智能汽車車載OS行業(yè)報(bào)告：車載操作系統(tǒng)和中間件

1、計(jì)算機(jī)行業(yè)深度報(bào)告 智能汽車深度系列之二：車載操作系統(tǒng)和中間件帶來(lái)的機(jī)遇目 錄一、操作系統(tǒng)是汽車軟件的核心，車企角力車載 OS.5二、中間件對(duì)于汽車軟硬件解耦具有重要意義 . 112.1 車載中間件解決方案盤點(diǎn) .112.1.1 AUTOSAR：目前應(yīng)用范圍最廣的車載電子系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范2.1.2 ROS 2：可支持自動(dòng)駕駛場(chǎng)景的中間件121418192.1.3 Iceoryx：博世自主研發(fā)的針對(duì)高級(jí)自動(dòng)駕駛應(yīng)用的通信中間件2.1.4 其他通信中間件：SOME/IP 與 DDS 等2.2 車載中間件有望成為國(guó)內(nèi)汽車軟件供應(yīng)商的機(jī)遇點(diǎn) .23三、相關(guān)公司介紹.253.1 中科創(chuàng)達(dá)：深耕操作系統(tǒng)底層技

2、術(shù)多年，具備提供全棧式解決方案的能力 .253.2 光庭信息：國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的智能汽車軟件服務(wù)商.263.3 東軟集團(tuán)：東軟睿馳是國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的操作系統(tǒng)及中間件解決方案提供商.273.4 經(jīng)緯恒潤(rùn)： 在 AUTOSAR 軟件產(chǎn)品方面具有深厚積累.28風(fēng)險(xiǎn)提示.29有關(guān)分析師的申明，見(jiàn)本報(bào)告最后部分。其他重要信息披露見(jiàn)分析師申明之后部分，或請(qǐng)與您的投資代表聯(lián)系。并請(qǐng)閱讀本證券研究報(bào)告最后一頁(yè)的免責(zé)申明。2-計(jì)算機(jī)行業(yè)深度報(bào)告 智能汽車深度系列之二：車載操作系統(tǒng)和中間件帶來(lái)的機(jī)遇圖表目錄圖 1：智能汽車軟硬件架構(gòu)概覽.5圖 2：廣義 OS 與狹義 OS .6圖 3：三類車企自研操作系統(tǒng) .7圖 4：Andr

3、oid 內(nèi)核架構(gòu).8圖 5：AliOS 操作系統(tǒng)演進(jìn)三部曲戰(zhàn)略.9圖 6：全球廣義操作系統(tǒng)市場(chǎng)規(guī)模（億美元） .10圖 7：中間件對(duì)于推動(dòng)汽車軟硬件解耦具有重要作用.12圖 8：AUTOSAR Classic Platform 架構(gòu).12圖 9：AUTOSAR Adaptive Platform 架構(gòu).12圖 10：AUTOSAR CP 功能安全等級(jí)高于 AUTOSAR AP.14圖 11：ROS 的發(fā)展歷史.15圖 12：ROS 2 利用 DDS 完成兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間通信.15圖 13：ROS 2 新增了 QoS 機(jī)制.16圖 14：ROS 1 與 ROS 2 的架構(gòu).16圖 15：Apex.OS

4、 1.0 架構(gòu)是基于 ROS 2 的 .17圖 16：Cyber RT 架構(gòu).17圖 17：Iceoryx 可兼容 AUTOSAR 和 ROS 2.18圖 18：傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸會(huì)造成系統(tǒng)的低效率.18圖 19：Iceoryx 設(shè)計(jì)的“零拷貝”通信機(jī)制.19圖 20：SOME/IP 是一種面向服務(wù)的傳輸協(xié)議 .20圖 21：SOME/IP 運(yùn)行在車載以太網(wǎng)第四層以上.20圖 22：OMG 制定的標(biāo)準(zhǔn).21圖 23：DDS 采用發(fā)布/訂閱模型 .21圖 24：RTI 是全球 DDS 最大的供應(yīng)商 .22圖 25：主機(jī)廠在中間件方案上有多種選擇 .24圖 26：百度 Apollo 也屬于 ROM 型

5、操作系統(tǒng).24圖 27：底層操作系統(tǒng)能力是支撐公司各業(yè)務(wù)線的核心.25圖 28：公司具備提供座艙全棧式解決方案的能力.26圖 29：公司信息娛樂(lè)系統(tǒng)軟硬分離解決方案.27圖 30：公司虛擬化座艙整體解決方案.27圖 31：東軟睿馳系統(tǒng)軟件解決方案 NeuSAR .27圖 32：NeuSAR 提供了豐富的基礎(chǔ)軟件、中間件和開(kāi)發(fā)工具 .28圖 33：公司正式升級(jí)為 AUTOSAR 高級(jí)合作伙伴.28圖 34：EAS AUTOSAR Classic 工具鏈.29有關(guān)分析師的申明，見(jiàn)本報(bào)告最后部分。其他重要信息披露見(jiàn)分析師申明之后部分，或請(qǐng)與您的投資代表聯(lián)系。并請(qǐng)閱讀本證券研究報(bào)告最后一頁(yè)的免責(zé)申明。

6、3-計(jì)算機(jī)行業(yè)深度報(bào)告 智能汽車深度系列之二：車載操作系統(tǒng)和中間件帶來(lái)的機(jī)遇圖 35：EAS Adaptive AUTOSAR 解決方案.29表 1：各 OS 內(nèi)核比較 .6表 2：國(guó)內(nèi)外車企 ROM 型操作系統(tǒng)對(duì)底層 OS 的選擇不同.8表 3：2021 與 2026 年新車座艙操作系統(tǒng)占有率預(yù)測(cè).9表 4：車載操作系統(tǒng)將經(jīng)歷車機(jī) OS-座艙 OS-整車 OS 的發(fā)展歷程 .9表 5：車載軟件的單車軟件 IP 授權(quán)費(fèi)估算.10表 6：Classic Platform 與 Adaptive Platform 的對(duì)比 .13表 7：ROS 2 較 ROS 1 提升了在產(chǎn)品環(huán)境的適用度.16表 8

7、：AUTOSAR 推動(dòng)了 SOME/IP 協(xié)議的廣泛使用.20表 9：公司智能網(wǎng)聯(lián)汽車業(yè)務(wù)五大產(chǎn)品線 .26有關(guān)分析師的申明，見(jiàn)本報(bào)告最后部分。其他重要信息披露見(jiàn)分析師申明之后部分，或請(qǐng)與您的投資代表聯(lián)系。并請(qǐng)閱讀本證券研究報(bào)告最后一頁(yè)的免責(zé)申明。4-計(jì)算機(jī)行業(yè)深度報(bào)告 智能汽車深度系列之二：車載操作系統(tǒng)和中間件帶來(lái)的機(jī)遇一、操作系統(tǒng)是汽車軟件的核心，車企角力車載 OS軟件定義汽車時(shí)代下，汽車軟件架構(gòu)不斷演進(jìn)。隨著汽車不斷向智能化、網(wǎng)聯(lián)化方向發(fā)展，以單片機(jī)為核心的傳統(tǒng)分布式電子電氣架構(gòu)已經(jīng)很難滿足未來(lái)智能汽車產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)需求。因此，汽車電子電氣架構(gòu)從傳統(tǒng)分布式架構(gòu)正在朝向域架構(gòu)、中央計(jì)算架構(gòu)轉(zhuǎn)變

8、，而集中化的 EE 架構(gòu)是實(shí)現(xiàn)軟件定義汽車重要的硬件基礎(chǔ)。軟件層面上，由于軟件迭代周期越來(lái)越短，汽車軟件架構(gòu)也逐步由面向信號(hào)的架構(gòu)（Signal-Oriented Architecture）向面向服務(wù)的軟件架構(gòu)（Service-OrientedArchitecture，SOA）升級(jí)，以更好實(shí)現(xiàn)軟硬件解耦與軟件快速迭代。根據(jù)我們之前發(fā)布的報(bào)告智能汽車深度系列之一：汽車軟件的星辰大海，目前汽車軟件在智能汽車軟硬件架構(gòu)中自下而上可分為系統(tǒng)軟件、功能軟件、應(yīng)用軟件三類，軟件已成為當(dāng)前智能汽車差異化的關(guān)鍵。圖 1：智能汽車軟硬件架構(gòu)概覽數(shù)據(jù)來(lái)源：CSDN，東方證券研究所車載操作系統(tǒng)是汽車軟件的核心，可分

