软件篇迈向SOA软件架构软件定义汽车成为现实

1、目录 HYPERLINK l _TOC_250029 1、 迈向 SOA 汽车软件架构，推动软件定义汽车成为现实 4、 软件定义汽车已为产业界共识，鲶鱼效应下车载软件需求大幅提升 4 HYPERLINK l _TOC_250028 、 为真正落地软件定义汽车理念，智能汽车软件架构向 SOA 转型升级 7 HYPERLINK l _TOC_250027 2、 短期看系统及功能软件举足轻重，长期看应用层价值更大 9 HYPERLINK l _TOC_250026 、 系统软件：操作系统的基石，支撑上层软件运行的载体 9 HYPERLINK l _TOC_250025 、 虚拟机：构建智能计算平台操

2、作系统的第一步 10 HYPERLINK l _TOC_250024 、 系统内核：汽车软件架构的核心，竞争格局高度稳定 11 HYPERLINK l _TOC_250023 、 中间件：实现软硬件解耦关键环节，海内外 Tier1 加码中间件研发 12 HYPERLINK l _TOC_250022 、 功能软件：将共性需求软件化、模块化，助力应用程序快速部署 15 HYPERLINK l _TOC_250021 、 应用程序：持续更新迭代，差异化竞争的焦点 16 HYPERLINK l _TOC_250020 、 OTA 空中升级模式普及，云端更新持续创造价值 16 HYPERLINK l

3、_TOC_250019 、 云端安全问题初现端倪，软件信息安全领域未来市场开阔 17 HYPERLINK l _TOC_250018 3、 软件定义汽车时代，多方势力角逐操作系统 18 HYPERLINK l _TOC_250017 、 面向整车厂的实时性操作系统：QNX、RT-Linux 等 19 HYPERLINK l _TOC_250016 、 QNX：世界首款通过车规级安全认证的操作系统，核心优势在于高安全性 19 HYPERLINK l _TOC_250015 、 Linux：优化后用于 RTOS，核心优势在于灵活的开发度 20 HYPERLINK l _TOC_250014 、 面

4、向整车厂的非实时性操作系统：AGL、Android 20 HYPERLINK l _TOC_250013 、 AGL:基于 Linux 的开源车载操作系统 20 HYPERLINK l _TOC_250012 、 Android：兼容性与应用生态优势显著 20 HYPERLINK l _TOC_250011 、 面向消费者的实时性操作系统：百度 Apollo、华为鸿蒙 OS 等 21 HYPERLINK l _TOC_250010 、 特斯拉 Version：基于 Linux 内核深度定制化改造 21 HYPERLINK l _TOC_250009 、 华为鸿蒙 OS：自主研发鸿蒙微内核，多域

5、覆盖提供全栈式解决方案 22 HYPERLINK l _TOC_250008 、 百度 Apollo：基于 ROS 深度定制内核，打造开源的自动驾驶软件开发平台 23 HYPERLINK l _TOC_250007 、 面向消费者的非实时性操作系统：腾讯 TAI、阿里 AliOS 等 24 HYPERLINK l _TOC_250006 、 腾讯 TAI：丰富的应用生态，提供 300 万量级服务应用扩展空间 24 HYPERLINK l _TOC_250005 、 阿里 AliOS：一站式 IoT 解决方案，构建云端一体化生态 244、 受益标的：德赛西威、中科创达、华阳集团、光庭信息（拟上市

6、） 25 HYPERLINK l _TOC_250004 、 德赛西威：卡位智能驾驶黄金赛道，绑定英伟达加码软件研发实力 25 HYPERLINK l _TOC_250003 、 中科创达：车载操作系统迎高景气度周期，5G 落地迎来新契机 25 HYPERLINK l _TOC_250002 、 华阳集团：国内智能座舱领跑者，携手华为打开成长空间 26 HYPERLINK l _TOC_250001 、 光庭信息（拟上市）：车载软件龙头产业地位日益提升，SDV 时代迎来新机遇 26 HYPERLINK l _TOC_250000 5、 风险提示 27图表目录图 1： 近年来，传统整车厂通过成立

7、子公司、成立独立部门、与其他软件商合作等模式加码车载软件研发 4图 2： 特斯拉 95%以上的已售车型已实现硬件预埋 5图 3： 预计特斯拉自动驾驶数据累计里程超过 51 亿英里 5图 4： 特斯拉基于领先的软硬件架构，实现“硬件预埋、软件收费”的商业模式 6图 5： 苹果软件及服务收入增速近年来保持在 20%左右 7图 6： 苹果公司软件服务毛利率显著高于硬件毛利率 7图 7： 预计 2030 年全球汽车软件开发市场规模将达到 500 亿美元 7图 8： 相较于传统软件架构，SOA 软件架构在进行功能改变时仅需要更新/升级部分软件 8图 9： 基于 SOA 理念的软件架构 9图 10： 智能

8、汽车软件架构自下而上包括虚拟机、系统内核、中间件、功能软件、应用程序 9图 11： 基于虚拟机技术，可运行不同类型操作系统、充分发挥芯片性能 10图 12： 系统内核是车载软件架构的基石，通过内核完成对硬件的操作控制 11图 13： 系统内核可分为微内核、宏内核、混合内核三类 12图 14： 预计系统内核竞争格局高度稳定 12图 15： AUTOSAR 将基础软件封装成包，通过标准化接口供上层应用调用 13图 16： AUTOSAR 通过标准化底层软件与硬件之间的接口来实现软硬件解耦 14图 17： AP AUTOSAR 架构遵循 SOA 理念 14图 18： AUTOSAR 在全球范围内会员

