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踏入车用操作系统 中兴GoldenOS有何过人之处

盖世汽车 沈逸超,刘建业 2022-05-20 10:06:38

编者按:5月13日,由盖世汽车与AUTOSEMO联合主办的2022汽车行业数字化转型发展线上论坛·第二期正式举行。中兴汽车电子规划总经理刘建业受邀出席并发表《中兴GoldenOS车用操作系统助力汽车行业数字化转型》的主题演讲。盖世汽车根据演讲整理成文,以分享读者。

在汽车行业发展百年的过程中,未来十年是关键,在汽车百年的历史剧变中,最重要的一点是数字化转型。其中汽车行业革命不是孤立地进行,同时和新能源革命,和新一代的移动通讯革命一起协同,实际上是交通革命和智能汽车一起支撑汽车革命的大融合革命。

数字化应用决定了体验,在软件定义汽车时代下,汽车行业的数字化转型里软件起到了关键的作用,是大的融合体。智能汽车通过车路协同和智慧交通,甚至智慧城市,整体融合起来,支撑的数字技术有5G、人工智能、大数据、云计算、物联网等等,数字化在汽车转型里面是非常关键的要素。

得域者得汽车核心

汽车E/E架构在发生剧变,传统的汽车可能一个车上有上百个ECU,每个功能接口和逻辑处理是一体化的,随着E/E架构演进把软硬件分离,I/O接口和计算设备进行分离,最终实现HPC服务化,所有的应用逻辑、调用非常方便,SOA的架构上可以实现软件定义汽车。汽车的复杂性越来越集中到主要的域控设备上——得域者得车端的核心,随着域控设备的复杂度大幅提升,上面的处理器非常复杂,有MCU、SOC,SOC有各种级别的,包括各种CPU、GPU、NPU、DSP等能力,各种接口的能力也非常复杂。

这时候需要强有力的操作系统架构提供商,把复杂的系统架构屏蔽掉,支撑好中间件软件同时能支撑好上层的应用系统,向下支撑好各种常见的芯片,最近几年汽车领域芯片发展非常快,以前主要的传统芯片厂家以MCU为主,上面有一些座舱的芯片,这几年从英伟达开始,国内的地平线、黑芝麻、芯驰各种SOC的芯片层出不穷。这些芯片适配需要有强有力的操作系统提供商来做这些事情,同时又要能够保证车规级功能安全。

面向这样的大架构变革,中兴通讯推出了GoldenOS操作系统。作为国产操作系统研发的领跑者,2002年中兴通讯就开始自研OS内核,原来的商用操作系统在性能和可控性上面有问题,包括性能优化难以控制,Linux是个开源系统。基于开源系统中兴启动了操作系统的研发。2005年发布了嵌入式在通讯设备领域应用的版本,2008年发布了数据中心和服务器版本,2010年公司内部100%的系统设备完成了自研操作系统的替换。同时中兴在2013年也有终端操作系统发布,2015年结合汽车的应用,启动了GoldenOS车用操作系统的研发。

究其核心 高效可靠

针对汽车领域推出GoldenOS车用操作系统,它是面向多场景的智能汽车操作系统。GoldenOS的特点是:1、快,微秒级硬实时能力确保汽车的快速反应;2、稳,在汽车领域功能安全要求非常高,中兴通讯去年6月份通过了流程认证,去年12月份通过了ASIL-D的产品认证,切实保证操作系统的功能安全、可靠性;3、在信息安全方面,有主被动结合立体防御措施,确保客户的数据安全;4、量产经验,在通讯领域已经完成了两亿套的发货,并拥有相应的工程服务团队。

GoldenOS产品包括三部分:一是微内核的操作系统主要是用在安全性要求非常高的领域,同时在智驾领域中兴通讯有这两个并行方案,满足功能安全和生态兼顾的过程,光用一个短时间内很难满足功能的实现需要,所以中兴通讯采用RTOS结合Safety Linux综合满足智驾领域不同场景需求。在座舱的应用里面有Hypervisor,有开源方案,也有综合方案,可以根据客户的选择决定不同的方案。中兴通讯在汽车电子定位是做数字汽车基础能力的提供商,国产自主高性能的合作伙伴,实际上提供操作系统这样的基础服务,同时和芯片企业、基础软件服务商构建基础能力底座生态,为汽车行业的数字化转型提供支撑。

在智驾领域解决方案,前面提到GoldenOS产品提出了并行两条腿走路方式,第一种策略是纯微内核方案,以确保功能安全,中兴通讯在SOC芯片上搭载中兴RTOS微内核操作系统,同时运行AUTOSAR AP和各种AI的库,上面搭建智驾的一些服务框架和功能软件,再上面搭建应用软件。但由于芯片支持新的微内核操作系统,需要较大的投入和生态建设时间,中兴还提供RTOS+Safety Linux混合方案,通过Linux上来快速适配芯片和开源AI库生态,保证业务功能能够快速实现,同时通过RTOS对Linux内核和BSP进行监控,以提高Linux安全性和可用性。