9、為狹義 OS 和廣義 OS：1 狹義 OS：指 OS 內(nèi)核，又稱為“底層 OS”，提供操作系統(tǒng)最基本的功能，負(fù)責(zé)管理系統(tǒng)的進(jìn)程、內(nèi)存、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、文件和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，決定著系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性，是系統(tǒng)軟件層的核心。2 廣義 OS：指控制和管理車載硬件和車載軟件資源的程序系統(tǒng)集合，在汽車軟件架構(gòu)中起到承上啟下的作用，不僅為上層應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)提供了高效、穩(wěn)定環(huán)境的支持，也是各類應(yīng)用調(diào)度底層硬件資源的“橋梁”。在汽車軟硬件架構(gòu)中，廣義 OS 指系統(tǒng)軟件層（包括硬件抽象層、OS 內(nèi)核、中間件組件）與功能軟件組成的軟件集合。有關(guān)分析師的申明，見(jiàn)本報(bào)告最后部分。其他重要信息披露見(jiàn)分析師申明之后部分，或請(qǐng)與您的投資

10、代表聯(lián)系。并請(qǐng)閱讀本證券研究報(bào)告最后一頁(yè)的免責(zé)申明。5-計(jì)算機(jī)行業(yè)深度報(bào)告 智能汽車深度系列之二：車載操作系統(tǒng)和中間件帶來(lái)的機(jī)遇圖 2：廣義 OS 與狹義 OS數(shù)據(jù)來(lái)源：九章智駕，東方證券研究所整理對(duì)于車企而言，自研 OS內(nèi)核成本高，更多地是在現(xiàn)有內(nèi)核的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)形成各自研自動(dòng)駕駛 OS。目前自動(dòng)駕駛 OS內(nèi)核競(jìng)爭(zhēng)格局較為穩(wěn)定，主要包括QNX、Linux、Android（基于Linux開(kāi)發(fā)）、VxWorks、WinCE 等。因打造全新 OS 需要花費(fèi)太大的人力、物力，目前基本沒(méi)有企業(yè)會(huì)開(kāi)發(fā)全新的 OS 內(nèi)核。當(dāng)前，無(wú)論是 Waymo、百度、特斯拉、Mobileye，還是一些自動(dòng)駕駛初創(chuàng)公司、車

11、企，所謂的自研自動(dòng)駕駛 OS（屬于廣義 OS），都是指在上述現(xiàn)成內(nèi)核的基礎(chǔ)之上自研中間件和應(yīng)用軟件。由于各內(nèi)核存在差異，車企在選擇 OS 內(nèi)核時(shí)，主要考慮安全性、可靠性、開(kāi)放性、可擴(kuò)展性、易用性及成本等因素，再結(jié)合自己的需求及能力體系來(lái)做權(quán)衡。例如，實(shí)時(shí)性、安全性好的 RTOS（Real-time OS，實(shí)時(shí) OS），如 QNX、RT Linux 等，車企會(huì)優(yōu)先考慮運(yùn)用到對(duì)實(shí)時(shí)性、功能安全要求更高的駕駛域；而對(duì)應(yīng)用生態(tài)豐富度要求高的座艙域，車企可以在 Linux、Android 等開(kāi)放性好的內(nèi)核基礎(chǔ)上打造座艙域 OS。表 1：各 OS 內(nèi)核比較ONXLinuxVxWorks開(kāi)放性半封閉源代碼開(kāi)

12、放源代碼開(kāi)放是否可裁剪否是是較豐富；商業(yè)公司提供，或自己從開(kāi)源軟件移植非常豐富，主要來(lái)自開(kāi)源軟件社區(qū)在自動(dòng)駕駛產(chǎn)業(yè)影響較小軟件生態(tài)豐富程度實(shí)時(shí)性毫秒級(jí)（打開(kāi)CONFIG_PREEMPT_RT后為微秒級(jí)）微秒級(jí)微秒級(jí)功能安全等級(jí)開(kāi)發(fā)工具和使用費(fèi)用易用性ASIL-D昂貴容易低無(wú)免費(fèi)最難高ASIL-D昂貴比較難中可拓展性數(shù)據(jù)來(lái)源：九章智駕，東方證券研究所有關(guān)分析師的申明，見(jiàn)本報(bào)告最后部分。其他重要信息披露見(jiàn)分析師申明之后部分，或請(qǐng)與您的投資代表聯(lián)系。并請(qǐng)閱讀本證券研究報(bào)告最后一頁(yè)的免責(zé)申明。6-計(jì)算機(jī)行業(yè)深度報(bào)告 智能汽車深度系列之二：車載操作系統(tǒng)和中間件帶來(lái)的機(jī)遇根據(jù)對(duì) OS 內(nèi)核改造程度不同，車

13、企自研車載操作系統(tǒng)可大致分為三類：1 定制型操作系統(tǒng)：指在基礎(chǔ)型操作系統(tǒng)之上進(jìn)行深度定制化開(kāi)發(fā)，覆蓋系統(tǒng)內(nèi)核層到應(yīng)用程序?qū)樱罱K（一般是 Tier1 和主機(jī)廠一起）實(shí)現(xiàn)座艙系統(tǒng)平臺(tái)或自動(dòng)駕駛系統(tǒng)平臺(tái)。定制型操作系統(tǒng)研發(fā)成本高、開(kāi)發(fā)難度大，一般需要車企進(jìn)行大量、長(zhǎng)期的投入，如特斯拉Version、大眾 VW.OS、Google 基于 Linux 打造的 Android、華為鴻蒙 OS、AliOS 等均屬于自研的定制型操作系統(tǒng)。2 ROM 型汽車操作系統(tǒng)：基于 Linux 或 Android 進(jìn)行有限的定制化開(kāi)發(fā)，不涉及系統(tǒng)內(nèi)核更改，一般只涉及汽車服務(wù)、車輛服務(wù)以及應(yīng)用程序等內(nèi)容的修改。此類操作系

14、統(tǒng)研發(fā)難度相對(duì)較低，大部分主機(jī)廠一般都選擇開(kāi)發(fā) ROM 型操作系統(tǒng)，例如奔馳 MBUX、寶馬 iDrive、蔚來(lái)NIO OS、小鵬 Xmart OS 等。3 超級(jí)汽車 APP：又叫手機(jī)映射系統(tǒng)，即把手機(jī)屏幕內(nèi)容映射到中控大屏，通過(guò)整合地圖、音樂(lè)、社交、語(yǔ)音等功能為一體來(lái)滿足車主需求的 APP，如蘋果 CarPlay、谷歌 Android Auto、百度 CarLife、華為 Hicar 等。圖 3：三類車企自研操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)來(lái)源：CDSN，東方證券研究所國(guó)內(nèi)外廠商在選擇底層 OS 方面存在差異。從發(fā)展動(dòng)向來(lái)看，主機(jī)廠一方面力圖掌握智能汽車底層軟件和硬件的控制權(quán)，更傾向中立的操作系統(tǒng)；一方面開(kāi)展各

15、種合作，利用開(kāi)源軟件組織，減少開(kāi)發(fā)周期和成本。Linux 基金會(huì)在 2012 年啟動(dòng)了開(kāi)源項(xiàng)目 Automotive Grade Linux （簡(jiǎn)稱AGL），此項(xiàng)目的最終目標(biāo)是提供滿足安全關(guān)鍵系統(tǒng)的功能安全，從而服務(wù)自動(dòng)駕駛應(yīng)用。按照AGL 的設(shè)想，未來(lái)成員企業(yè)可以共享 70%的代碼，另外 30%則是不同品牌廠商進(jìn)行差異化開(kāi)發(fā)，從而保障各自的商業(yè)化利益，目前 AGL 成員已超過(guò) 100 家。由于 QNX 的高安全性以及 Linux 開(kāi)源、免費(fèi)等優(yōu)勢(shì)，國(guó)外車廠大多選擇 QNX 與 Linux 作為底層操作系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)發(fā)；由于國(guó)內(nèi)Android 應(yīng)用生態(tài)更好，國(guó)內(nèi)車企以及造車新勢(shì)力大多基于 Andr