9、超过 284 个 15图 19： 东软睿驰以 AUTOSAR 标准自研 NeuSAR 中间件 15图 20： 功能软件主要包含传感器抽象模块、定位模块、感知融合模块等 16图 21： 车载操作系统可从技术端和产品端两个角度去综合定义 19图 22： QNX 基础产品包含虚拟机、微内核、软件平台 20图 23： QNX 具备较高的实时性（图为系统架构） 20图 24： 特斯拉通过 OTA 已将其系统版本从 2014 年的 V6.0 已迭代至目前的 V10.0 22图 25： 华为鸿蒙 HarmonyOS 系统架构 23图 26： 百度 Apollo 对标移动端 Android，打造开源的自动驾驶

10、软件开发平台 23图 27： 腾讯 TAI3.0 拥有丰富的应用生态 24图 28： AliOS 是基于 Linux 内核深度定制的国产车载操作系统 25表 1： 当前可提供车规级 Hypervisor 技术的厂商较少，QNX 占据市场主导地位 10表 2： Classic AUTOSAR 与 Adaptive AUTOSAR 性能对比 14表 3： OTA 升级带来的软件能力为造车新势力盈利新方向 17表 4： 部分汽车网络安全研究和事件 18表 5： Android 系统级车载 OS 呼之欲出：全栈、开源、高度可定制的平台 21表 6： 受益公司盈利预测及估值 271、 迈向SOA 汽车软

11、件架构，推动软件定义汽车成为现实我们在特斯拉系列专题报告（三）：颠覆性创新重塑汽车产业，零部件厂商破壳重生中提到，在特斯拉的引领之下，汽车 E/E 架构、软件架构、通信架构正全面升级，传统汽车产业链正在被颠覆性重塑。此外，特斯拉系列专题报告（五）：域控制器智能汽车的“大脑”中重点探讨了智能汽车中核心增量零部件域控制器的相关内容。我们认为，当 E/E 架构正由传统的分布式走向集中化时，原本孤立的 ECU相互融合为域控制器，并将以此有效减少汽车智能化升级进程中的线束成本、研发成本等，加速汽车智能化时代的到来。不过，集中化的 E/E 架构以及域控制器的诞生仅仅是汽车实现快速智能化升级的硬件基础。若要

12、完全实现软件驱动创新、软件定义汽车，还需要松耦合、易扩展的车载软件架构予以持续赋能。同时，软件亦是在智能汽车中可做到差异化最高、边际开发成本最低的领域，相比较硬件未来将具备更大的价值量。因此，本篇我们将重点讨论在汽车硬件架构快速升级的基础下软件系统的变革趋势，挖掘软件定义汽车时代，车载软件赛道的投资机遇。、 软件定义汽车已为产业界共识，鲶鱼效应下车载软件需求大幅提升 “软件定义汽车”（Software Define Vehicle）的概念最早于 2007 年 4 月份的 IEEE 会议论文中被提出，而后于 2016 年被百度自动驾驶事业部总经理再次提及，随之这一概念开始在产业界广为流传，并已逐

13、步成为产业界对于智能汽车演进方向的共识。可以看到，近年来在特斯拉的引领下，众多传统整车厂正通过成立子公司（沃尔沃、丰田、上汽、长安、一汽、吉利等）、成立软件研发部门（长城、大众、雷诺日产等）、与软件供应商合作（广汽、宝马等）三种模式加码车载软件领域布局。图1：近年来，传统整车厂通过成立子公司、成立独立部门、与其他软件商合作等模式加码车载软件研发资料来源：盖世汽车、研究所而“软件定义汽车”之所以能够在现在时点下成为众多整车厂、传统供应商及互联网科技公司的共识，究其原因，我们认为主要源自于以下两方面：特斯拉率先落地“硬件为流量入口、软件为收费服务”的模式，鲶鱼效应显著。特斯拉基于领先的硬件实力（高

14、算力 AI 芯片、集中化 E/E 架构、以太网通信等），通过自研 AI 操作系统率先实现“数据采集-训练学习-部署”的数据闭环，迈向软件开发 2.0 时代（也即去人力化、以机器学习为主的进化模式）。根据 MIT 学术研究员 Lex Fridman 统计，截至 2020Q1，所有特斯拉已售车型中，95%以上已实现了自动驾驶相关硬件的预埋。截至 2020 年，预计所有特斯拉已售车型的自动驾驶里程数总和将超过 51.3 亿英里。同时，基于这种数据闭环，特斯拉早在 2012 年便已在 Model S上率先实现整车 OTA，从而推动整车厂在产业链的中角色由传统的汽车生产制造商（“卖硬件”），升级为综合性

15、的出行服务供应商（“卖服务”），并且可以为消费者提供全生命周期的软件增值服务（“卖软件”），颠覆性改变了传统汽车行业的商业模式。根据特斯拉官网数据统计，在 2012-2019 年间特斯拉已完成超过 142 次的 OTA 升级（潜在问题改善 11 次、全新功能导入 67 次、交互界面逻辑等优化 64 次），涉及自适应巡航、自动紧急刹车系统、360全景视图、并道辅助等多项功能，系统版本从 2014 年的 V6.0 已迭代至目前的 V10.0。总体而言，特斯拉作为智能汽车的引领者，其在产业界的示范效应已不言而喻。基于现有数据闭环及软件架构，特斯拉可实现快速的软件迭代升级，进而建立软件付费模式，进一步

