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去年5月份，九章智駕發(fā)布的《自動(dòng)駕駛OS現(xiàn)狀及市場(chǎng)格局》在產(chǎn)業(yè)內(nèi)引起了強(qiáng)烈反響，但這篇文章的重點(diǎn)是在說(shuō)狹義OS即“內(nèi)核”，對(duì)作為廣義OS一部分的“中間件”，卻著墨不多。那么，中間件到底是什么，它分為哪些類(lèi)別？每個(gè)類(lèi)別又有何特殊意義？目前市場(chǎng)上有哪些主要玩家？
帶著這些問(wèn)題，《九章智駕》在2021年11月份采訪了華玉通軟聯(lián)合創(chuàng)始人畢曉鵬、前中科創(chuàng)達(dá)首席架構(gòu)師汪浩偉（現(xiàn)為均聯(lián)智行首席架構(gòu)師）、東軟睿馳業(yè)務(wù)線總監(jiān)兼歐美全球銷(xiāo)售總經(jīng)理茅海燕、Vector產(chǎn)品專(zhuān)家蔡守群等諸多操作系統(tǒng)領(lǐng)域的專(zhuān)家。
接下來(lái)，我們將結(jié)合這一系列采訪成果，通過(guò)4篇文章對(duì)自動(dòng)駕駛中間做個(gè)簡(jiǎn)單的“科普”，這是第一篇。
一．中間件的定義與作用
1.什么是中間件？
圖片摘自公眾號(hào)“筋斗云與自動(dòng)駕駛”
筆者在交流中發(fā)現(xiàn)，不同的人對(duì)中間件的理解并不一樣，甚至可以說(shuō)，到現(xiàn)在，這個(gè)概念還是模糊不清的。比如：
（1）有的人認(rèn)為中間件僅指位于OS內(nèi)核之上、功能軟件之下的那部分組件，為上層提供進(jìn)程管理、升級(jí)管理等服務(wù)；而有的人則認(rèn)為中間件還應(yīng)包括功能軟件和應(yīng)用軟件中間的那部分（參見(jiàn)上圖）。按茅海燕的說(shuō)法，前者是“通用中間件”，而后者是“專(zhuān)用中間件”。本文中提到的“中間件”，若不做專(zhuān)門(mén)說(shuō)明，便特指“通用中間件”。
（2）有一些人提到的自動(dòng)駕駛中間件，包括了AUTOSAR（又分為AUTOSAR?CP和AUTOSAR AP），還有一些人口中的中間件，特指ROS2、Cyber RT、DDS等。
（3）未動(dòng)科技VP蕭猛認(rèn)為，“中間”一詞是相對(duì)的，當(dāng)有多層堆疊的時(shí)候，每一層都是其上下兩層的中間層，因此，在用“中間件”這個(gè)詞的時(shí)候，我們需要特別指明它究竟位于“哪兩層之間”。按蕭猛的說(shuō)法，當(dāng)我們稱 “ROS/ROS2 為中間件”時(shí)，其含義與 “AUTOSAR AP為中間件”并不是對(duì)等的關(guān)系。
(4)Vector產(chǎn)品專(zhuān)家蔡守群說(shuō)，他理解的中間件，“是給App開(kāi)發(fā)提供功能支撐的，對(duì)外是沒(méi)有功能表征的；但是站在操作系統(tǒng)內(nèi)核的角度，中間件跟App并沒(méi)有本質(zhì)的區(qū)別”。
2.中間件的作用
汪浩偉說(shuō)：“專(zhuān)用中間件原本是應(yīng)用程序的一部分，只是很多公司做自動(dòng)駕駛都需要用到，就被抽象出來(lái)了?！?/p>
那么，它究竟有什么用？
畢曉鵬認(rèn)為，自動(dòng)駕駛中間件最主要的作用是：對(duì)下，它能夠去適配不同的OS內(nèi)核和架構(gòu)；對(duì)上，它能夠提供一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)接口，負(fù)責(zé)各類(lèi)應(yīng)用軟件模塊之間的通信以及對(duì)底層系統(tǒng)資源的調(diào)度。
據(jù)畢曉鵬解釋?zhuān)罢?，使開(kāi)發(fā)者們無(wú)需考慮底層的OS內(nèi)核是什么，也無(wú)需考慮硬件環(huán)境是什么，即不僅實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用軟件與OS的解耦，也實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用軟件與硬件的解耦；而后者則確保了數(shù)據(jù)能夠安全實(shí)時(shí)地傳輸、資源進(jìn)行合理的調(diào)度。
為什么要通過(guò)中間件來(lái)支持軟硬件解耦？畢曉鵬解釋道：