16、oid 定制操作系統(tǒng)。有關(guān)分析師的申明，見(jiàn)本報(bào)告最后部分。其他重要信息披露見(jiàn)分析師申明之后部分，或請(qǐng)與您的投資代表聯(lián)系。并請(qǐng)閱讀本證券研究報(bào)告最后一頁(yè)的免責(zé)申明。7-計(jì)算機(jī)行業(yè)深度報(bào)告 智能汽車深度系列之二：車載操作系統(tǒng)和中間件帶來(lái)的機(jī)遇表 2：國(guó)內(nèi)外車企 ROM 型操作系統(tǒng)對(duì)底層 OS 的選擇不同底層 OSROM 型操作系統(tǒng)奔馳 MBUX、寶馬 iDrive、奧迪 MMI、福特Sync3、大眾 MIB、沃爾沃 SensusQNX國(guó)外傳統(tǒng)車企Linux豐田 G-Book、凱迪拉克 CUEAndroid本田 Honda Connect、雪佛蘭 MyLink比亞迪 DiLink、吉利 GKUI、蔚

17、來(lái) NIO OS、小鵬Xmart OS、威馬 Living Engine、百度小度車載 OSAndroidAliOS國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)車企/造車新勢(shì)力/互聯(lián)網(wǎng)公司榮威斑馬智行系統(tǒng)數(shù)據(jù)來(lái)源：CDSN，東方證券研究所Android 內(nèi)核相較 QNX 與 Linux 在某些方面具備獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)。1 從架構(gòu)來(lái)看，Android 的硬件抽象層對(duì) Linux 內(nèi)核驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行了封裝，把對(duì)硬件的支持分成了兩層，一層放在用戶空間（User Space），一層放在內(nèi)核空間（Kernel Space），其中硬件抽象層運(yùn)行在用戶空間，而 Linux 內(nèi)核驅(qū)動(dòng)程序運(yùn)行在內(nèi)核空間。Linux 作為宏內(nèi)核，把對(duì)硬件的支持和管理全部放

18、在內(nèi)核空間中，而復(fù)雜的內(nèi)核結(jié)構(gòu)會(huì)帶來(lái)穩(wěn)定性較差的問(wèn)題；QNX作為微內(nèi)核，內(nèi)核中只有最基本的調(diào)度、內(nèi)存管理，驅(qū)動(dòng)、文件系統(tǒng)等，但頻繁的系統(tǒng)調(diào)用與信息傳遞會(huì)使 OS 的運(yùn)行效率較低。Android 內(nèi)核居于 QNX 與 Linux 之間，較 Linux 有更好的穩(wěn)定性，較 QNX 有更高的效率。2 Android 之所以在用戶空間新建一個(gè) HAL 層（指硬件抽象層）來(lái)支持硬件設(shè)備，是由于Android 使用的開(kāi)源協(xié)議是 Apache License，此協(xié)議比較寬松，其允許開(kāi)發(fā)者獲取并修改了源碼之后，不用把源碼公開(kāi)出來(lái)。而 Linux 使用的開(kāi)源協(xié)議 是 GPL，它的要求和限制較多，其中要求開(kāi)發(fā)者添

19、加或修改了源碼之后，必須把添加或修改后的代碼公開(kāi)出來(lái)。HAL 層保護(hù)了開(kāi)發(fā)廠家的利益，但脫離了 Linux 的開(kāi)源。安卓是開(kāi)放的，但不是開(kāi)源的，這也是為什么把安卓從 Linux 分出去的主要原因。圖 4：Android 內(nèi)核架構(gòu)數(shù)據(jù)來(lái)源：佐思汽研，東方證券研究所有關(guān)分析師的申明，見(jiàn)本報(bào)告最后部分。其他重要信息披露見(jiàn)分析師申明之后部分，或請(qǐng)與您的投資代表聯(lián)系。并請(qǐng)閱讀本證券研究報(bào)告最后一頁(yè)的免責(zé)申明。8-計(jì)算機(jī)行業(yè)深度報(bào)告 智能汽車深度系列之二：車載操作系統(tǒng)和中間件帶來(lái)的機(jī)遇未來(lái) Android 在座艙 OS 的占有率有望提升。目前座艙的操作系統(tǒng)可以分為三大類：（1）QNX；（2）Linux 類

20、，包括像特斯拉這樣的 Linux 直改、車規(guī)級(jí) Linux 的 AGL、GENIVI 聯(lián)盟（更名為COVESA）；（3）Android類，包括了國(guó)內(nèi) Android直改，以及 Google特別為車載推出的 AAOS。由于 Android OS 具備獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)國(guó)內(nèi) Android 應(yīng)用生態(tài)較好，未來(lái)在座艙 OS 的占有率有望提升。根據(jù)佐思汽研預(yù)測(cè)，2026 年 Android 類 OS 在新車座艙操作系統(tǒng)的占有率將從 2021 年的 25%提升到 50%。由于 QNX 的定制修改都需要 Blackberry 來(lái)做，BSP 需要為硬件定制，具備QNX 應(yīng)用開(kāi)發(fā)能力的開(kāi)發(fā)者數(shù)量較少，未來(lái) QN

21、X 在座艙 OS 的占有率或?qū)⑾陆怠１?3：2021 與 2026 年新車座艙操作系統(tǒng)占有率預(yù)測(cè)GENIVI（COVESA）QNXLinux 直改AGLAAOS安卓直改2021202655%20%6%6%8%5%20%25%10%10%10%25%數(shù)據(jù)來(lái)源：佐思汽研，東方證券研究所車載操作系統(tǒng)將逐步由座艙 OS 向整車 OS 演進(jìn)。很多汽車 OS 廠商是從車機(jī) OS 入局的，如蘋果CarPlay、百度 CarLife、華為 Hicar 等，過(guò)去手機(jī)芯片、OS 和應(yīng)用生態(tài)均優(yōu)于汽車，因此將手機(jī)功能映射到汽車中控可以滿足車主對(duì)娛樂(lè)的需求。隨著汽車芯片以及軟件生態(tài)的發(fā)展，當(dāng)前汽車操作系統(tǒng)已步入座艙

22、OS 階段，未來(lái)隨著座艙域與自動(dòng)駕駛域的融合，座艙 OS 將進(jìn)一步向整車OS 邁進(jìn)。在 2020 年初，斑馬智行提出了 AliOS 操作系統(tǒng)演進(jìn)三部曲戰(zhàn)略，即智能車機(jī)操作系統(tǒng)、智能座艙操作系統(tǒng)、智能整車操作系統(tǒng)。如今斑馬智行已經(jīng)進(jìn)入到了座艙 OS 階段，下一階段將重點(diǎn)布局智能整車 OS，以“OS+AI+芯片”為智能汽車決策核心，在操作系統(tǒng)層面推進(jìn)汽車分布式智能向整車智能逐漸邁進(jìn)。根據(jù)佐思汽研預(yù)測(cè)，2024 年以后將邁向整車 OS 階段。圖 5：AliOS 操作系統(tǒng)演進(jìn)三部曲戰(zhàn)略數(shù)據(jù)來(lái)源：佐思汽研，斑馬智行，東方證券研究所表 4：車載操作系統(tǒng)將經(jīng)歷車機(jī) OS-座艙 OS-整車 OS 的發(fā)展歷程O

23、S 類別車機(jī) OS子類別面向整車廠/集成商面向用戶華為 HiCar、百度Carlife 等AliOS 車機(jī)版、Android 等AliOS 座艙版、QNX、AndroidAutomotive、鴻蒙 HOS 等座艙 OS底層 OS有關(guān)分析師的申明，見(jiàn)本報(bào)告最后部分。其他重要信息披露見(jiàn)分析師申明之后部分，或請(qǐng)與您的投資代表聯(lián)系。并請(qǐng)閱讀本證券研究報(bào)告最后一頁(yè)的免責(zé)申明。9-計(jì)算機(jī)行業(yè)深度報(bào)告 智能汽車深度系列之二：車載操作系統(tǒng)和中間件帶來(lái)的機(jī)遇奔馳 MBUX、東風(fēng)風(fēng)神、Windlink 等百度 DuerOS、擎 OS、TINNOVE3.0定制化 OS百度 Apollo、Apex.OS、DRIVEO