16、打开盈利空间。由此所带来的鲶鱼效应，促使传统整车厂加速转型布局车载软件领域，软件定义汽车时代正加速到来。图2：特斯拉 95%以上的已售车型已实现硬件预埋图3：预计特斯拉自动驾驶数据累计里程超过 51 亿英里资料来源：Lex Fridman资料来源：Lex Fridman图4：特斯拉基于领先的软硬件架构，实现“硬件预埋、软件收费”的商业模式资料来源：特斯拉、研究所软件才能形成差异化，以软件驱动创新，边际开发成本更低复盘智能手机发展路径来看，随着屏幕尺寸、摄像头像素、CPU 性能等硬件竞争的愈演愈烈，智能手机的硬件体系逐渐固化，各品牌手机硬件同质化严重。由此导致了手机平均更换周期延长（根据 Sta

17、tista 数据统计，全球手机平均替换周期已由 2013年的 25.6 个月延长至 2019 年的 33.2 个月）。而对于手机厂商而言，纯粹的硬件产品收入增速也随着手机替换周期延长、全球手机渗透率达到瓶颈等因素逐步放缓。根据苹果公司年报数据统计，其近年来 iphone 产品收入增速已显著下滑。但相比较而言，以 App Store 为核心的软件收入近年来增速持续保持在 20%以上，并且亦具备更高的毛利率水平。从长期来看，苹果软件收入的背后是强大的 iOS 生态，根据 2020年苹果 WWDC（全球开发者大会）官方数据统计，苹果全球应用开发者数量已经超过 2300 万人，具备持续的更新迭代能力。

18、回看汽车行业，目前，传统整车厂及 Tier1已纷纷开启智能化转型，主控芯片的算力军备竞赛已经开始，正如智能手机浪潮伊始之时，各个厂商争相提升摄像头、屏幕以及处理器等配置。而当硬件配置竞赛达到白热化阶段时，软件层面的竞争则更能体现差异化竞争力。同时，软件的边际开发成本更低，更易满足用户千人千面的需求，且完善的软件生态亦可为整车厂树立更加牢固的护城河、打造更为差异化的品牌特征，从而反向推动新车的销量。根据 McKinsey analysis 数据预计，2030 年全球车载软件市场规模将有望达到500 亿美元。图5：苹果软件及服务收入增速近年来保持在 20%左右图6：苹果公司软件服务毛利率显著高于硬

19、件毛利率2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 202040.0%30.0%20.0%10.0%0.0%-10.0%-20.0%iphone/Mac等产品收入增速软件及服务收入增速80.0%70.0%60.0%50.0%40.0%30.0%20.0%硬件毛利率服务毛利率数据来源：苹果公司年报、研究所数据来源：苹果公司年报、研究所图7：预计 2030 年全球汽车软件开发市场规模将达到 500 亿美元数据来源：McKinsey analysis、研究所、 为真正落地软件定义汽车理念，智能汽车软件架构向 SOA 转型升级集中化的 E/E 架构是实现软件定义汽车的硬件基础

20、，SOA 架构则是实现软件定义汽车的软件基础。传统的分布式 E/E 架构下，汽车采用的是“面向信号”的软件结构， ECU 之间通过 LIN/CAN 等总线进行点对点通信。并且，此时 ECU 的信号收发关系和路由信息是静态的（已在 ECU 软件的编译阶段完成预设），如果要新增或升级某项功能，除了要修改与该信号相关的所有 ECU 软件外，还需要对总线的网关配置、节点的数量等进行修改。因此，在传统的通信及 ECU 软件架构设计中，通讯网络关注的重点在于各类信号能否准确、高效的在车内进行收发传导。而随着汽车智能化升级需求的快速增长，传统通讯网络及软件架构设计中扩展性差、升级和移植成本高等问题逐渐凸显，

21、例如若想新增某项软件应用或服务，仍需要从头建立一个新的基础软件环境。因此，为解决以上问题，汽车行业借鉴 IT 行业发展经验，提出 SOA（面向服务）软件架构。SOA（Service Oriented Architecture）软件架构并非一类特定的软件产品，而是一种软件架构设计的理念，其核心思想是将每个控制器的底层功能以“服务”的形式进行封装，一个服务即是一个独立可执行的软件组件，并对其赋予特定的 IP 地址和标准化的接口以便随时调用，最终通过对这些底层功能的自由组合，以实现某项复杂的智能化功能。我们以新增 Model X“跳舞”功能的方式为例，具体说明 SOA 软件架构的优势所在：“跳舞”功

22、能的实现包含音乐、车身、前后运动等多方面，与之对应的是座舱、车身、底盘中的多个控制器，若在传统软件架构下实现该功能，则需要对与该功能链路上所有相关的控制器软件进行重新编译，并通过 LIN/CAN 总线实现信号的传递。而在SOA 软件架构下，我们可将各个控制器所能贡献的部分抽象为一种“服务”，如“灯光控制服务”、“语音交互服务”等，然后仅需要对“跳舞”APP进行编写，对以上基础服务予以调用，即可实现这一功能。图8：相较于传统软件架构，SOA 软件架构在进行功能改变时仅需要更新/升级部分软件资料来源：上汽集团软件中心、研究所SOA 软件架构下的底层软件具备接口标准化、相互独立、松耦合三大特点。在

23、SOA软件架构之下，各个“服务”（底层软件）具有以下三个特点：（1）标准化：各个“服务”间具有界定清晰的功能范围，并且留予标准化的访问接口（由第三方代码编码而成），以便于其他控制器在进行功能变更或升级时进行订阅。（2）相互独立：每个服务之间相互独立且唯一，均属于汽车软件架构中的基础软件，因此若想升级或新增某项功能只需通过标准化的接口进行调用即可。（3）松耦合：底层软件独立于车型、硬件平台、操作系统以及编程语言。可以将传统中间件编程从业务逻辑分离，允许开发人员集中精力编写上层的应用算法，而不必将大量的时间花费在更为底层的技术实现上。总体而言，SOA 架构的本质是将原本相互分散的 ECU 及其对应