我開(kāi)發(fā)一個(gè)應(yīng)用軟件，其中很多內(nèi)容都是與具體應(yīng)用邏輯無(wú)關(guān)的，包括數(shù)據(jù)通信、通信安全、系統(tǒng)資源調(diào)度等，比如，有十個(gè)進(jìn)程需要數(shù)據(jù)交互，完全沒(méi)有必要在十個(gè)程序的軟件代碼里各自進(jìn)行實(shí)現(xiàn)和配置。針對(duì)這種情況，我們就可以把重復(fù)的部分抽象成一種服務(wù)，單獨(dú)封成一層?xùn)|西（這就是中間件），并提供統(tǒng)一的庫(kù)、接口和配置方法，供上層去調(diào)用。這樣的話，有一部分人專(zhuān)門(mén)去做中間件的，而做上層應(yīng)用的人也不需要考慮跟底層交互的事情。
舉例說(shuō)，如果要做一個(gè)自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)，它有各個(gè)模塊或業(yè)務(wù)邏輯獨(dú)立的不同軟件，在進(jìn)行通信、數(shù)據(jù)交互，或者調(diào)用底層資源時(shí)，只需要中間件的一個(gè)接口就可以實(shí)現(xiàn)，其他事情不需要考慮，這樣開(kāi)發(fā)人員就可以專(zhuān)注于自己的業(yè)務(wù)邏輯。
又比如，一個(gè)攝像頭需要感知前面的車(chē)道線、紅綠燈等，開(kāi)發(fā)人員就專(zhuān)門(mén)做紅綠燈和車(chē)道線檢測(cè)算法，與外界的數(shù)據(jù)交互只需要使用中間件的通信服務(wù)（例如訂閱攝像頭信息，發(fā)布檢測(cè)結(jié)果），而不必關(guān)心數(shù)據(jù)從哪里來(lái)、發(fā)給誰(shuí)。
Nullmax紐勱科技系統(tǒng)平臺(tái)總監(jiān)苗乾坤博士在此前的一篇文章中寫(xiě)道：
“芯片算力大幅增長(zhǎng)，攝像頭像素呈翻倍之勢(shì)，激光雷達(dá)出現(xiàn)在更多新車(chē)規(guī)劃上……沒(méi)有誰(shuí)能夠斷言車(chē)上的傳感器應(yīng)該有多少，又或者是將來(lái)的汽車(chē)還會(huì)增加哪些硬件，但所有人都知道硬件的變化將會(huì)來(lái)得更加猛烈。
“所以我們也可以看到，汽車(chē)對(duì)軟硬件架構(gòu)的要求也越來(lái)越高，既要能滿足當(dāng)下的需求，還要具備相當(dāng)?shù)那罢靶?、兼容性和擴(kuò)展性，能夠支持接下來(lái)軟硬件升級(jí)換代、增減模塊的需求。而自動(dòng)駕駛的中間件，就正是這樣一個(gè)可以按需調(diào)整、滿足各樣需求的現(xiàn)代溫室。
“在早期開(kāi)發(fā)中，中間件可以化整為零，將巨大的軟件工程分解成若干小任務(wù)，分散解決。在后期應(yīng)用時(shí)，它又可以化零為整，像拼積木一樣，根據(jù)需求將一個(gè)個(gè)模塊組合成一個(gè)整體，嚴(yán)絲合縫?！?/p>
在春節(jié)前的一場(chǎng)直播中，東軟睿馳產(chǎn)品銷(xiāo)售總監(jiān)安志鵬說(shuō)，在軟硬件解耦、模塊化管理后，再遇到問(wèn)題，就不用整個(gè)系統(tǒng)都改，只改相對(duì)應(yīng)的部分就行了。這樣，軟件的可復(fù)用程度就極大地提升了，同時(shí)，驗(yàn)證的工作量也會(huì)減少許多 ，整體開(kāi)發(fā)效率也會(huì)因此提升。
相反，沒(méi)有中間件的話，應(yīng)用層就得直接調(diào)用操作系統(tǒng)的接口，后期要是換了操作系統(tǒng)，應(yīng)用層的代碼和算法可能就要推倒重來(lái)。
簡(jiǎn)言之，中間件通過(guò)對(duì)計(jì)算平臺(tái)、傳感器等資源進(jìn)行抽象，對(duì)算法、子系統(tǒng)、功能采取模塊化的管理，并提供統(tǒng)一接口，讓開(kāi)發(fā)人員能夠?qū)Ｗ⒂诟髯詷I(yè)務(wù)層面的開(kāi)發(fā)，無(wú)需了解無(wú)關(guān)細(xì)節(jié)。
按東軟睿馳產(chǎn)品銷(xiāo)售總監(jiān)安志鵬的說(shuō)法，搞AUTSOAR這樣的中間件，并不是只對(duì)OEM有利，“零部件供應(yīng)商的選擇面也大了——應(yīng)用做好了，下面的軟件、芯片可以選好幾家供應(yīng)商的，要比傳統(tǒng)的開(kāi)發(fā)模式快很多，因而，零部件供應(yīng)商也是受益者”。