24、S、華為 AOS 等底層 OS自動(dòng)駕駛 OS整車 OS定制化 OS國(guó)汽智控 ICVOS、東軟 NeuSAR 等VW.OS、豐田 AreneTINNOVE 5.0 等等數(shù)據(jù)來(lái)源：佐思汽研，東方證券研究所車企加大自研操作系統(tǒng)投入力度，行業(yè)規(guī)模有望持續(xù)增長(zhǎng)。由于自研操作系統(tǒng)可以縮短中間件、應(yīng)用軟件等軟件開(kāi)發(fā)周期，并有助于生態(tài)的建立以及軟件的持續(xù)迭代，各車企對(duì)實(shí)現(xiàn)車載 OS 自主可控的訴求愈發(fā)強(qiáng)烈。今年年初豐田汽車宣布計(jì)劃于 2025 年推出自研的 Arene 操作系統(tǒng)；大眾集團(tuán)計(jì)劃到 2025 年將自研車載軟件比例提升至 60%；梅賽德斯-奔馳預(yù)計(jì)將于 2024 年發(fā)布自研的 MB.OS 操作系統(tǒng)完

25、整版。根據(jù)麥肯錫數(shù)據(jù)，2020 年全球廣義操作系統(tǒng)市場(chǎng)規(guī)模為 200 億美元，到 2025 年約 370 億美元，到 2030 年可達(dá) 500 億美元，可見(jiàn)未來(lái)近 10 年內(nèi)操作系統(tǒng)市場(chǎng)具有較大的增長(zhǎng)空間。圖 6：全球廣義操作系統(tǒng)市場(chǎng)規(guī)模（億美元）600500500400300200100037020020202025E2030E數(shù)據(jù)來(lái)源：麥肯錫，東方證券研究所隨著智能汽車功能復(fù)雜度的不斷提升，單車軟件授權(quán)費(fèi)價(jià)值有望持續(xù)提升。智能汽車軟件的商業(yè)模式是“IP+解決方案+服務(wù)”的模式，Tier1 軟件供應(yīng)商的收費(fèi)模式包括：（1）一次性研發(fā)費(fèi)用投入，購(gòu)買軟件包，比如 ADAS/AD 算法包；（2）單

26、車的軟件授權(quán)費(fèi)用（License），Royalty 收費(fèi)（按汽車出貨量和單價(jià)一定比例分成）；（3）一次性研發(fā)費(fèi)用和單車 License 打包。若不考慮復(fù)雜度極高的自動(dòng)駕駛軟件，目前單車軟件 IP 授權(quán)價(jià)值量大致在 2-3 千元左右。未來(lái)隨著智能汽車功能以及操作系統(tǒng)的復(fù)雜度不斷提升，單車軟件授權(quán)費(fèi)價(jià)值有望持續(xù)攀升，這也為 Tier1 軟件供應(yīng)商帶來(lái)了機(jī)遇。表 5：車載軟件的單車軟件 IP 授權(quán)費(fèi)估算軟件 IP單車軟件授權(quán)費(fèi)估算具體內(nèi)容車載控制和信息娛樂(lè)兩個(gè) OS 的軟件授權(quán)費(fèi)用。按汽車平均單價(jià)測(cè)算，目前操作系統(tǒng)優(yōu)化平均 100-150 元/車。操作系統(tǒng)內(nèi)核優(yōu)化100-150 元基礎(chǔ)軟件、中間件C

27、P AUTOSAR 和 AP AUTOSAR、SOA 軟件平臺(tái)，以及座艙中間件、自動(dòng)駕駛中間件、車控中200-300 元有關(guān)分析師的申明，見(jiàn)本報(bào)告最后部分。其他重要信息披露見(jiàn)分析師申明之后部分，或請(qǐng)與您的投資代表聯(lián)系。并請(qǐng)閱讀本證券研究報(bào)告最后一頁(yè)的免責(zé)申明。10-計(jì)算機(jī)行業(yè)深度報(bào)告 智能汽車深度系列之二：車載操作系統(tǒng)和中間件帶來(lái)的機(jī)遇間件等。以智能座艙為例，目前主要使用的方案是 QNXHypervisor + QNX 儀表 + Kanzi 的組合，從入門費(fèi)、服務(wù)費(fèi)、授權(quán)費(fèi)到其他開(kāi)發(fā)成本，以及有效Hypervisor100-150 元50-100 元的技術(shù)支持。非開(kāi)源的 Hypervisor

28、可能需要支付從入門費(fèi)、席位費(fèi)、服務(wù)費(fèi)、授權(quán)費(fèi)到其他開(kāi)發(fā)成本及有效的技術(shù)支持，如黑莓 QNX 入門費(fèi)約21 萬(wàn)美元。包括 UI/UX 設(shè)計(jì)軟件授權(quán)費(fèi)用、語(yǔ)音交互（前端聲源定位、降噪和識(shí)別、語(yǔ)音云端的 ASR 和自然語(yǔ)義理解）、手勢(shì)控制授權(quán)費(fèi)等。人機(jī)交互核心共性功能模塊包括自動(dòng)駕駛通用框架、網(wǎng)聯(lián)、云控等，算法的編程框架（如 TensorFlow、Caffe、PaddlePaddle 等）。ADAS/AD 算法200-300 元50-80 元框架車內(nèi)視覺(jué) AI 算DMS 駕駛員疲勞檢測(cè)、人臉識(shí)別檢測(cè)、電子后視鏡等。法軟件360 環(huán)視拼接、芯片內(nèi)置的前視算法（如Mobileye EyeQ）、泊車軟件等

29、，視覺(jué)泊車可額外打成軟件包賣給客戶。環(huán)視和泊車軟件200-300 元現(xiàn)階段高精度地圖初始授權(quán)費(fèi) 500-700 元，更新服務(wù)費(fèi) 100 元/年，整車生命周期單車價(jià)值 ASP 將從過(guò)去的電子導(dǎo)航地圖的 300 元/車提升至 1000元/車以上。高精度地圖軟件1000 元云服務(wù)、OTA200-300 元50-100 元SOTA、FOTA、信息安全軟件、云服務(wù)。和安全軟件4G/5G 流量、C-V2X 軟件棧和授權(quán)費(fèi)、TCU 和網(wǎng)網(wǎng)聯(lián)軟件關(guān)軟件。數(shù)據(jù)來(lái)源：佐思汽研，東方證券研究所二、中間件對(duì)于汽車軟硬件解耦具有重要意義2.1 車載中間件解決方案盤點(diǎn)軟件定義汽車時(shí)代下，中間件的作用愈發(fā)重要。隨著 EE

30、架構(gòu)逐漸趨于集中化，汽車軟件系統(tǒng)出現(xiàn)了多種操作系統(tǒng)并存的局面，這也導(dǎo)致系統(tǒng)的復(fù)雜性和開(kāi)發(fā)成本的劇增。為了提高軟件的管理性、移植性、裁剪性和質(zhì)量，需要定義一套架構(gòu)（Architecture）、方法學(xué)（Methodology）和應(yīng)用接口（Application Interface），從而實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的接口、高質(zhì)量的無(wú)縫集成、高效的開(kāi)發(fā)以及通過(guò)新的模型來(lái)管理復(fù)雜的系統(tǒng)，這就是我們所說(shuō)的“中間件”。汽車行業(yè)中有眾多的整車廠和供應(yīng)商，每家 OEM 會(huì)有不同的供應(yīng)商以及車型，每個(gè)供應(yīng)商也不止向一家 OEM 供貨，中間件的存在盡可能地讓相同產(chǎn)品在不同車型可重復(fù)利用或是讓不同供應(yīng)商的產(chǎn)品相互兼容，這樣就能大幅減少