24、的基础软件功能模块化、标准化，将各个应用区域相互解耦，重新部署为分层式的软件架构，汽车可在不增加或更换硬件的条件下通过不同的软件配置为驾驶员提供不同的服务，从而实现千人千面。以上汽零束SOA 软件架构为例，将实现“T+0+1+7”的迭代速度，也即在新的应用场景可于“T+0”快速上线；新的轻应用可于“T+1”快速上线；新的 APP 则可在“T+7”时快速上线。并且基于标准化的服务接口，开发过程的参与者将不再局限于整车厂，还将包括第三方应用厂商甚至个人开发者，最终旨在构建类似于智能手机上 iOS/安卓的开发平台。目前，欧洲主要车厂，如宝马、大众、戴姆勒等采用 AP AUTOSAR 统一标准来构建S

25、OA 基础软件平台；而国内车厂在纷纷成立软件中心的同时亦建立 AUTOSEMO 联盟，构建国内本地化的软件开发标准。 此外，亦有华为、特斯拉基于Linux 系统自建分层、模块化基础软件平台。图9：基于 SOA 理念的软件架构资料来源：地平线2、 短期看系统及功能软件举足轻重，长期看应用层价值更大在 SOA 软件架构设计理念之下，汽车软件架构走向分层化、模块化，使得应用层功能够在不同车型、硬件平台、操作系统上复用，并且可以通过标准化接口对应用功能进行快速迭代升级。进一步来看，软件架构按层级自下而上大致可分为系统软件（虚拟机、系统内核、中间件）、功能软件以及应用程序层三部分。短期来看，若想真正在汽

26、车上落地 SOA 软件架构，虚拟机技术、系统内核及中间件等系统软件将至关重要；长期来看，在 SOA 架构构建成熟后，丰富的应用生态具备更大的价值空间。图10：智能汽车软件架构自下而上包括虚拟机、系统内核、中间件、功能软件、应用程序资料来源：研究所、 系统软件：操作系统的基石，支撑上层软件运行的载体在智能汽车的嵌入式操作系统中，系统软件是最为基础的部分，通常包括系统内核、中间件、虚拟机三大部分。同时，通过系统软件平台集成虚拟机、系统内核、中间件等组件，可为上层功能软件提供一个稳定、高效、安全的运行环境，以及与硬件无关的应用开发接口。、 虚拟机：构建智能计算平台操作系统的第一步虚拟机技术的引入是实

27、现软件定义汽车的第一步。汽车从硬件角度来看，智能汽车中无论是 E/E 架构还是主控芯片，都存在显著的集中化趋势，其中 E/E 架构由分布式走向域集中，主控芯片由单一的CPU 走向包含AI 单元的 SOC 芯片。而在硬件资源集中化的背景下，传统的基于总线和网关的物理保护屏障被打破，使得不同安全等级的应用不得不共享同一个计算平台。此时，可保障各类应用系统具备一定隔离性的虚拟机（Hypervisor）技术，将成为实现高性能智能驾驶操作系统的关键。举例来看，在座舱域控制器中，由于产品属性的不同，需要运行不同类别的操作系统，比如 QNX 负责安全要求等级较高的仪表、安卓则用于更强调应用生态的信息娱乐系统

28、。通过 Hypervisor 技术可以将以上不同的操作系统运行在同一个主控芯片之上。如此以来，智能汽车中的硬件资源和软件资源可以根据终端产品需求的不同，灵活的在各类操作系统中给予分配，从而更好的发挥芯片性能、降低硬件成本。图11：基于虚拟机技术，可运行不同类型操作系统、充分发挥芯片性能资料来源：研究所当前可提供车规级 Hypervisor 技术的厂商较少，QNX 凭借高安全等级占据市场主导地位。从竞争格局来看，由于车载虚拟机技术要求安全等级较高（需通过ASIL D级安全认证），因此仅少数的头部厂商可提供该产品，市场份额高度集中。目前，产业内主要的虚拟机技术包括黑莓的QNX Hypervisor

29、、瑞萨的 COQOS Hypervisor、英特尔的ACRN、大陆集团的L4RE 等。其中，QNX Hypervisor 2.0 是全球首款通过 ASIL D 安全认证的商用虚拟机，能够支持在单一芯片上运行 QNX Neutrino、Linux 以及 Android 等多个操作系统，已广泛被国内外整车厂及 Tier1 采用。QNXACRNXEN(Mobica)COQOSL4REVOSySmonitor入门费（万美元）21免费免费15（估计）免费免费代码行数20K25K290K30K31K100K（估计）英特尔与Unix 基 Unix 基金会、德国大陆汽车旗主导企业或机构黑莓瑞萨法国 VOSyS

30、金会Mobica、ARM下 Elektrobit支持 SoC 平台英特尔 A3900 系列、英特尔 E3900、联发科高通 s8155、NXP瑞萨 R-Car 3MT2712，瑞萨表1：当前可提供车规级 Hypervisor 技术的厂商较少，QNX 占据市场主导地位QNXACRNXEN(Mobica)COQOSL4REVOSySmonitorNXP LMX8 系列、高通 820s 系列、瑞萨 R-CAR 3A3900 系列MT2712LMX8、NXPS32G、瑞萨 R-Car 3R-Car 3，Xillinx Zynq UltraScale+ MPSoC，瑞萨RZ/N1D安全等级ASIL DA

