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[汽车之家 深评] 软件定义汽车这个概念已经提出来两三年了，对于汽车，尤其是电动车来说，从来没有一个时代对软件如此的重视。过去的2021年，汽车行业处于大变革之中，电动汽车继续高歌猛进，市场占有率突破10%，比亚迪和新势力交付创新高。与此同时，消费者在购买电动车的时候越来越看重智能化，而在智能化中，软件扮演的作用越来越大。

自从上世纪90年代开始，汽车上开始有了软件驱动，到现在软件开始重新定义汽车，软件的形态已经发生了诸多变化，未来将如何发展，下面我们来探讨一下。

电气架构向“中央集成式”进阶　　

在汽车上，总是先有电气架构，才有软件，电气架构是根基，而软件则是根基上的枝叶。

简单来说，电气架构对于一辆车来说，就是整个汽车所有控制器、传感器、线束的总布置方案，电气架构能实现整车功能、运算、资源的协调统一。

以前我们不怎么提到电子电气架构这个概念，是因为整个汽车可能也就几个控制器，用不上架构来对他进行协调管理。而且大部分的部件都是机械控制，众多机械部件不需要控制器和软件来驱动，更不需要所谓架构设计，大家各干各的就能让车跑起来。

而当汽车智能化，电动化来到之后，控制器变多了：不仅仅是燃油车上控制器多了起来，电动车上的控制器更多：发动机、变速箱、ESP/ABS、车窗、安全气囊、空调压缩机等都需要控制器，现在传统燃油车上大概有几十个控制器，比如宝马7系大概有40多个；而像蔚来这样的智能电动车上，则会有上百个大大小小的控制器。

那么在这种情况下，原有的电气架构已经不能满足要求，现在需要更合理，更科学的电子电气架构。

谈到电子电气架构的时候，就必须要说到这张图：

这是博世对电子电气架构的升级过程预测，基本上整个行业也都在按照这个架构演化。博世认为电子电气架构将从分布式ECU向域控制过渡，最终往中央集中架构方向发展。

分布式架构是老平台乘用车，以及现在大部分商用车使用的架构，一个控制器对应控制一个部件，大家各管各的，相互之间的信号交互非常有限。这种架构的不方便之处就是一旦控制器多了，控制器之间的信号交互处理就很麻烦，会导致整车线束变长，也给软件的开发带来很多难度。

比如一个班级里如果没有组长，仅仅有班长一个人，他要跟所有学生交流信息和收发作业，那对于班长来说，他的工作量就很大了，他需要面对班里几十个学生，沟通费时费力。

此时域控制器概念出现了。域集中式把整车分为几个域，这种架构在目前所有电动车（特斯拉除外），部分燃油乘用车上使用，是当下比较主流的电子电器架构。域集中式架构把整车分为5-7个域（动力域、底盘域、车身域、信息娱乐域和ADAS域），但是也有部分厂商（华为和大众方案）将整个汽车分为三个域（功能类似的合并为一个域），最高决策层还是域控制器。

每个域都管理自己的一亩三分地，各个域上由一个域控制器统一管理，各个域控制器通过以太网或者高速CAN进行连接，而每个域的内部，各个控制器通过低速CAN进行连接。

比如混合动力汽车，动力域上就有发动机，变速箱，电机，以及电池管理系统等部件，这些部件除了自己会有一个控制器（ECU）控制，还会有一个域控制器（VCU）对他们统一进行协调管理。

这就是一个班开始有了小组长（域控制器）作为各个组的接头人，组长负责组员之间的信息传递和收发作业。

但是在域集中式电子电器架构里，是没有班长这个概念的，只有小组长（域控制器）这一层级，而且整个架构是按照功能为划分的，比如动力相关的都放在动力域，智能驾驶相关的都放在ADAS域里。

而中央集成式电子架构就有了班长这个概念，而且域的划分也不再以功能为划分，而是以车辆物理界限为划分，比如特斯拉Model3就有三个区域控制器和一个中央计算平台(CCM)：左车身控制器，右车身控制器，前车身控制器，中央控制器CCM，其中CCM是最高决策控制器，负责管理各个核心的控制器。