31、開(kāi)發(fā)成本。因此，可以說(shuō)中間件在汽車軟硬件解耦的趨勢(shì)中發(fā)揮了關(guān)鍵的作用。有關(guān)分析師的申明，見(jiàn)本報(bào)告最后部分。其他重要信息披露見(jiàn)分析師申明之后部分，或請(qǐng)與您的投資代表聯(lián)系。并請(qǐng)閱讀本證券研究報(bào)告最后一頁(yè)的免責(zé)申明。11-計(jì)算機(jī)行業(yè)深度報(bào)告 智能汽車深度系列之二：車載操作系統(tǒng)和中間件帶來(lái)的機(jī)遇圖 7：中間件對(duì)于推動(dòng)汽車軟硬件解耦具有重要作用數(shù)據(jù)來(lái)源：AUTOSAR 官網(wǎng)，東方證券研究所2.1.1 AUTOSAR：目前應(yīng)用范圍最廣的車載電子系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范目前，AUTOSAR 擁有 Classic Platform 和 Adaptive Platform 兩大平臺(tái)，分別對(duì)應(yīng)傳統(tǒng)控制類車輛電子系統(tǒng)與對(duì)應(yīng)自動(dòng)

32、駕駛的高性能類車載電子系統(tǒng)。AUTOSAR（Automotive Open SystemArchitecture）指汽車開(kāi)放架構(gòu)，是由全球汽車制造商、零部件供應(yīng)商以及各種研究、服務(wù)機(jī)構(gòu)共同參與制定的一種汽車電子系統(tǒng)的合作開(kāi)發(fā)框架，并建立了一個(gè)開(kāi)放的汽車控制器（ECU）標(biāo)準(zhǔn)軟件架構(gòu)，規(guī)范了車載操作系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)與 API 接口。AUTOSAR 擁有 Classic Platform 和 AdaptivePlatform 兩大平臺(tái)：1 Classic Platform（CP）：Classic Platform 是 AUTOSAR 針對(duì)傳統(tǒng)車輛控制嵌入式系統(tǒng)的解決方案，具有嚴(yán)格的實(shí)時(shí)性和安全性限制。從架構(gòu)

33、來(lái)看，Classic Platform 自下而上可大致分為微控制器、基礎(chǔ)軟件層、運(yùn)行環(huán)境層和應(yīng)用軟件層。2 Adaptive Platform（AP）：Adaptive Platform 是 AUTOSAR 面向未來(lái)自動(dòng)駕駛、車聯(lián)網(wǎng)等復(fù)雜場(chǎng)景而提出的一種新型汽車電子系統(tǒng)軟件架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)。Adaptive平臺(tái)修改了大量Classic平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容，采用了基于 POSIX 標(biāo)準(zhǔn)的操作系統(tǒng)，以面向?qū)ο蟮乃枷脒M(jìn)行開(kāi)發(fā)，并且可使用所有標(biāo)準(zhǔn)的 POSIX API，主要目的是為滿足當(dāng)前汽車自動(dòng)駕駛、電氣化和互聯(lián)互通等趨勢(shì)的需求。圖 8：AUTOSAR Classic Platform 架構(gòu)圖 9：AUTOSAR

34、 Adaptive Platform 架構(gòu)數(shù)據(jù)來(lái)源：AUTOSAR 官網(wǎng)，東方證券研究所數(shù)據(jù)來(lái)源：AUTOSAR 官網(wǎng)，東方證券研究所有關(guān)分析師的申明，見(jiàn)本報(bào)告最后部分。其他重要信息披露見(jiàn)分析師申明之后部分，或請(qǐng)與您的投資代表聯(lián)系。并請(qǐng)閱讀本證券研究報(bào)告最后一頁(yè)的免責(zé)申明。12-計(jì)算機(jī)行業(yè)深度報(bào)告 智能汽車深度系列之二：車載操作系統(tǒng)和中間件帶來(lái)的機(jī)遇相較 Classic Platform，Adaptive Platform 更適應(yīng)高性能智能汽車的發(fā)展。隨著通信技術(shù)的發(fā)展，汽車開(kāi)始采用以太網(wǎng)通信，車載以太網(wǎng)為汽車 ECU 帶來(lái)了更高的帶寬，使數(shù)據(jù)的大量傳輸能夠在短時(shí)間得以實(shí)現(xiàn)。而 AUTOSAR

35、 CP 是為了傳統(tǒng)的車載通信技術(shù) CAN 設(shè)計(jì)的，不能很好地兼容以太網(wǎng)，難以支持基于車載以太網(wǎng)的通信。此外，隨著汽車智能化程度提高，諸如自動(dòng)泊車、環(huán)境感知、路徑規(guī)劃等高級(jí)功能對(duì)處理器的高算力需求遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于對(duì)多核的需求。雖然 AUTOSARCP 已經(jīng)應(yīng)用于傳統(tǒng)的多核處理技術(shù)，但依舊無(wú)法滿足車輛對(duì) ECU 處理能力的需求；從處理器和半導(dǎo)體的技術(shù)角度來(lái)看，提高性能的唯一方法是多核并行運(yùn)行，而并行運(yùn)行以及所謂的異構(gòu)計(jì)算也大大超出了 CP 能夠覆蓋的范圍。由于 AUTOSAR CP 在通信速率及計(jì)算能力方面難以支持高性能智能汽車的發(fā)展，2017 年 AUTOSAR 聯(lián)盟推出了通信能力更強(qiáng)、軟件可配置性更靈

36、活的AUTOSAR AP 平臺(tái)。具體而言，AUTOSAR CP 與 AUTOSAR AP 主要區(qū)別如下：1 支持的芯片平臺(tái)不同：AUTOSAR CP 主要跑在 8bit、16bit、32bit 的 MCU 上，對(duì)應(yīng)傳統(tǒng)的車身控制、底盤控制、動(dòng)力系統(tǒng)等功能，如果涉及到自動(dòng)駕駛的話，AUTOSAR CP 可能無(wú)法實(shí)現(xiàn)；而 AUTOSAR AP 主要跑在 64bit 以上的高性能 MPU/SOC 上，對(duì)應(yīng)自動(dòng)駕駛的高性能電子系統(tǒng)，能夠更好地支持多核、多 ECU、多 SoCs 并行處理，從而提供更強(qiáng)大的計(jì)算能力。2 定義不同：AUTOSAR CP 并不只是“中間件”，而是“OS 內(nèi)核+中間件”的一套完

37、整的“操作系統(tǒng)”，定義了基本的上層任務(wù)調(diào)度、優(yōu)先級(jí)調(diào)度等。分布式架構(gòu)下的芯片主要是MCU，每一個(gè) MCU 上都需要跑一套 AUTOSAR CP，例如在基于分布式架構(gòu)的 ADAS功能中，AUOTSAR CP 便是最常見(jiàn)的“操作系統(tǒng)”。不同于 AUTOSAR CP 自身已經(jīng)包含了基于 OSEK 標(biāo)準(zhǔn)的 OS，AUTOSAR AP 只是一個(gè)跑在 Lunix、QNX 等基于 POSIX標(biāo)準(zhǔn)的 OS 上面的中間件，因此它自身并不包含 OS，進(jìn)一步地推進(jìn)了軟硬件解耦進(jìn)程。3 架構(gòu)、通信方式、連接方式不同：（1）AUTOSAR CP 采用的是 FOA 架構(gòu)，而 AUTOSARAP 采用的則是 SOA 架構(gòu)；

38、（2）AUTOAR CP 采用的是基于信號(hào)的靜態(tài)配置通信方式（CAN/LIN 等），而 AUTOSAR AP 采用的是基于服務(wù)的 SOA 動(dòng)態(tài)通信方式（SOME/IP）；（3）在 AUTOSAR CP 中，硬件資源的連接關(guān)系受限于線束的連接，而在 AUTOSAR AP 中，硬件資源間的連接關(guān)系虛擬化，不局限于通信線束的連接關(guān)系?；?SOA 通信使得 AP 中ECU 可以動(dòng)態(tài)地與其他 ECU 進(jìn)行連接，此外 AP 中各服務(wù)模塊獨(dú)立，具有更高的安全性以及部署靈活性。表 6：Classic Platform 與 Adaptive Platform 的對(duì)比Classic PlatformAdapti

