面汽车操作系统行业技术分析报告.docx
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面汽车操作系统行业技术分析报告
2020面汽车操作系统行业技术分析报告
2020年8月
1.操作系统是软件定义汽车生态发展的灵魂
在消费者视角下，智能网联汽车快速发展。
随着智能汽车快速发展，智能座舱和
ADAS功能均不断升级，不论是传感器数量、芯片算力还是单车价值均实现快速提升，
参照我们前期发布的《软件定义汽车，智能座舱先行》和《软件定义汽车，ADAS正加
速》报告，重点梳理了座舱和ADAS升级路径、上下游产业链的竞争格局以及根据我们
自建的样本数据库测算了市场规模。
智能座舱方面，我国智能座舱市场规模将由2020年
的567亿元提升至2025年的1030亿元，CAGR超过+15.2%；ADAS方面，我国自动驾
驶市场规模将由2020年的844亿元提升至2025年的2250亿元，CAGR超过+21.3%。
软件定义汽车大趋势下，芯片+操作系统+中间件+应用算法软件+数据是实现智能
汽车的关键。
在智能网联汽车产业大变革下，软件定义汽车理念已成为共识。
传统汽车
采用的分布式电子电气（E/E）架构因计算能力不足、通讯带宽不足、不便于软件OTA
在线升级等瓶颈，不能满足现阶段汽车发展的需求，E/E架构升级已成为智能网联汽车
发展的关键。
参照我们前期发布的《软件定义汽车，E/E架构是关键》，该文重点论述了
E/E架构升级包括硬件、软件、通信架构三大升级，芯片+操作系统+中间件+应用算法
软件+数据构建核心技术闭环，未来谁能把握其中一环或将实现汽车产业链地位的提升。
图1：
计算机系统结构
数据来源：
绘制
传统车企操作系统将有独立的多个操作系统/系统程序向少数/一个操作系统发展。
参照我们前期发布的《软件定义汽车，AI芯片是生态之源》，该文论述了随着汽车E/E
架构硬件由分布式向域控制-中央集中式不断升级，域控制器的重要性凸显，而AI芯片
则是自动驾驶域控制器/中央计算平台的核心。
座舱域的AI芯片玩家主要为高通、英特
尔、华为（麒麟）和瑞萨等，要求AI算力较小，安全等级较低，而自动驾驶域在AI算
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力和功能安全均远高于座舱芯片，因此AI芯片玩家主要为特斯拉（自研）、Mobileye、
英伟达、华为和地平线等。
传统汽车因不同域之间要求的实时性、安全性、通信带宽不
尽相同，传统汽车主机厂/Tier1级供应商无法一步到位，因此多为跨域融合方案（即3
个域或5个域等）。
因此，随着域的逐渐形成，域操作系统将逐渐形成，本文将重点论
述汽车操作系统是实现软件定义汽车的灵魂。
图2：
E/E架构由分布式-域控制-中央集中式不断升级
数据来源：
地平线，
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2.操作系统承上启下，引领智能汽车发展
操作系统（OperatingSystem,OS）是指控制和管理整个计算系统的硬件和软件资源，
并合理地组织调度计算机的工作和资源，以提供给用户和其他软件方便的接口和环境的
程序集合。
智能设备发展到一定程度后一般都需要专门的OS，例如PC机对应的微软
Windows系统，智能手机对应的GoogleAndroid系统和苹果iOS系统。
在软件定义汽车
的大趋势下，汽车OS是传统汽车实现智能汽车升级的关键。
汽车操作系统是从传统汽
车电子基础软件不断演变而来，传统汽车电子产品可分为两类：
1）汽车电子控制装置：
通过直接向执行机构（如电子阀门、继电器开关、执行马达
等）发送指令，以控制发动机、变速箱、动力电池等协同工作的系统，一般统称为ECU
（电子控制单元）。
常见的ECU包括发动机电控系统EMS、自动变速箱控制单元TCU、
车身电子稳定系统ESP、电池管理系统BMS等。
该类系统涉及安全、行驶性能。
2）车载电子设备：
如仪表、中控、抬头显示（HUD）、流媒体后视镜等。
这类系统
常与用户体验相关，不直接参与汽车行驶的控制决策，对车辆行驶性能和安全影响较小。
未来汽车操作系统将主要分为自动驾驶OS和智能座舱OS两大类。
不同车企/Tier
1根据自身的规划，对域划分个数不尽相同，如博世分为5个域（动力域、底盘域、座
舱域、自动驾驶域、车身域），大众MEB平台车型为3个域（自动驾驶域、智能座舱域、
车身控制域），华为同样也为3个域（自动驾驶域、智能座舱域、整车控制域）。
虽然有
多个域，一般主要分为注重开放、兼容性、生态的智能座舱域操作系统和注重实时、安