31、SIL BASIL CTier 1 支持伟世通、电装、博世、三星哈曼、东软、松下、佛吉亚电子德国大陆汽车马瑞利LG（歌乐与 Parrot）中国区支持中科创达、南京诚迈英特尔中国资料来源：程序员的算法笔记、研究所、 系统内核：汽车软件架构的核心，竞争格局高度稳定内核是系统软件中最核心的部分，是软件架构中直接且唯一可对接硬件资源的部分。操作系统通过采用输入输出语句控制下层硬件，并将硬件控制命令集成于内核的库函数系统调用（System Calls），上层应用程序通过访问系统内核进而调用硬件资源。以“驾驶员通过与车内液晶屏幕交互使得汽车自动打开天窗”为例，需要经历下面的几个流程：（1）通过 HMI（H

32、uman Machine Interface，人机交互）层。将驾驶员的生理信号通过液晶屏幕进行压力触碰识别，转换为电输入信号。（2）通过应用程序层。由电输入信号启动与压力触碰相对应的应用程序。（3）通过中间件层。应用程序向下需要首先经过中间件，需要向中间件获得相应的计算资源和网络通信来继续向下传递信号。（4）进入系统内核。当信号传入内核中，内核会根据输入信号的强弱（即中间层分配的计算资源和网络通信大小）为该应用程序规划并调度相应的机械单元完成目标操作。总体来说，内核在整个流程中起到调度硬件、协调实施的重要作用。图12：系统内核是车载软件架构的基石，通过内核完成对硬件的操作控制资料来源：研究所进

33、一步来看，系统内核具备较高的技术壁垒，QNX 和 Linux 市场份额占据 90%以上，竞争格局稳定。系统内核具体可分为微内核、宏内核及混合内核三种：（1）微内核是系统内核的一种精简形式。通常而言，系统服务层和内核集成在一起，而微内核将系统服务层分离出来，变成可以根据需求加入的选件，由此可以提供更好的可扩展性和更加有效的应用环境。微内核具有代码量和漏洞少、可扩展性高的优点，但内核与服务层间的频繁通信会降低系统整体性能。根据思迈汽车信息咨询公司 2019 年的相关数据，QNX Neutrino 微内核在车控操作系统/车载操作系统中市占率分别为 90%/50%以上，截至 2020 年 6 月已搭载

34、于超 1.75 亿车辆，具备垄断地位。（2）宏内核同样管理着用户程序和硬件之间的系统资源，但是在宏内核架构中，用户服务和内核服务在同一空间中实现。具体而言，内核可以代表内核进程运行代码，即内核进程；当用户进程经过系统调用或者中断进入到内核态时，内核也可以代表它运行代码。因此，宏内核需要管理的资源多于微内核，其大小相对微内核更大一些。性能高的同时也带来了维护困难的缺点。Linux 和 WinCE 为宏内核产品，同时由于 Linux 开源从而更易扩展应用生态，因此常用于车载信息娱乐系统之中。（3）混合内核包含了两个或两个以上的内核，是华为等研发能力较强企业由宏内核向微内核发展的过渡方案。2019

35、年发布的鸿蒙OS 1.0 采用了混合内核结构，即同时搭载了 Linux内核、自研的鸿蒙微内核和 Lite OS 作为当前的技术过渡方案。由于系统内核开发难度最大，且安全性要求最高，因此少有厂商涉足该领域，竞争格局亦最为稳定。根据 IHS Automotive 数据统计，系统内核目前主要以 QNX 和开源的 Linux 为主，两者合计市占率已近 90%（包含车机和车控两类）。图13：系统内核可分为微内核、宏内核、混合内核三类资料来源：研究所图14：预计系统内核竞争格局高度稳定100%90%80%70%60%50%40%30%20%10%0%2014201520162017E2018E2019E2

36、020E2021E2022ELinux(Android)QNXWinCEOthers数据来源：IHS Automotive、研究所、 中间件：实现软硬件解耦关键环节，海内外 Tier1 加码中间件研发中间件是一类提供系统软件和应用软件之间连接、便于软件各部件之间沟通的软件，应用软件可以借助中间件在不同的技术架构之间共享信息与资源，根据功能领域的不同具体可分为通信中间件、数据存储中间件、安全中间件等多种。中间件位于客户机服务器的操作系统之上，管理客户机与系统软件之间的计算资源和网络通信。通过对底层软件模块的封装和接口标准化，可以将硬件功能抽象化并将其通过标准化接口提供给上层软件开发者，实现软硬件

37、分离。同时推动跨平台开发，减少设计的复杂性，从而消除了多次重新开发相同软件的问题。目前，应用在汽车领域的中间件主要包括 AUTOSAR、OSEK、QNX 等，满足最高等级的功能安全需求，其中 AUTOSAR 由于其应用的广泛性、方法论的成熟性，拥有最广泛的开发生态，且已有 EB、VECTOR、ETAS、东软睿驰、华为等多家软件供应商可基于 AUTOSAR 架构提供具有差异化的中间件解决方案。 从 CP AUTOSAR 到 AP AUTOSAR，助力整车厂构建 SOA 软件架构AUTOSAR 是汽车行业内最著名的中间件方案，由众多整车厂与供应商联合制定，其核心在于对各个软件接口进行标准化定义。2

38、003 年，整车厂与供应商为降低汽车电子系统软件的开发成本、同时更加便捷有效的对其进行管理，共同建立了汽车开放系统架构（AUTOSAR）。AUTOSAR 架构中对各功能模块进行了封装，并对模块与模块之间的接口进行了标准化，从而实现了汽车软件与硬件的解耦。以经典 AUTOSAR 为例，AUTOSAR 平台运行于微处理器（MCU）之上，并将汽车的软件架构抽象为基础软件层、运行环境层以及应用软件层三部分：（1）基础软件层（BSW）包括微控制器抽象层、ECU 抽象层、服务层、复杂设备驱动层四部分，是将硬件“软化”的第一步。其主要作用是将各类标准化的基础软件服务功能封装起来供应用层调用（本身并不参加实际