『特斯拉电子电气架构』

目前的行业内，只有特斯拉采用这种中央集成式电气架构。采用这种电气架构有很多好处，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。比如Model 3相比上一代平台，线束长度从3公里下降到了1.5公里，零部件数量从3万个下降到了1万个。这也是Model 3价格便宜，利润率高的一个原因。

中央机构毫无疑问将是未来智能汽车的下一代产品，宝马下一代电气架构也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。除此之外，国内企业如华为、智己汽车等也都在发力新架构。

◆多种操作系统将同时共存

在汽车智能化之前，操作系统一直是基于AUTOSAR架构下的RTOS实时性操作系统，这种操作系统最大的特点就是高实时性。实时性意味着高确定性，意思是驾驶员踩下油门希望获得加速度时，软件就一定会在规定的时间内，输出相应的扭矩。从广义的角度来看，实时意味着系统的时序行为是确定的，核心在于“确定”，在确定时间完成任务，注意不是任务完成的速度。

跟实时操作系统对应的是分时操作系统，如最常见的Linux系统。分时的意思是一心可以二用，可以同时为几个应用服务，比如你的手机可以一边听歌一边看网页，而RTOS做不到这点。

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，才会导致很多非预期加速事件，对此笔者认为这传言可能是对汽车操作系统不太了解。在智能化汽车背景下，行业内确实有实时性和非实时操作系统之争，这两种操作系统各有各的好，他们的关系并不是对立的，将来会以一种合作共存的方式存在于汽车控制器内。

在阐述我的观点前先来了解下这两种操作系统的优缺点：

市场上广泛运用的实时性操作系统是黑莓的QNX操作系统，这是一款嵌入式、非开源、安全实时的系统。QNX是微内核架构，内核一般只有几十KB，驱动程序、协议栈、应用程序等都在微内核之外的受内存保护的空间内运行，可实现组件之间相互独立，避免因程序指针错误造成内核故障。因其内核小巧，运行速度极快，安全和稳定性高，是全球首款通过ISO26262 ASIL-D 安全认证的实时操作系统。

QNX的主要特点便是安全和稳定，因此对于电机扭矩控制，或者发动机扭矩控制这种对实时性要求较高，容不得任何运算延迟的控制器，肯定要采用QNX这种实时操作系统。

但是QNX结构复杂，开发难度大，非开源，能支持的应用生态很少，而且还需要满足一系列的车规级认证，因此对于智能座舱、车身控制器、智能驾驶域这种比较个性化的需求，就很难满足了。

目前市场上非实时的操作系统比较常见的是Linux系统。Linux 是一款开源、功能更强大的操作系统，具有内核紧凑高效等特点，可以充分发挥硬件的性能。它与QNX 相比最大优势在于开源，具有很强的定制开发灵活度。我们通常提的基于Linux 开发新的操作系统是指基于Linux Kernel 进一步集成中间件、桌面环境和部分应用软件。

在智能化的背景下，单一的实时操作系统已经不能满足复杂算法、大数据量、高算力的要求，因此非实时性的操作系统也开始在汽车上占有一定比例。

智能座舱域和车身域，可使用完全的分时操作系统，不需要实时操作系统。比如你的车载大屏，能支持一边导航，一边放音乐，就是因为使用了分时操作系统，能支持多任务的同时进行，并且如果有卡滞或者延迟，也不会影响车辆安全驾驶。

对于智能驾驶域（这里的智能驾驶域不包括动力域），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。这样的操作系统既能够满足多线程，多任务，高算力的计算，又能够达到准实时的要求。

而动力域，负责提供扭矩计算，驱动电机，则继续采用高实时操作系统。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，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。

未来的汽车里，一定是有多种操作系统同时共存的，我们不能简单说特斯拉就一定是Linux系统，传统车就一定是RTOS实时系统。无论是分时系统还是实时系统，他们没有孰优孰劣之分，只有合适与不合适之分。

汽车软件行业目前也在经历很大的变化，从业者分布也能看出来，以前汽车软件并没有专门的学科，从业者多是从嵌入式工程师转过来，鲜有从互联网来到汽车软件行业的。而从今年开始，越来越多的计算机专业，软件专业的人才涌入到了汽车软件行业，也正是说明了智能驾驶，电气化需要更多专业的算法和软件人才，汽车软件也会在这些新鲜血液的带领下，吸收一些互联网的元素，形成一个独具特色的软件行业。（文/汽车之家行业评论员 何柳）