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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年的亿元提升至年的亿元，CAGR超过+15.2%；ADAS方面，我国自动驾驶市场规模将由年的亿元提升至年的亿元，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。

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。

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/Tier1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、RTLinux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。

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、百度CarLife、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.年全球汽车广义操作系统市场达亿美元

年全球汽车广义操作系统市场规模达亿美元，未来五年CGAR+13.1%。我们重点参照了Mckinsey分析数据，年全球汽车广义操作系统（功能软件、狭义操作系统、中间件）市场规模达亿美元，到年达亿美元，CGAR+13.1%；到年达亿美元，十年CAGR+9%。

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。

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，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。

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4年哈曼国际将QNX系统收入囊中；于年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ISOASIL-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。

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（QNXPlatformforDigitalCockpits）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

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