39、ve Platform使用語(yǔ)言實(shí)時(shí)性CC+硬實(shí)時(shí)軟實(shí)時(shí)傳統(tǒng) ECU（如 ECM、VCU、BMS、MCU 等）適用場(chǎng)景應(yīng)用架構(gòu)自動(dòng)駕駛、輔助駕駛、車聯(lián)網(wǎng)面向信號(hào)的架構(gòu)（Signal-Oriented Architecture）一般 ECU 開(kāi)發(fā)后比較固定最高到 ASIL D面向服務(wù)的架構(gòu)（Service-OrientedArchitecture）功能升級(jí)安全等級(jí)可靈活在線升級(jí)最低 ASIL B（最高可到 D）以太網(wǎng)主要通信方式操作系統(tǒng)CAN、LINAutosar OS（OSEK OS）POSIX OS（Linux、QNX 等）數(shù)據(jù)來(lái)源：CSDN，東方證券研究所有關(guān)分析師的申明，見(jiàn)本報(bào)告最后部分。

40、其他重要信息披露見(jiàn)分析師申明之后部分，或請(qǐng)與您的投資代表聯(lián)系。并請(qǐng)閱讀本證券研究報(bào)告最后一頁(yè)的免責(zé)申明。13-計(jì)算機(jī)行業(yè)深度報(bào)告 智能汽車深度系列之二：車載操作系統(tǒng)和中間件帶來(lái)的機(jī)遇今后相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi) AUTOSAR AP 都不可能徹底取代 AUTOSAR CP，二者應(yīng)用領(lǐng)域不同。在某些方面，AUTOSAR AP 與 AUTOSAR CP 相比是有一些“劣勢(shì)”，例如 AUTOSAR CP 的時(shí)延可低至微秒級(jí)、功能安全等級(jí)達(dá)到了 ASIL-D，硬實(shí)時(shí)；而 AUTOSAR AP 的時(shí)延則在毫秒級(jí)，功能安全等級(jí)則為 ASIL-B，軟實(shí)時(shí)。這也導(dǎo)致二者應(yīng)用領(lǐng)域的不同：AUTOSAR CP 一般應(yīng)用在

41、對(duì)實(shí)時(shí)性和功能安全要求較高、對(duì)算力要求較低的場(chǎng)景中，如引擎控制、制動(dòng)等傳統(tǒng) ECU；而AUTOSAR 則應(yīng)用在對(duì)實(shí)時(shí)性和功能安全有一定要求，但對(duì)算力要求更高的場(chǎng)景中，如 ADAS、自動(dòng)駕駛，以及在動(dòng)態(tài)部署方面追求較高自由度的信息娛樂(lè)場(chǎng)景。由于 SOC+MCU 組合的現(xiàn)象會(huì)長(zhǎng)期存在，因此在今后相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，AUTOSAR AP 都不可能徹底取代 AUTOSAR CP。最常見(jiàn)的分工是，需要高算力的工作交給 AUTOSAR AP,而需要高實(shí)時(shí)性的工作則交給 AUTOSARCP。圖 10：AUTOSAR CP 功能安全等級(jí)高于 AUTOSAR AP數(shù)據(jù)來(lái)源：AUTOSAR 官網(wǎng)，東方證券研究所2.

42、1.2 ROS 2：可支持自動(dòng)駕駛場(chǎng)景的中間件ROS（Robot Operating System）指的是機(jī)器人操作系統(tǒng)，是一套開(kāi)源的軟件框架和工具集，用來(lái)幫助開(kāi)發(fā)人員建立機(jī)器人應(yīng)用程序，它提供了硬件抽象、設(shè)備驅(qū)動(dòng)、函數(shù)庫(kù)、可視化工具、消息傳遞和軟件包管理等諸多功能。ROS 系統(tǒng)是起源于 2007 年斯坦福大學(xué)人工智能實(shí)驗(yàn)室的STAIR 項(xiàng)目與機(jī)器人技術(shù)公司 Willow Garage 的個(gè)人機(jī)器人項(xiàng)目（Personal Robots Program）之間的合作，2008 年之后就由 Willow Garage 來(lái)進(jìn)行推動(dòng)。ROS 項(xiàng)目的初衷是為了給科研機(jī)器人Willow Garage PR2

43、 提供一個(gè)開(kāi)發(fā)環(huán)境和相應(yīng)的工具。為了讓這套軟件在更多的機(jī)器人上運(yùn)行，ROS 為機(jī)器人開(kāi)發(fā)提供了一套相對(duì)完善的中間層、工具、軟件乃至通用的接口和標(biāo)準(zhǔn)，機(jī)器人工業(yè)領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)者因此能快速開(kāi)發(fā)系統(tǒng)原型并進(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)證。有關(guān)分析師的申明，見(jiàn)本報(bào)告最后部分。其他重要信息披露見(jiàn)分析師申明之后部分，或請(qǐng)與您的投資代表聯(lián)系。并請(qǐng)閱讀本證券研究報(bào)告最后一頁(yè)的免責(zé)申明。14-計(jì)算機(jī)行業(yè)深度報(bào)告 智能汽車深度系列之二：車載操作系統(tǒng)和中間件帶來(lái)的機(jī)遇圖 11：ROS 的發(fā)展歷史數(shù)據(jù)來(lái)源：CSDN，東方證券研究所ROS 2 對(duì) ROS 1 的部分缺陷實(shí)現(xiàn)了改進(jìn)和提升，產(chǎn)品環(huán)境適用度更廣。ROS 推出以后被大量地應(yīng)用于工業(yè)

44、領(lǐng)域，包括科研機(jī)器人、工業(yè)機(jī)器人、輪式機(jī)器人、自動(dòng)駕駛汽車乃至航天無(wú)人駕駛設(shè)備，其原來(lái)的功能設(shè)計(jì)已經(jīng)不能滿足海量應(yīng)用對(duì)于某些性能（如實(shí)時(shí)性、安全性、嵌入式移植等）的需求，ROS 2 即在這樣的背景下被設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)。ROS2 與 ROS1 的主要區(qū)別包括：1 ROS 1 主要構(gòu)建于 Linux 系統(tǒng)之上，主要支持 Ubuntu；ROS 2 采用全新的架構(gòu)，底層基于DDS（Data Distribution Service，是一種專門為實(shí)時(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)分發(fā)/訂閱標(biāo)準(zhǔn)）通信機(jī)制，支持實(shí)時(shí)性、嵌入式、分布式、多操作系統(tǒng)，ROS 2 支持的系統(tǒng)包括 Linux、windows、Mac、RTOS，甚至是單

45、片機(jī)等沒(méi)有操作系統(tǒng)的裸機(jī)。2 ROS 1 的通訊系統(tǒng)基于 TCPROS/UDPROS，強(qiáng)依賴于 master 節(jié)點(diǎn)的處理；ROS 2 的通訊系統(tǒng)是基于 DDS，取消了 master，同時(shí)在內(nèi)部提供了 DDS 的抽象層實(shí)現(xiàn)。有了這個(gè)抽象層，用戶就可以不去關(guān)注底層的 DDS 使用了哪個(gè)商家的 API，可以讓開(kāi)發(fā)者并行開(kāi)發(fā)低耦合的功能模塊，并且便于進(jìn)行二次復(fù)用圖 12：ROS 2 利用 DDS 完成兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間通信數(shù)據(jù)來(lái)源：CSDN，東方證券研究所有關(guān)分析師的申明，見(jiàn)本報(bào)告最后部分。其他重要信息披露見(jiàn)分析師申明之后部分，或請(qǐng)與您的投資代表聯(lián)系。并請(qǐng)閱讀本證券研究報(bào)告最后一頁(yè)的免責(zé)申明。15-計(jì)算機(jī)行業(yè)

46、深度報(bào)告 智能汽車深度系列之二：車載操作系統(tǒng)和中間件帶來(lái)的機(jī)遇3 ROS 1 運(yùn)行時(shí)要依賴 roscore，一旦 roscore 出現(xiàn)問(wèn)題就會(huì)造成較大的系統(tǒng)災(zāi)難，同時(shí)由于安裝與運(yùn)行體積較大，對(duì)很多低資源系統(tǒng)會(huì)造成負(fù)擔(dān)；ROS 2 基于 DDS 進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，而DDS 基于 RTPS 的去中心化的通信框架，這就去除了對(duì) roscore 的依賴，系統(tǒng)的穩(wěn)定性強(qiáng)，對(duì)資源的消耗也得到了降低。4 ROS 2 新增了 QoS（Quality of Service，質(zhì)量服務(wù)原則），主要對(duì)通信的實(shí)時(shí)性、完整性、歷史追溯等方面形成了支持。這大幅加強(qiáng)了框架功能，避免了高速系統(tǒng)難以適用等問(wèn)題。ROS 1 缺少 Qo