用蕭猛的話說(shuō)，中間件最直接的好處就是“為上層屏蔽底層的復(fù)雜性”，軟件開(kāi)發(fā)人員可以忽略芯片、傳感器等硬件的差異，從而高效、靈活地將上層應(yīng)用及功能算法在不同平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)、迭代、移植。蕭猛認(rèn)為，中間件可以看做是自動(dòng)駕駛應(yīng)用背景下的一項(xiàng)“新基建”。?
（圖片摘自馮占軍博士的《AUTOSAR對(duì)基礎(chǔ)軟件開(kāi)發(fā)是喜還是憂？》一文。AUTOSAR只是中間件的一種，但這里寫(xiě)的“AUTOSAR開(kāi)發(fā)優(yōu)勢(shì)”基本也適用于其他中間件。）
不過(guò)，站在開(kāi)發(fā)者的角度看，中間件的意義也未必全部是正面的。如馮占軍博士在《AUTOSAR對(duì)基礎(chǔ)軟件開(kāi)發(fā)是喜還是憂？》一文中就提到了如下兩點(diǎn)：
底層軟件工程師變成了工具人，“只要你去點(diǎn)點(diǎn)鼠標(biāo)，用工具配合就可以了”，很多原本由自己做的測(cè)試也改由供應(yīng)商來(lái)做，進(jìn)而導(dǎo)致工程師的成就感嚴(yán)重降低；時(shí)間久了，工程師從0到1開(kāi)發(fā)的能力也會(huì)降低。
（圖片摘自馮占軍博士的文章。盡管文章說(shuō)的是Autosar,但實(shí)際上這些問(wèn)題在ROS等其他中間件的使用過(guò)程中也會(huì)存在。）
對(duì)軟件工程師來(lái)說(shuō)，中間件造成的“能力退化”這一問(wèn)題幾乎是無(wú)解的。但馮占軍博士認(rèn)為，“如果這個(gè)中間件在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，有使用公司的工程師深度參與，提出需求并一起實(shí)施，會(huì)好一些”。
此外，殷瑋在一篇文章提到，使用AUTOSAR這樣的中間件，Tier 1們應(yīng)該是很不情愿的，“因?yàn)椴坏皆黾恿顺杀荆€有可能逐步淪為硬件生產(chǎn)商”。但這個(gè)也不能說(shuō)是中間件的鍋，在軟件定義汽車(chē)大大趨勢(shì)下，這幾乎是必然的。
二．常見(jiàn)的基本概念
1.?AUTOSAR CP?與?AUTOSAR AP
在所有的中間件方案中，最著名的非AUTOSAR莫屬了。
嚴(yán)格地說(shuō)，AUTOSAR并非特指由某一家軟件公司開(kāi)發(fā)出來(lái)的某款操作系統(tǒng)或中間件產(chǎn)品，而是由全球的主要汽車(chē)生產(chǎn)廠商、零部件供應(yīng)商、軟硬件和電子工業(yè)等企業(yè)共同制定的汽車(chē)開(kāi)放式系統(tǒng)架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)。不過(guò)，在實(shí)踐中，各公司基于AUTOSAR標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)出來(lái)的中間件也被被稱為“AUTOSAR”。
當(dāng)前，AUTOSAR可分為Classic Platform和Adaptive Platform兩個(gè)平臺(tái)，兩者分別被簡(jiǎn)稱為AUTOSAR CP與AUTOSAR AP。
簡(jiǎn)單地說(shuō)，AUTOSAR CP主要跑在8bit、16bit、32bit的MCU上，對(duì)應(yīng)傳統(tǒng)的車(chē)身控制、底盤(pán)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)。
嚴(yán)格地說(shuō)，AUTOSAR CP并不只是個(gè)“中間件”，它是相當(dāng)于“OS內(nèi)核+中間件”的一套完整的“操作系統(tǒng)”。?AUTOSAR CP定義了基本的上層任務(wù)調(diào)度、優(yōu)先級(jí)調(diào)度等。
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)”。在AUTOSAR的生態(tài)形成后，很多芯片廠商的MCU上標(biāo)配的就是AUTOSAR CP，主機(jī)廠沒(méi)有什么選擇權(quán)。
由于分布式架構(gòu)下的芯片主要是MCU，因此，便有了“AUTOSAR CP主要跑在MCU上”的說(shuō)法。
在分布式架構(gòu)下，不同的功能對(duì)應(yīng)著不同的MCU，而每一個(gè)MCU上都需要跑一套AUTOSAR CP，若傳感器的類(lèi)型比較多，則僅ADAS相關(guān)功能就需要很多套AUTOSAR CP，那怎么收費(fèi)呢？
