相较于上一代平台，线束长度从3公里下降到1.5公里，零部件数量从3万个下降到1万个，从而使得其价格更加实惠、利润率更高。

未来智能汽车的下一代产品中心将是中央集成式电子架构。宝马下一代电气架构也已经将采用中央集成式电气架构，丰田也将采用类似特斯拉的中央集成式方案。此外，华为、智己汽车等国内企业也在推广新架构。

在汽车智能化之前，操作系统基于AUTOSAR架构下的RTOS实时性操作系统是很常见的。这种操作系统最大的特点就是高实时性。与实时操作系统相对的是分时操作系统，例如常见的Linux系统，它可以一心可以二用，可以同时为几个应用软件服务。

在去年特斯拉刹车门事件后，曾经有传言说特斯拉是因为采用了非实时的Linux操作系统导致了很多非预期加速事件，但这并不确切。两种操作系统各有各的优缺点，并不存在对立的关系，将来两种操作系统会存在于汽车控制器内，以一种合作共存的方式。广泛运用的实时性操作系统是黑莓的QNX操作系统，这是非开源、安全实时的系统，对于对实时性要求高的控制器很合适。然而，QNX结构复杂，开发难度大，很难满足比较个性化的需求。非实时的操作系统如Linux系统更显灵活，可以适应各种需求。

智能座舱域和车身域采用分时操作系统，可以同时支持多任务，不需要实时操作系统。这使得车载大屏在导航和放音乐时都能进行，并且不会影响车辆安全驾驶。智能驾驶域，仅包括道路识别、路径规划、车速计算等部分，可以采用经过实时性改造的Linux系统。该操作系统具备多线程、多任务、高算力计算的特点，并且能够达到准实时的要求。对于动力域，需要采用高实时操作系统，负责提供扭矩计算、驱动电机等工作。

动力域与智能驾驶域紧密配合，当开启自动驾驶时，智能驾驶域操作系统负责高算力计算，而动力域操作系统负责实时驱动和输出扭矩。虽然在有些电气架构里，这些都属于智能驾驶域，但操作系统还是有以上区分。

操作系统项目指标方面，Linux、QNX和其他RTOS都有应用，需要进行实时性改造。其中，Linux操作系统具备开放性源代码和商业或者开放许可协议的特点，而其他RTOS的授权费用较低或免费。

在功能安全方面，需要遵循ASILB或者ASILD标准。对于生态环境，Linux操作系统则应用广泛，而其他RTOS的应用范围相对有限。

未来的汽车里，不同操作系统将共存。并且没有孰优孰劣之分，只有合适与不合适之分。汽车软件行业也在经历着巨大变化，越来越多的计算机专业和软件专业人才进入到汽车软件行业，新鲜血液的加入将促进汽车软件行业吸收更多互联网元素，形成独具特色的软件行业。