39、工作），包括系统服务、内存服务、通信服务等。（2）运行环境层（RTE）是 AUTOSAR 系统的核心枢纽，其通过标准化的接口（分为标准化接口、AUTOSAR 接口、标准化的 AUTOSAR 接口三类）将上层应用软件与基础软件层进行连接，使得应用层可以通过RTE 的接口函数来调用基础软件服务。（3）应用软件层则是负责实现汽车中各类具体功能。图15：AUTOSAR 将基础软件封装成包，通过标准化接口供上层应用调用资料来源：AUTOSAR 官网图16：AUTOSAR 通过标准化底层软件与硬件之间的接口来实现软硬件解耦资料来源：研究所经典AUTOSAR 是以“面向信号”软件架构为背景下的产物，当软件架

40、构迈向 SOA时，AP AUTOSAR 将开始被广泛应用。在传统“面向信号”的软件架构中，CP AUTOSAR 的引入虽然可以有效解决应用程序与底层软件强耦合的问题，降低应用程序的开发成本，但各个 ECU 的信号收发关系和路由信息已在 ECU 软件的编译阶段完成预设，后期难以大幅修改、批量升级。因此，在 SOA 软件架构理念下， AUTOSAR 于 2017 年提出 AP AUTOSAR 平台，平台由根据服务和 AP AUTOSAR 基础分组的多个功能栈组成。相比较 CP AUTOSAR，AP AUTOSAR 具备可灵活在线升级、硬件资源连接虚拟化（不局限于线束的连接关系、可通过互联网连接），

41、支持高性能计算等优势，更适用于功能需求快速迭代的智能驾驶时代。图17：AP AUTOSAR 架构遵循 SOA 理念资料来源：研究所比较项Classic AUTOSARAdaptive AUTOSAR表2：Classic AUTOSAR 与 Adaptive AUTOSAR 性能对比使用语言C 语言C+语言实用性硬实时软实时传统 ECU，如 ECM、VCV、适用场景BMS、MCU 等自动驾驶、车联网、域控制功能升级开发后功能固定可灵活在线升级安全等级最高到 ASILDASILB（最高到 D）比较项Classic AUTOSARAdaptive AUTOSAR应用架构主要通信方式FOA 架构（fu

42、nction-oriented architecture）基于信号的静态配置通信方式（CAN、LIN）SOA 架构（service-oriented architecture）基于服务的 SOA 动态通信方式（SOME/IP）操作系统AUTOSAR OS（OSEK OS）POSIX OS（Linux、QNX）资料来源：AUTOSAR 官网、研究所龙头企业加码中间件研发，打造从硬件至基础软件的完整解决方案中间件作为一种基础软件，其关键在于能否通过制定一套可行的架构和标准的开发方法论，把汽车软件开发人员从大量重复的研发工作中解放出来。因此，产业链对其的认可程度将决定其能否获存活，例如 AUTOSA

43、R 标准之所以可以得到广泛应用，得益于其在全球拥有超过 284 个会员（截至 2020 年 5 月），核心成员包括宝马、博世、德国大陆、戴姆勒等全球龙头整车厂及Tier1。历史上来看，经典AUTOSAR 标准下的开发工具链及基础软件几乎被海外 Tier1 所垄断，包括 EB（Continental 子公司）、ETAS（Bosch 子公司）、VECTOR 等。而随着汽车产业的智能化转型升级，AP AUTOSAR 逐渐登上历史舞台，各个传统 Tier1 及科技公司亦相继发布新一代中间件解决方案。例如，2020 年 7 月，博世推出针对高级自动驾驶应用的中间件 Iceoryx，兼容ROS2 和AP

44、AUTOSAR 的接口，满足不同开发阶段的需求。2020 年 12 月，采埃孚发布中间件 ZF Middleware，提供可以集成到整车制造商软件平台的模块化解决方案，将于 2024 年搭载在量产车辆上。国内方面，此前行业内汽车基础软件架构标准及产业生态整体较为落后，而在产业智能化转型升级的趋势下，部分国内厂商紧抓 AP AUTOSAR 应用趋势，相继迈向中间件及其工具链的研发。例如，华为发布的智能驾驶域控制器MDC 及支持和兼容AP AUTOSAR 架构，东软睿驰基于AUTOSAR标准所定制化开发的基础软件NeuSAR 等。可以看到，海内外 Tier1 在中控仪表、域控制器、摄像头等硬件领域

45、相继进行智能化转型升级的同时，亦开始渗透底层基础软件的开发，从而打造可提供从硬件到基础软件完整解决方案的能力，进一步助力降低整车厂研发成本，加快新产品落地。图18：AUTOSAR 在全球范围内会员超过 284 个图19：东软睿驰以AUTOSAR 标准自研NeuSAR 中间件资料来源：AUTOSAR 官网资料来源：东软睿驰、 功能软件：将共性需求软件化、模块化，助力应用程序快速部署由于智能驾驶涵盖多种跨行业技术，在软件层面具备较高的复杂性，单一厂商很难在系统软件之上完成端到端的设计，因此只有实现功能软件化、模块化、标准化，使得产业链各方力量各抒己长（例如算法公司专注于感知或规控等算法、Tier1