全、稳定的自动驾驶域操作系统两大类型。
2.1.汽车广义OS包含系统和功能软件两大部分
狭义的操作系统仅包含系统内核Kernel部分，是系统软件其中的一部分，而广义的
操作系统则包含系统软件和功能软件。
车载智能计算平台自下而上可大致划分为硬件平
台、系统软件（硬件抽象层+OS内核+中间件）、功能软件（库组件+中间件）和应用算
法软件等四个部分。
1）硬件平台：
基于异构分布式硬件架构包括AI单元、计算控制单元，应支持芯片
选型灵活、可配置拓展、算力可堆砌等优点。
2）系统软件：
是针对汽车场景定制的复杂大规模嵌入式系统运行环境，主要包含
三层：
a）硬件抽象层：
包括BSP（板卡支持包）、Hypervisor（硬件虚拟化技术，提供虚
拟平台支持多操作系统）等。
BSP包括了Bootloader（以基础支持代码来加载操作系统
的引导程序）、HAL（硬件抽象层）代码、驱动程序、配置文档等，是内核与硬件之间的
接口层，目的是为操作系统提供虚拟硬件平台，使其具有硬件无关性，可以在多平台上
移植。
b）操作系统内核（Kernel）：
即为狭义操作系统，如OSEKOS、VxWorks、RT-
Linux等。
内核提供操作系统最基本的功能，负责管理系统的进程、内存、设备驱动程
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序、文件和网络系统，决定着系统的性能和稳定性。
c）中间件：
处于应用和操作系统之
间的软件，实现异构网络环境下软件互联和互操作等共性问题，提供标准接口、协议，
具有较高的移植性，如POSIX/ARA（自适应AutoSAR运行时环境即中间件API接口）
和DDS（分布式实时通信中间件）等。
3）功能软件：
包含自动驾驶的核心共性功能模块，如相关算法的编程框架（如
TensorFlow、Caffe、PaddlePaddle等）。
核心共性功能模块包括自动驾驶通用框架、网联、
云控等，结合系统软件，共同构成完整的自动驾驶操作系统，支撑自动驾驶技术实现。
4）应用算法软件：
即为实现具体自动驾驶功能、HMI交互等算法软件。
图3：
车载智能计算平台架构
数据来源：
中国软件评测中心，绘制
2.2.典型层次的汽车操作系统改造
汽车操作系统按照对底层操作系统改造程度的不同，主要可以分为以下几种：
1）基础型操作系统：
打造全新底层操作系统和所有系统组件，如系统内核、底层驱
动等，有的还包括虚拟机，如QNX、Linux、WinCE等。
因打造全新操作系统需要花费
太大的人力、物力，目前基本没有企业会全新开发底层操作系统。
2）定制型操作系统：
在基础型操作系统之上进行深度定制化开发，如修改内核、硬
件驱动、运行时环境、应用程序框架等。
典型代表如大众VW.OS、特斯拉Version、Google
车载Android、华为鸿蒙OS、AliOS等，它们已经属于自主研发的独立操作系统。
3）ROM型汽车操作系统：
基于Linux或安卓等基础型操作系统进行有限的定制化
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开发，不涉及系统内核更改，一般只修改更新操作系统自带的应用程序等。
大部分的主
机厂一般都选择开发ROM型操作系统，国外主机厂多选用Linux作为底层操作系统，
由于国内Android应用生态更好，国内自主品牌和造车新势力大多基于Android定制汽
车操作系统，例如比亚迪DiLink、奇瑞GKUI、蔚来NIOOS、小鹏XmartOS等。
超级汽车APP（又称车机互联或手机映射系统），不是完整意义的汽车OS，指简单
地把手机屏幕内容映射到车载中控，通过整合地图、音乐、社交等功能为一体来满足车
主需求的APP，如苹果CarPlay、谷歌AndroidAuto、XXCarLife、华为Hicar等。
主要
系由于汽车座舱为保证系统的稳定性、高安全性，不得不放弃性能，导致手机不论是芯
片还是操作系统处理能力都优于汽车座舱，因此借助手机的丰富功能映射到汽车中控，
以满足车主对娱乐的需求。
由于容易实现+成本较低，现阶段仍是车主的主流选择。
2.3.2020年全球汽车广义操作系统市场达200亿美元
2020年全球汽车广义操作系统市场规模达200亿美元，未来五年CGAR+13.1%。
我们重点参照了Mckinsey分析数据，2020年全球汽车广义操作系统（功能软件、狭义
操作系统、中间件）市场规模达200亿美元，到2025年达370亿美元，CGAR+13.1%；
到2030年达500亿美元，十年CAGR+9%。