中兴通讯在座舱领域也提供了解决方案,在异构SOC芯片上部署Hypervisor。Hypervisor上面运行RTOS,解决仪表部分的安全保证。在应用娱乐域运行Andriod,确保开源生态成果能够在新的芯片上快速移植过来,。

车控领域场景比较多,过去的车控是MCU为主,但现在的车控应用场景越来越复杂,在车控里面SOC芯片非常多,在中央网关或者通用计算平台上。在这个平台上中兴通讯认为在功能安全上是有要求的,所以会运行微内核RTOS这样的操作系统,上面搭建AUTOSAR AP平台,满足车控功能安全的要求。在未来T-BOX甚至结合高精度定位满足高等级智能驾驶需要,也有功能安全需求,也需要搭载在RTOS上,形成有功能安全要求的多样化的应用场景。

微内核及宏内核技术架构分析,在微内核里面最主要的是结合最小特权原则,在内核态只运行调度器,虚拟内存,进程间通信等最小核心系统,其余功能运行在用户态,核心算法和代码形式化验证,能够做到高等级功能安全。同时中兴通讯RTOS和虚拟化Hypervisor采用一体化设计的方式,也提高了整体的性能。微内核的架构也是通过功能安全认证的必须采用的架构。宏内核因为它的系统非常的庞大,所以功能安全的挑战非常大,但也有好处,运行效率很高,全部在内核态调用,系统功能模块丰富,生态及应用开发支持友好。中兴通讯在智驾领域通过微内核和宏内核的结合探索前行,保证安全性、性能和系统生态的有机结合。

中兴通讯车规级的认证非常迅速的推动,目前中兴通讯已经有200+家以上车用操作系统核心专家,在功能安全方面有40+专职人员,同时有12名获得第三方认证的汽车功能安全专家的资质证书,这是中兴通讯保证操作系统能够持续地向前演进,满足功能安全应用需求的资源保证。

GoldenOS在确定性取得了非常高的指标,比如说对比的指标,调度的时延是微秒级,在不同的芯片上可能表现不一样,I.MX6是20微秒,在英特尔芯片上中兴通讯是3点几个微秒,包括整个计算的时延抖动,包括内存访问的时延抖动优于业界其他的产品,这样高的实时性和高的确定性保证操作系统的可用性。中兴通讯达到了高可靠性,这是工业级或者汽车级非常重要的应用,中兴OS核心组件的正确性不光是测试出来的,而是用数学理论证明出来的。中兴通讯的故障隔离和治愈能力,把系统的时空资源进行了分区管理,并提供了全方位的健康监控和恢复机制。包括中兴通讯很早就通过SMMI5级成熟度的认证,持续的改进,保证可靠性持续的提升。

踏入车端 中兴通讯成绩斐然

中兴通讯GoldenOS已经取得一些汽车领域量产经验,比如在上汽的虚拟仪表,包括长安智驾的demo,包括FOTA的一些应用,包括一系列的智驾项目,2019年上汽项目,2021年长安的项目,现在中兴通讯也在积极和主机厂一起探讨中国L3以上的自动驾驶它的操作系统、中间件和芯片怎么构建生态,有几个项目中兴通讯正在运作过程中,都是目前国内主要头部主机厂,中兴通讯在希望联合国产的芯片和国产的中间件厂家,通过GoldenOS一起解决高等级高安全自动驾驶国产自主可控的问题。

中兴通讯推动构建“国产芯+国产软”范式,作为车用操作系统厂商努力提升自身产品能力及易用性,为OEM厂商提供贴身定制化服务,支撑重大研究课题的攻关推进;积极参与主机厂POC/SOP量产项目,在量产过程中快速改进产品,提升产品综合竞争力;积极联合上下游合作伙伴,进行广泛对接联调,推动OS生态建设,因为新型操作系统最难的就是生态建设,多家芯片能驱动,又能够支撑上面的基础软件,主机厂整体上才能够用起来,支持的芯片越多,适配的基础软件越多,应用开发起来才越方便,所以这是非常关键的过程,中兴通讯也在快速的推进这件事情。

在主机厂方面,中兴通讯也呼吁国内头部的主机厂牵头国产操作系统的研究课题,针对关键场景大家一起集体攻关,现在大家已经做起来了,中兴通讯和一汽,长安联合做这样的事情,中兴通讯可以联合申请一些政策的支持,多方联合,构建生态,共同打造高安全,高可靠,稳定易用的国产乘用车的系统。

同时中兴通讯联合国产芯片厂家构建汽车电子国产化的基础软硬件坚实的底座,打造车用国产化基础软件的平台,旨在通过上下的联动,形成国产芯+国产软的范式,保证国内智能汽车向前快速发展的基础能力以及安全可靠的供应能力。

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