常規(guī)的做法是：根據(jù)MCU的類(lèi)型來(lái)收費(fèi)——如果MCU是兩個(gè)異構(gòu)的MCU，那AUTOSAR CP就按兩套來(lái)收費(fèi)；如果MCU是同構(gòu)的，那AUTOSAR CP就按一套來(lái)收費(fèi)。?
隨著EE架構(gòu)從分布式向集中式演進(jìn)、芯片由MCU向SOC演進(jìn)，計(jì)算量及通信量成數(shù)量級(jí)地上升，另外，多核處理器、GPU、FPGA以及專(zhuān)用加速器的需求，還有OTA等，都超出了AUTOSAR CP的支持范圍。
（圖片摘自安志鵬的直播課）
2017年，為更好地滿足集中式架構(gòu)+SOC時(shí)代的高等級(jí)自動(dòng)駕駛對(duì)中間件的需求，AUTOSAR聯(lián)盟推出了通信能力更強(qiáng)、軟件可配置性更靈活、安全機(jī)制要求更高的AUTOSAR AP平臺(tái)。
需要強(qiáng)調(diào)的是，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——它自身并不包含OS。
結(jié)合aFakeProgramer于2020年發(fā)表在CSDN上的《為什么要用AP？Adaptive AutoSAR到底給企業(yè)提供了一些什么？》一文及東軟睿馳安志鵬在2022年春節(jié)前的一場(chǎng)直播中講的內(nèi)容，AUTOSAR CP與AUTOSAR AP最主要的區(qū)別有如下幾點(diǎn)：
1）.編程語(yǔ)言不同——AUTOSAR CP基于C語(yǔ)言，而AUTOSAR AP基于C++語(yǔ)言；
2）.架構(gòu)不同——AUTOSAR CP 采用的是FOA架構(gòu)（function-oriented architecture），而AUTOSAR AP采用的則是SOA架構(gòu)（service-oriented architecture）；
3）.通信方式不同——AUTOAR CP采用的是基于信號(hào)的靜態(tài)配置通信方式（LINCAN...通信矩陣），而AUTOSAR AP采用的是基于服務(wù)的SOA動(dòng)態(tài)通信方式（SOME/IP）；
4）.連接關(guān)系不同——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；
5）.調(diào)度方式不同——AUTOSAR CP采用固定的任務(wù)調(diào)度配置，模塊和配置在發(fā)布前進(jìn)行靜態(tài)編譯、鏈接，按既定規(guī)則順序執(zhí)行，而AUTOSAR CP則支持多種動(dòng)態(tài)調(diào)度策略，服務(wù)可根據(jù)應(yīng)用需求動(dòng)態(tài)加載，并可進(jìn)行單獨(dú)更新。
6）.代碼執(zhí)行和地址空間不同——AUTOSAR CP中，大部分代碼靜態(tài)運(yùn)行在ROM，所有application共用一個(gè)地址空間，而在AUTOSAR AP中，應(yīng)用加載到RAM運(yùn)行，每個(gè)application獨(dú)享（虛擬）一個(gè)地址空間。
這些區(qū)別，帶給AUTOSAR AP的優(yōu)勢(shì)有如下幾點(diǎn)——
1）.ECU更加智能：基于SOA通信使得AP中ECU可以動(dòng)態(tài)的同其他ECU同其他ECU進(jìn)行連接，提供或獲取服務(wù)；
2）.更強(qiáng)大的計(jì)算能力：基于SOA架構(gòu)使得AP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；
3).更加安全：基于SOA架構(gòu)使得AP中各個(gè)服務(wù)模塊獨(dú)立，可獨(dú)立加載，IAM管理訪問(wèn)權(quán)限；
4).敏捷開(kāi)發(fā)：Adaptive AUTOSAR服務(wù)不局限于部署在ECU本地可分布于車(chē)載網(wǎng)絡(luò)中，使得系統(tǒng)模塊可靈活部署，后期也能靈活獨(dú)立更新（FOTA）；
5).高通信帶寬：可實(shí)現(xiàn)基于Ethernet等高通信帶寬的總線通信；
6).更易物聯(lián)：基于以太網(wǎng)的SOA通信，更易實(shí)現(xiàn)無(wú)線、遠(yuǎn)程、云連接，方便部署V-2-X應(yīng)用。
（圖片摘自經(jīng)緯恒潤(rùn)）
?