图4：
2030年全球汽车广义操作系统市场达500亿美元，CAGR+9%
数据来源：
MckinseyAnalysis，（注：
本图的SW即为广义操作系统）
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3.QNX、Linux、Android为三大主要底层OS
汽车OS由基础软件程序-简单嵌入式-复杂OS不断升级。
早期嵌入式开发直接在
裸机上写程序，无OS。
随着软件越来越复杂，为了实现多任务执行，裸机程序不得不
引入中断，而使程序结构复杂难以阅读和维护，因此嵌入式OS逐渐形成。
但由于普通
8位或16位的ECU执行的功能较为单一，硬件资源有限，无法运行如QNX、Linux等
复杂的OS，常使用一些基础软件程序或简单的嵌入式实时OS如UCOS、FreeRTOS等。
随着IVI应用和接口逐渐复杂，座舱率先使用更为复杂OS。
Linux和QNX只集成学术
定义的OS和通讯协议栈；ubuntu则在Linux的基础上添加中间件和桌面环境；Andrord
和AliOS则在Linux的基础上集成了中间件、桌面环境和部分应用软件。
图5：
各操作系统的主要区别
数据来源：
绘制
全球汽车座舱底层OS高度集中。
安全和性能是两个矛盾体，座舱域由于其安全等
级较低，现阶段需要较为复杂的OS支持大量的应用和接口。
参照ICVTank统计数据，
2019年全球汽车座舱前3大底层OS市占率：
QNX（43%）、Linux（含Android）（35%）、
WinCE（10%）。
由于自动驾驶域还未真正形成，自动驾驶的OS格局仍不明朗，而考虑
到重新开发底层OS花费的成本大，自动驾驶OS或基于Linux/QNX内核发展而来。
图6：
汽车座舱底层操作系统市场份额
12%
10%
43%
35%
QNX
Linux（含Android）
WinCE
otherOS
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数据来源：
ICVTank，
3.1.QNX：
非开源&安全实时
QNX是一款微内核、嵌入式、非开源、安全实时的操作系统。
QNX系统是由加拿
大QSSL公司开发；于2004年哈曼国际将QNX系统收入囊中；于2010年BlackBerry
母公司RIM又从哈曼国际手中收购QNX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、文件系统、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，具有独特的微内核架构，安全和稳定性高，不易受病毒破坏系统，
是全球首款通过ISO26262ASIL-D安全认证的实时操作系统。
因此，QNX常用于安全
稳定性要求较高的数字仪表中。
图7：
QNX系统软件架构
数据来源：
CSDN，
黑莓基于QNX为汽车行业开发了不同域的系统平台。
黑莓先后为汽车行业开发了
车载信息娱乐系统（QNXCARPlatformforInfotainment）、数字座舱系统（QNXPlatform
forDigitalCockpits）和驾驶辅助系统平台（QNXPlatformforADAS）等系统平台，为开
发人员提供了灵活的工具选择，具有良好的人机交互界面。
以QNX驾驶辅助系统平台
为例，其硬件支持瑞萨（H3、V3M）、英特尔（Denverton、AppoloLake）、英伟达Drive
系统等芯片平台，还支持毫米波雷达、激光雷达、摄像头、GPS等传感器。
QNX凭借其安全、稳定等优势占据市场较高份额。
QNX为非开源系统，具有开发
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难度大、应用生态较弱等特点，而且需要商业收费。
但由于现阶段汽车嵌入式操作系统
对安全性、稳定性、实时性具有非常严苛的要求，QNX凭借这些优点仍牢牢占据汽车嵌
入式操作系统市占率第一的位置。
根据官网显示，QNX已与45家以上OEM进行合作，
超过1.75亿辆汽车使用了QNX系统。
图8：
QNX驾驶辅助系统平台
图9：
QNX和汽车广泛合作
数据来源：
Blackberry，
数据来源：
Blackberry，
3.2.Linux：
开源&功能强大
Linux是一款开源、功能更强大的操作系统。
Linux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LinuxKernel进一步集成中间
件、桌面环境和部分应用软件。