47、S 機(jī)制，Topic 的穩(wěn)定性與質(zhì)量難以保證。圖 13：ROS 2 新增了 QoS 機(jī)制圖 14：ROS 1 與 ROS 2 的架構(gòu)數(shù)據(jù)來(lái)源：創(chuàng)客智造，東方證券研究所數(shù)據(jù)來(lái)源：創(chuàng)客智造，東方證券研究所表 7：ROS 2 較 ROS 1 提升了在產(chǎn)品環(huán)境的適用度ROS 1ROS 2僅支持單機(jī)器人支持多機(jī)器人對(duì)嵌入式設(shè)備不友好對(duì)小型嵌入式設(shè)備和微控制器的支持對(duì)于網(wǎng)絡(luò)通信的重依賴（需要大帶寬且穩(wěn)定的 支持非理想網(wǎng)絡(luò)環(huán)境：在低質(zhì)量高延遲等網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)連接）環(huán)境下系統(tǒng)仍然能夠工作實(shí)時(shí)系統(tǒng)：支持實(shí)時(shí)控制，包括進(jìn)程間和機(jī)器間通信的實(shí)時(shí)性非實(shí)時(shí)系統(tǒng)規(guī)范的編程模型以支持基于 ROS 的大規(guī)模目超高的靈活性帶來(lái)的不規(guī)

48、范的編程模式的構(gòu)建、開(kāi)發(fā)和部署多用于學(xué)術(shù)應(yīng)用具備對(duì)多產(chǎn)品的支持能力數(shù)據(jù)來(lái)源：CSDN，東方證券研究所整理ROS 2 可用作自動(dòng)駕駛中間件，實(shí)現(xiàn)與 AUTOSAR AP 中間件類似的功能，但二者存在差別：1 AUTOSAR AP 是嚴(yán)格意義上的中間件，即處于計(jì)算機(jī) OS 與車載 ECU 特定功能實(shí)現(xiàn)之間，為 ECU 功能實(shí)現(xiàn)層屏蔽掉特定處理器和計(jì)算機(jī) OS 相關(guān)的細(xì)節(jié)，并提供與車輛網(wǎng)絡(luò)、電源等系統(tǒng)交互所需的基礎(chǔ)服務(wù)；ROS 2 是作為機(jī)器人開(kāi)發(fā)的應(yīng)用框架，在應(yīng)用和 OS 之間提供了通用的中間層框架和常用軟件模塊（ROS Package），某種意義上可以稱作操作系統(tǒng)了。有關(guān)分析師的申明，見(jiàn)本報(bào)告最

49、后部分。其他重要信息披露見(jiàn)分析師申明之后部分，或請(qǐng)與您的投資代表聯(lián)系。并請(qǐng)閱讀本證券研究報(bào)告最后一頁(yè)的免責(zé)申明。16-計(jì)算機(jī)行業(yè)深度報(bào)告 智能汽車深度系列之二：車載操作系統(tǒng)和中間件帶來(lái)的機(jī)遇2 AUTOSAR AP是一套標(biāo)準(zhǔn)，定義了對(duì)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)接口，但沒(méi)有定義實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，平臺(tái)組件間的交互接口是需要 AUTOSAR AP 供應(yīng)商實(shí)現(xiàn)的；ROS 2 則是代碼優(yōu)先，每個(gè)版本都有完整的代碼實(shí)現(xiàn)，也定義有面向應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn) API 接口。3 AUTOSAR AP 從一開(kāi)始就面向 ASIL-B 應(yīng)用；ROS 2 不是根據(jù) ASIL 的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的，ROS 2實(shí)現(xiàn)功能安全的解決方案是要把底層換為滿足 ASIL要求的R

50、TOS和商用工具鏈（編譯器）。例如，Apex.AI 基于 ROS 2 定制開(kāi)發(fā)的 Apex.OS 就已經(jīng)通過(guò)了最高等級(jí)的 ASIL-D 認(rèn)證，這實(shí)際上是基于 ROS 2 的架構(gòu)去實(shí)現(xiàn)一套 AUTOSAR AP 規(guī)范。圖 15：Apex.OS 1.0 架構(gòu)是基于 ROS 2 的數(shù)據(jù)來(lái)源：The Robot Report，東方證券研究所Cyber RT 是百度 Apollo 開(kāi)發(fā)出來(lái)的中間件，于 Apollo 3.5 中正式發(fā)布。百度最早用的是 ROS1，但在使用的過(guò)程中逐漸發(fā)現(xiàn)了 ROS 1 存在“若 ROS Master 出故障了，則任何兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的通信便受到影響”的問(wèn)題，于是希望使用一個(gè)“

51、沒(méi)有中間節(jié)點(diǎn)”的通信中間件來(lái)代替 ROS 1，那時(shí) ROS 2 還沒(méi)有推出，因此自主研發(fā)出了 Cyber RT。Cyber RT 和 ROS2 類似，其底層也是使用了一個(gè)開(kāi)源版本的 DDS；為了解決 ROS 1 的問(wèn)題，Cyber RT 刪除了 master 機(jī)制，用自動(dòng)發(fā)現(xiàn)機(jī)制代替，這個(gè)通信組網(wǎng)機(jī)制和汽車網(wǎng)絡(luò) CAN 完全一致。此外，Cyber RT 的核心設(shè)計(jì)將調(diào)度、任務(wù)從內(nèi)核空間搬到了用戶空間。相較于其他中間件方案，Cyber RT 的一大優(yōu)勢(shì)是其專為無(wú)人架駛設(shè)計(jì)，包括基礎(chǔ)庫(kù)、通信層、數(shù)據(jù)層、計(jì)算層。圖 16：Cyber RT 架構(gòu)數(shù)據(jù)來(lái)源：CSDN，Apollo，東方證券研究所有關(guān)分析

52、師的申明，見(jiàn)本報(bào)告最后部分。其他重要信息披露見(jiàn)分析師申明之后部分，或請(qǐng)與您的投資代表聯(lián)系。并請(qǐng)閱讀本證券研究報(bào)告最后一頁(yè)的免責(zé)申明。17-計(jì)算機(jī)行業(yè)深度報(bào)告 智能汽車深度系列之二：車載操作系統(tǒng)和中間件帶來(lái)的機(jī)遇2.1.3 Iceoryx：博世自主研發(fā)的針對(duì)高級(jí)自動(dòng)駕駛應(yīng)用的通信中間件Iceoryx 是博世旗下子公司 ETAS 推出的中間件解決方案。ETAS（易特馳）成立于 1994 年，是博世的全資子公司。博世在量產(chǎn) ADAS 領(lǐng)域裝配率長(zhǎng)期占據(jù)市場(chǎng)前三的份額，因此他們對(duì)于如何將自動(dòng)駕駛數(shù)據(jù)高效流轉(zhuǎn)的需求更為迫切。2020 年 7 月，ETAS 推出了針對(duì)高級(jí)自動(dòng)駕駛應(yīng)用的中間件Iceoryx

53、 （冰羚），Iceoryx 是一個(gè)適用于各種操作系統(tǒng)的進(jìn)程間通信（IPC）的中間件，目前已支持 Linux、macOS 和 QNX，可兼容 ROS2 和 AUTOSAR AP 的接口，以滿足不同開(kāi)發(fā)階段的需求。圖 17：Iceoryx 可兼容 AUTOSAR 和 ROS 2數(shù)據(jù)來(lái)源：BOSCH，東方證券研究所傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸是通過(guò)復(fù)制副本傳輸數(shù)據(jù)，這樣會(huì)消耗大量?jī)?nèi)存并產(chǎn)生延遲。由于大量自動(dòng)駕駛相 關(guān) 的 感 知 數(shù) 據(jù) 需 要 在 整 個(gè) 系 統(tǒng) 內(nèi) 完 成 快 速 的 流 轉(zhuǎn) ， 此 時(shí) 進(jìn) 程 間 通 信 （ Inter-ProcessCommunication，IPC）就需要發(fā)揮作用。以