46、 亦可专注自己擅长的模块），整车厂才能根据功能软件框架进行集成、灵活配置，从而推动智能网联产品快速落地。功能软件目前的整体集成由整车厂主导，而各个功能模块的研发由软件供应商与整车厂合作完成，其中主要包含自动驾驶通用框架模块、传感器抽象功能模块、感知融合功能模块、预测功能模块、定位功能模块等。我们以感知融合功能模块为例，进一步来说明此类功能软件的作用：在日常的车辆运行过程中，周围的交通环境会因为天气、拥堵程度等不可控因素而变得十分复杂，因此仅靠单一的传感器难以适应全工况、全天候的环境感知，此时就需要不同特性的传感器相互配合，从而提升感知的性能和可靠性。而感知融合功能模块便是将各类不同特性的传感器

47、的测量结果（包括车辆状态、车辆模型等）抽象化后，完成在数字世界中对环境模型的构建，最终输出至自动驾驶预测和决策模块。总体而言，功能软件对智能驾驶中的一些共性需求进行有效抽象，并将其软件化、模块化、标准化，结合系统软件共同构建完整的操作系统，并且配合成熟的工具链使得整车厂可以快速实现智能驾驶应用功能的部署。图20：功能软件主要包含传感器抽象模块、定位模块、感知融合模块等资料来源：中国智能网联汽车产业发展报告、研究所、 应用程序：持续更新迭代，差异化竞争的焦点应用程序是基于操作系统之上独立开发的软件程序，亦是各汽车品牌差异化竞争的焦点。应用算法差异化不仅涵盖智能座舱（车载信息娱乐系统 IVI、车联

48、网、人机交互、中控系统、ADAS、智能座椅等），也包括智能驾驶（L1L5 级智能驾驶等级）领域。同时伴随着云端软件复杂性的提高，车载网络信息安全(检测与防卫远程攻击)也将逐步成为未来应用算法的关注焦点。、 OTA 空中升级模式普及，云端更新持续创造价值OTA（Over-The-Air Technology，空中下载技术）指通过车端与云端通信升级车内系统，是车企从静态出售硬件到动态服务创收的战略转型所依赖的重要技术，也成为了车企差异化竞争的重要赛道。OTA 升级创新了车企的产销模式，大大缩短了研发和交付周期，车企可通过添加软件补丁和解锁预埋硬件功能在智能汽车全生命周期内持续创造价值。根据美国科技

49、媒体 Electrek 统计，截至 2019 年特斯拉已通过出售 FSD 套件实现收入超过 10 亿美元。具体来看，以特斯拉为例，OTA 升级流程包括三步：（1）由软件供应商生成更新包传输给云端服务器。（2）由车辆网联模块接收并下载更新包。（3）由网关/OTA Manager 调用并向车载ECU 分配更新包。据此，可将OTA 分类为 SOTA（Software-Over-The-Air）和 FOTA（Firmware-Over-The-Air）：（1）FOTA 可以实现大多数核心 ECU 层面的升级，包括更改电池、电机、发动机、变速箱等控制件以改善续航能力和加速性能，比如Model 3 通过

50、OTA 将百里加速时间由 4.6 秒提升为 4.1 秒。FOTA 过程需要压缩更新包于待升级的嵌入式设备中，同时需要借助算法提升更新效率，因而对底层固件开放权限和差分算法要求较高，目前仅有特斯拉、蔚来等少数车厂能够实现 FOTA。（2）SOTA 仅实现应用软件层面的升级，大部分车企已具备SOTA 技术。表3：OTA 升级带来的软件能力为造车新势力盈利新方向特斯拉蔚来理想小鹏威马产品上市时间2019 年2018 年2019 年2020 年2018 年代表车型Model 3ES8理想 ONEP7EX5/EX6自动驾驶系统Autopilot 3.0NIO Pilot-Xpilot 3.0Living

51、 Pilot自动驾驶传感器组合1 个毫米波雷达+12 个超声波雷达+3 个前置/感知摄像头+6 个环视摄像头5 个毫米波雷达+12个超声波雷达+3 个前置/感知摄像头+4个环视摄像头+1 个1 个毫米波雷达+12个超声波雷达+1 个前置/感知摄像头+4个环视摄像头5 个毫米波雷达+12个超声波雷达+9 个前置/感知摄像头+4个环视摄像头+1 个3 个毫米波雷达+12 个超声波雷达+1 个前置/感知摄像头+4 个环视摄像头自动驾驶软件费用国内选装 FSD 价格6.4 万元至 2012 年推出后，基NIO Pilot 精选包 1.5万元；全配包 3.9 万元Xpilot 3.0 软件升级车内摄像头

52、车内摄像头车载智能系统-NOMI OS-Xmart OSLiving Engine智能语音助手KittNOMIWIKI小 P小威中控屏与仪表尺寸15 寸11.3 寸+9.8 寸16.2 寸+12.3 寸14.96 寸+10.25 寸12.8 寸+12.3 寸价格 3.6 万元，支付免费免费车款一次性购买价格为 2 万元累计新增功能 59+，OTA 技术本实现一至两周一次累计新增功能 131+， 自上市后已完成 6 次累计优化功能 1900承诺每 3 个月更新一小更新 资料来源：盖世汽车、研究所累计优化功能 280+OTA次、 云端安全问题初现端倪，软件信息安全领域未来市场开阔“软件定义汽车”不

53、仅体现在开发端代码量的指数式增长，云端软件复杂性的提高还给联网车辆带来了许多难以追踪的新型信息安全风险。在传统汽车的 E/E 架构下，程序员通过在ECU 中独立嵌入预先设置好的代码来满足功能需求，而在新一代汽车的 SOA 架构下，越来越多的应用层接入云端，使得车载网络在以前独立的电子领域（例如信息娱乐，ADAS 和动力总成）之间建立连接。这些连接为通过汽车传播的新型网络攻击提供了渠道，由于可以利用一个系统中的软件漏洞来提供对其他系统的访问，跨车辆研究不同软件堆栈的开发人员很少协调修复系统安全漏洞。且由于软件功能品类繁多，跨模块的更新很困难，并且潜在“攻击面”的数量会随着所连接的自动驾驶系统数量