Linux功能较QNX更强大，组件也更为复杂，因此Linux
常用于支持更多应用和接口的信息娱乐系统中。
协会或联盟致力于将开源Linux操作系
统推广至汽车领域中，典型代表如AGL、GENIVI。
AGL开源项目致力于建立一个基于Linux的联网汽车内部使用的开源平台。
2014
年，Linux基金会发布了开源AGL（AutomotiveGradeLinux）规范1.0版本，它是首个
开放式车载信息娱乐（IVI）软件规范。
其中70%的代码（包括操作系统、中间件和应用
程序框架）已编写完成，车企可以专注于剩下的30%个性化定制开发，以保证不同品牌
的差异化，而且AGL不收取任何许可费。
随着自动驾驶的发展，AGL已经不只局限于
IVI领域，未来将向仪表盘、座舱域、自动驾驶等领域延伸，现阶段它仍未通过ISO26262
标准。
从其整车企业成员来看，AGL早期主要为丰田、本田、日产等日系厂商，随着
2019年大众、现代汽车的加入，AGL势力规模逐渐壮大。
截至2020年3月，国内已有
中国移动、上汽集团、德赛西威、中科创达等公司加入了AGL，成员总数超过150个。
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图10：
AGL主要成员
数据来源：
AGL，
GENIVI的宗旨是实现对车载信息娱乐系统开源开发平台的广泛普及。
2009年成
立的GENIVI联盟一直致力于为汽车行业提供各类开源的车载信息娱乐系统技术解决方
案。
GENIVI基于Linux提供开源软件，汽车车企通过选择并整合不同的应用和中间件
实现差异化的车载信息娱乐产品，缩短开发周期，从而减少汽车生产商的成本。
其中80%
的软件在消费电子/通信行业中已经被开发，可不加修改直接应用，仅15%必须进行调整
才能适用于特殊的汽车参数，仅5%仍需自己开发。
GENIVI将继续开发剩余5%的代码，
并开放给所有汽车厂商。
目前，联盟的成员包括170多家汽车生产商和供应商。
图11：
车企可根据需求整合GENIVI提供的模块
图12：
GENIVI用户只需要调整少量的代码
数据来源：
CSDN，
数据来源：
CSDN，
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图13：
GENIVI主要成员
数据来源：
GENIVI，
3.3.Android：
Linux的发行版本
Android是发行版本的Linux，系统复杂，功能强大。
Android是由Google公司和
开放手机联盟基于Linux开发的操作系统。
Android被称为基于Linux开发的最成功的
产品之一，应用生态最为丰富，主要应用于移动设备，因此，在国内车载IVI系统常基
于Android开发。
Android的主要优点有：
1）开源，对中低端OS开发商具有很强吸引
力；2）灵活，可以根据自身需要对原生Android进行定制化改造；3）可移植性强，Android
手机上的APP不需要经过大的修改就可以应用在车机上，有利于国内互联网厂商切入
汽车领域，快速建立起车载软件生态。
Android的缺点主要有：
1）安全性、稳定性差，
系统漏洞带来较高风险，技术维护成本高；2）过度依赖于Google。
Android凭借国内丰富的应用生态切入汽车IVI系统。
虽然安全性、稳定性不足，
但由于车载信息娱乐系统对安全性要求相对较低，Android仍然凭借其上述优点在国内
车载信息娱乐系统领域占据主流地位。
尤其是各大互联网巨头、自主品牌、造车新势力
纷纷基于Android进行定制化改造，推出了自己的汽车操作系统，如阿里AliOS、XX
小度车载OS、比亚迪DiLink、蔚来NIOOS、小鹏XmartOS等。
3.4.WinCE：
逐步推出市场
WinCE是微软1996年发布的嵌入式操作系统，主要应用于车载主机、车载导航和
车载娱乐系统。
但是随着Linux和Android的冲击，现阶段开发者和应用者已非常少了，
微软计划于2021年3月终止对其服务，将逐步退出汽车操作系统市场。
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4.车企&互联网&科技齐发布操作系统
4.1.特斯拉率先打造OS，树立行业标杆
总结：
特斯拉底层芯片方面CPU采用IntelAtomE3950、FSD自研AI芯片（根据
算法软件需求，不断优化底层工具链和算子库）等芯片；操作系统方面基于底层Linux
自研；功能软件方面支持PyTorch的深度学习编程框架（自研算法，不需要支持所有编