54、Linux 系統(tǒng)為例，不同進(jìn)程之間傳播或交換信息，由于不同進(jìn)程地址空間相互獨(dú)立，傳遞數(shù)據(jù)時(shí)不停的來(lái)回拷貝數(shù)據(jù)，建立和釋放堆棧，這個(gè)不生成任何價(jià)值的拷貝的過(guò)程浪費(fèi)和占有了大量系統(tǒng)資源并產(chǎn)生了不期望的延遲。圖 18：傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸會(huì)造成系統(tǒng)的低效率數(shù)據(jù)來(lái)源：The Eclipse Foundation，東方證券研究所為了解決 IPC 低效率問(wèn)題，Iceoryx 設(shè)計(jì)了一種“零拷貝”的內(nèi)存共享技術(shù)?！傲憧截悺蓖ㄟ^(guò)事前定義好的通用接口，將需要消費(fèi)的數(shù)據(jù)（圖片原始 RGB 或者激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)）放入由 Iceoryx 申請(qǐng)好的內(nèi)存空間，然后引入“記數(shù)器”這個(gè)概念，來(lái)記錄內(nèi)存空間中各塊數(shù)據(jù)是否被調(diào)用還是釋放。

55、當(dāng)計(jì)數(shù)器為 0 時(shí)，就表示該塊數(shù)據(jù)可以被釋放。這樣所有的數(shù)據(jù)調(diào)用都發(fā)生在共用的內(nèi)存區(qū)有關(guān)分析師的申明，見(jiàn)本報(bào)告最后部分。其他重要信息披露見(jiàn)分析師申明之后部分，或請(qǐng)與您的投資代表聯(lián)系。并請(qǐng)閱讀本證券研究報(bào)告最后一頁(yè)的免責(zé)申明。18-計(jì)算機(jī)行業(yè)深度報(bào)告 智能汽車深度系列之二：車載操作系統(tǒng)和中間件帶來(lái)的機(jī)遇域中，免去了各進(jìn)程將數(shù)據(jù)拷貝到自己私有存儲(chǔ)內(nèi)，大大提高了數(shù)據(jù)通信的效率。基于共享內(nèi)存的拷貝并不是一種創(chuàng)新的通信機(jī)制，但 Iceoryx 采用了發(fā)布/訂閱架構(gòu)、服務(wù)發(fā)現(xiàn)、和計(jì)數(shù)器相結(jié)合的機(jī)制。通過(guò)添加避免復(fù)制的應(yīng)用程序編程接口，實(shí)現(xiàn)了所說(shuō)的真正的零拷貝一種從發(fā)布者到訂閱者的端到端的方法，而無(wú)需創(chuàng)建一

56、個(gè)拷貝。圖 19：Iceoryx 設(shè)計(jì)的“零拷貝”通信機(jī)制數(shù)據(jù)來(lái)源：The Eclipse Foundation，東方證券研究所Iceoryx 還需要更多的量產(chǎn)車型的驗(yàn)證以及持續(xù)的打磨優(yōu)化。Iceoryx 是開(kāi)源的，遵從 Apache-2.0許可證，任何個(gè)人或者團(tuán)隊(duì)都可以免費(fèi)使用源代碼。Iceoryx 取決于 POSIX API，由于不同操作系統(tǒng)的 API 會(huì)有細(xì)微差異，因此將 Iceoryx 移植到另一個(gè)基于 POSIX 的操作系統(tǒng)時(shí)，可能需要進(jìn)行細(xì)微的改動(dòng)。但如果需要過(guò) ASIL-B 或 ASIL-D 等級(jí)功能安全認(rèn)證，那還需要從博世購(gòu)買相關(guān)的安全服務(wù)。目前，對(duì)于 Iceoryx這套中間件

57、來(lái)說(shuō)最大的挑戰(zhàn)是需要有主機(jī)廠快速搭載量產(chǎn)車上市，來(lái)真正檢驗(yàn)其價(jià)值。另外由于自動(dòng)駕駛感知信息種類越來(lái)越多，激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)、攝像頭 RGGB 幀、3D 毫米波雷達(dá)目標(biāo)信息以及 4D 毫米波雷達(dá)點(diǎn)云信息、整車信號(hào)數(shù)據(jù)等，如何高效申請(qǐng)和分配內(nèi)存塊也是實(shí)現(xiàn)真正“零拷貝”的前提，這也需要在實(shí)際項(xiàng)目中不斷打磨優(yōu)化。2.1.4 其他通信中間件：SOME/IP 與 DDS 等根據(jù)源代碼是否開(kāi)放，通信中間件可簡(jiǎn)單地分為閉源和開(kāi)源兩種：1 閉源的通信中間件主要有 Vector 公司的 SOME/IP、RTI 公司的 DDS 等；2 開(kāi)源的通信中間件主要有 OPEN DDS、FAST DDS、Cyclone DDS 等

58、。SOME/IP嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，SOME/IP 不是一款特定的產(chǎn)品，而是一種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。2011 年，BWM 設(shè)計(jì)和提出了SOME/IP，SOME/IP 全稱為 Scalable Service-oriented Middleware over IP，拆分起來(lái)理解就是以 Server-Client 服務(wù)形式進(jìn)行通信，并且服務(wù)具備高度可擴(kuò)展性。在傳統(tǒng)以太網(wǎng)中，OSI 將以太網(wǎng)分層七層，但汽車行業(yè)將 OSI 5-7 層統(tǒng)稱為應(yīng)用層，因此車載以太網(wǎng)只有 5 層。SOME/IP 協(xié)議是一種應(yīng)用層協(xié)議，運(yùn)行在 TCP/UDP 傳輸協(xié)議之上（車載以太網(wǎng)第四層以上），作為以太網(wǎng)通信中間件來(lái)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用層和 IP 層的數(shù)

59、據(jù)交互，使其不依賴于操作系統(tǒng)，同時(shí)又能兼容 AUTOSAR 和非 AUTOSAR 平臺(tái)。因此 SOME/IP 可以獨(dú)立于硬件平臺(tái)、操作系統(tǒng)和編程語(yǔ)言。有關(guān)分析師的申明，見(jiàn)本報(bào)告最后部分。其他重要信息披露見(jiàn)分析師申明之后部分，或請(qǐng)與您的投資代表聯(lián)系。并請(qǐng)閱讀本證券研究報(bào)告最后一頁(yè)的免責(zé)申明。19-計(jì)算機(jī)行業(yè)深度報(bào)告 智能汽車深度系列之二：車載操作系統(tǒng)和中間件帶來(lái)的機(jī)遇圖 21：SOME/IP 運(yùn)行在車載以太網(wǎng)第四層以上圖 20：SOME/IP 是一種面向服務(wù)的傳輸協(xié)議數(shù)據(jù)來(lái)源：CDSN，東方證券研究所數(shù)據(jù)來(lái)源：CDSN，東方證券研究所SOME/IP可支持 AUTOSAR CP、AUTOSAR A

60、P以及非 AUTOSAR平臺(tái)之間的通信交互。BWM設(shè)計(jì) SOME/IP 協(xié)議之后，SOME/IP 被 AUTOSAR 納入其正式標(biāo)準(zhǔn)，并隨著 CP 規(guī)范發(fā)布而被廣泛用于車載以太網(wǎng)，因此可以說(shuō)是 AUTOSAR CP 推動(dòng)了 SOME/IP 的廣泛使用。借助 SOME/IP協(xié)議的高度平臺(tái)擴(kuò)展性，可以實(shí)現(xiàn)不同平臺(tái)的數(shù)據(jù)交互，而統(tǒng)一的 SOME/IP通信機(jī)制是不同平臺(tái)通信的前提。為了在不同軟件平臺(tái)上運(yùn)行 SOME/IP，使得整車以太網(wǎng)上實(shí)現(xiàn) SOA 架構(gòu)通信機(jī)制，所以 AP規(guī)范中也同步引入了SOME/IP，因此對(duì)于AUTOSAR系統(tǒng)，CP和AP之間實(shí)現(xiàn)SOME/IP通信，是比較容易的。為了使非 AU