54、增加而递增。根据 Upstream Security 发布的 2020 年汽车网络安全报告显示，自2016 年至2020 年1 月，汽车网络安全事件的数量增长了605%。时间研究和事件描述表4：部分汽车网络安全研究和事件2015 年Charlie MillerChris Valasek 远程破解了 JEEP 汽车，导致其召回了 140 万辆汽车2016 年日产 LEAF 汽车 API 遭泄露，黑客可远程控制Troy Hunt 发现了日产聆风手机 APP 存在漏洞，全球停止2016 年2016 年NissanConnect 服务腾讯科恩实验室实现了远程无接触式破解 Tesla，可以在驻车状态和行

55、驶状态下远程控制2017 年腾讯科恩实验室再次实现了远程无接触式破解 Tesla资料来源：车载信息安全技术要求白皮书、研究所具体来看，在软件信息安全领域，以腾讯和 360 公司为代表的老牌互联网公司凭借着强大的 IT 网络安全技术优势，对以特斯拉为代表的智能网联汽车开展了大量研究。常用的车联网攻击程序渗透路径可归纳为：（1）接入系统。即通过车内开放式的网络连接端口接入车载服务电子系统，进而采用传统分析方法找出应用服务中的安全漏洞，获取多个车载系统权限。（2）避开检测。由于各自独立的 ECU 间通过 CAN总线相连，获得 CAN 总线的权限即代表掌握了车体控制电子系统的命脉。所以其往往采用技术手

56、段绕过部分ECU 的固件完整性检测机制，刷新相应固件来获得向 CAN总线读写数据的能力。（3）实施控制。最终通过将伪造的数据包注入到 CAN 总线，实现在驻车模式或行驶模式下对汽车的远程无物理接触式控制。总体来看，随着汽车智能网联化进程的加速，软件功能的问题引发大规模的产品召回，直接导致客户安全风险增加，对整车厂造成生产延期、预算超支等不良影响。为此，车载信息安全行业需求渐起，软件信息安全领域的进步正为智能网联汽车的发展提供强有力的支持。3、 软件定义汽车时代，多方势力角逐操作系统软件定义汽车时代，操作系统将是智能网联汽车竞争的焦点。我们从技术角度和产品角度两个维度去定义操作系统类型。从技术角

57、度来看，车载操作系统可分为实时操作系统和非实时操作系统。分别来看，所谓实时操作系统，是指系统接收到输入信号后，能够在短时间内处理完毕并予以反馈，并且其处理任务的（最迟）完成时间是确定可知的，具备较高的安全性与可靠性。因此实时操作系统往往应用于车控领域，包含传统的车辆动力、底盘、车身以及新兴的自动驾驶等。非实时操作系统则广泛应用于座舱娱乐等领域，更加注重兼容性与开发生态。从产品角度来看，车载操作系统可分为面向整车厂和面向消费者的两类。其中，面向整车厂的操作系统多被用于二次开发或消费者无法直接交互感知的领域，因此其自身并不具备品牌效应。面向消费者的操作系统，以市场产品化为目的和检验标准，具备一定的

58、品牌溢价，大多数厂商是基于Linux 内核裁剪和配置，然后加上自己设计的 UI 而成。整体来看，以上两种对车载操作系统的定义相互交叉，面向整车厂的实时性操作系统包括 QNX、RT-Linux、VxWorks 等；面向整车厂的非实时性操作系统主要为 Android、 AGL 等。面向消费者的实时性操作系统包括特斯拉 Version、百度 Apollo、华为鸿蒙 OS 等；而面向消费者的非实时性操作系统则包括小鹏 Xmart.OS、阿里Ali.OS 等。图21：车载操作系统可从技术端和产品端两个角度去综合定义资料来源：研究所、 面向整车厂的实时性操作系统：QNX、RT-Linux 等、 QNX：世

59、界首款通过车规级安全认证的操作系统，核心优势在于高安全性QNX 是世界上第一款通过ISO 26262 ASIL 级安全认证的车载操作系统，母公司黑莓所拥有的 80+项安全认证和数千项安全相关专利将为其安全性持续赋能。从技术端来看，QNX 采取微核心架构，操作系统中的多数功能均以许多小型 Task 来执行，这样的架构使得用户和开发者可以关闭不需要的功能而不需要改变操作系统本身。得益于这种执行模式，QNX 系统中的各项功能与应用能在不影响互相间稳定性的前提下整合运算资源，在高安全性的同时保障其运算效率。从产品端来看，公司产品覆盖基础系统软件（QNX Neutrino RTOS、QNX Hyperv

60、isor、QNX SDP）、安全认证产品（QNX OS for Safety 等）、安全解决方案（BlackBerry Jarvis、BlackBerry QNX OTA等）、中间件（声学管理、ADAS 等）四大领域。同时，为确保软件的安全性，QNX开发生态较为封闭，黑莓是 QNX 的唯一开发者，其他厂商在使用时需支付费用。根据黑莓公司官网数据统计，截至 2020 年 6 月底，全球已有超过 1.75 亿辆汽车已搭载 QNX 系统，车用市场占有率达 75%。德尔福、大陆、电装等Tier1 的基础软件层都是在 QNX 系统上搭建的，而其合作伙伴既包括小鹏、威马等新势力车企，也包括宝马、奥迪、保时