程框架）；自动驾驶功能核心算法自研；自建数据中心，用户使用产生的数据被收集用
于不断优化算法软件，形成类苹果的闭环开发模式。
特斯拉的操作系统Version基于Linux内核深度改造而成。
特斯拉系统平台采用
Linux4.4开源操作系统，支持PyTorch的深度学习编程框架，基于Kafka开源流实时数
据处理平台，可支持信息娱乐系统（IVI）和驾驶辅助系统（ADAS）等。
特斯拉选择Linux
一方面由于Linux开源自由的优点，避免受制于操作系统厂商；另一方面则发挥其内核
紧凑高效、可以充分发挥硬件性能的优点，满足了特斯拉对汽车性能的要求。
通过访问权限控制，避免操作系统核心区域免受攻击。
对于信息安全问题，特斯拉
使用了Linux系统中的内核模块:
安全增强型Linux（SELinux），通过“访问权限控制”
增加了操作系统信息安全性。
访问权限控制，是指了解系统内所有的硬件资源、设备接
口明确允许访问的范围和硬件接口。
简单来说，即为第三方软件划分可访问与禁止访问
区域，最大限度地保证自身安全。
通过访问权限控制，即便第三方程序对操作系统进行
了攻击，特斯拉也可以保证核心区域不受破坏。
图14：
特斯拉操作系统软件架构
数据来源：
冷酷的冬瓜公众号，
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基于Linux独立开发的OS，不断实现OTA在线升级。
由于采用开源Linux，特斯
拉可以不再依赖于软件供应商，而是自己完全掌握堆栈，一旦发现问题即可通过OTA进
行快速修正与升级，提升用户体验。
自2014年首次在ModelS上使用Version5以来，
特斯拉已通过OTA技术对其操作系统进行了多次重大升级。
表1：
特斯拉历年重大OTA升级
版本
重大更新
2014V5.9
2014V6.0
2015V6.2
2015V7.0
2016V7.1
2016V8.0
2018v9.0
2019V10.0
2020V10.1
2020V10.2
首次进入中国，在在华交付车辆ModelS上使用
手机APP远程启动，智能悬挂控制，节能睡眠模式，中文导航和地图服务，语音命令设定目的地
通过OTA为P85D提升加速度,优化主动巡航控制（TACC）
推出Autopilot自动辅助驾驶，含自动泊车、辅助转向、自动辅助变道功能
推出遥控召唤功能，提升可靠性与安全性
UI页面扁平化，优化Autopilot自动辅助驾驶，导航地图更新实时路况功能
推出自动辅助导航驾驶（NOA），搭载QQ音乐，中控触摸屏不再仅限于车辆控制和地图导航
优化障碍物显示，持续改进自动辅助变道，支持Tesla剧场，岗哨模式，增加媒体/游戏资源
推出智能召唤功能+开始配合V3充电桩
支持更多软件，升级新版本导航地图
数据来源：
特斯拉，
4.2.大众打造VW.OS平台，加快数字化转型
总结：
大众更加注重功能安全、框架标准化，采用Linux、QNX、VxWorks等多个
底层操作系统打造一体式平台，简化智能座舱、自动驾驶、车身控制等之间的交互。
优
点：
可充分利用各家供应商的已有技术优势实现快速转型。
缺点：
各家供应商标准接口、
协议并不统一，组建的系统过于复杂，仍高度依赖供应商。
大众更加注重功能安全、框架标准化，采用多个底层操作系统打造一体式平台。
大
众通过打造一个可运行多个底层系统（如Linux、QNX、VxWorks）的VW.OS平台，简
化座舱和自动驾驶的交互技术。
由于各家供应商标准接口和协议各不相同，高度依赖
AutoSAR实现中间件标准化，因此产生大量庞大繁杂的模块、组件以支持来自不同供应
商的软件。
此外，大众将建立VolkswagenAutomotiveCloud全球专属云服务后台，以实
现传统大众汽车向全新智能软件产品的转变。
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图15：
大众VW.OS操作系统
数据来源：
《Volkswagongoesadaptive》，
在软件定义汽车的大趋势下，大众软件部门正经历巨变。
2019年2月，大众成立新
软件部门“DigitalCar&Service”，致力于智能汽车云服务，并任命曾带领团队成功研发
大众MEB平台的ChristianSenger作为部门负责人。
2019年4月，大众加入开源操作系
统AGL联盟，以开源方式打造通用操作系统。
同年6月，大众准备联合5,000名数字专
家组成Car.Software部门，专注于软件操作系统“VW.OS”研发，加快数字化转型。
大
众宣称ID.3将成为首款搭载VW.OS的量产车
升级会员 