當(dāng)然了，在某些方面，AUTOSAR AP與AUTOSAR CP相比是有一些“劣勢(shì)”的。比如，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)。
上述區(qū)別也導(dǎo)致了兩者應(yīng)用領(lǐng)域的不同：AUTOSAR CP一般應(yīng)用在對(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。
盡管AUTOSAR AP有種種優(yōu)點(diǎn)，但總的來(lái)說(shuō)，它目前還不夠成熟——主要是信息安全及UCM等模塊不成熟。量產(chǎn)車(chē)上裝AUTOSAR AP的不少，但主要用在娛樂(lè)場(chǎng)景，真正用在自動(dòng)駕駛場(chǎng)景的還很少。
此外，由于SOC+MCU組合的現(xiàn)象會(huì)長(zhǎng)期存在，因而，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)的分工會(huì)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AUTOSAR CP。
（圖片摘自超星未來(lái)）
2.ROS?2
ROS是機(jī)器人操作系統(tǒng)（Robot Operating System）的英文縮寫(xiě)，原生的ROS本是機(jī)器人OS，并不能直接滿足無(wú)人駕駛的所有需求，用作自動(dòng)駕駛中間件的是ROS 2。
ROS 2與ROS 1的主要區(qū)別如下：
（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)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。
（3）.ROS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)；ROS2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).由于ROS 缺少Q(mào)os機(jī)制，topic的穩(wěn)定性與質(zhì)量難以保證；ROS2則提供了Qos機(jī)制，對(duì)通信的實(shí)時(shí)性、完整性、歷史追溯等功能有了支持，這便大幅加強(qiáng)了框架功能，避免了高速系統(tǒng)難以適用等問(wèn)題。
不過(guò)，ROS2的QoQ配置較為復(fù)雜，目前主要是國(guó)外一些專(zhuān)業(yè)的大學(xué)或?qū)嶒?yàn)室在使用,國(guó)內(nèi)僅有極少數(shù)公司在嘗試;此外，ROS 2的生態(tài)成熟度遠(yuǎn)不如ROS,這也給推廣應(yīng)用帶來(lái)了不便。
跟AUTOSAR AP一樣，ROS 2也是跑在soc芯片上、用于滿足高等級(jí)自動(dòng)駕駛的需求的。不過(guò)，蕭猛在去年的一批文章中卻特別強(qiáng)調(diào)：當(dāng)我們稱 “ROS/ROS2 為中間件”時(shí)，其含義與 “AUTOSAR AP為 中間件”并不是對(duì)等的關(guān)系。
蕭猛的文章稱：
當(dāng)我們說(shuō) AutoSar是中間件時(shí)，這個(gè)中間件是很明確的 L.BSW層語(yǔ)義，即處于計(jì)算機(jī)OS與車(chē)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(chē)輛網(wǎng)絡(luò)、電源等系統(tǒng)交互所需的基礎(chǔ)服務(wù)；
ROS/ROS2 是作為機(jī)器人開(kāi)發(fā)的應(yīng)用框架，在機(jī)器人應(yīng)用和計(jì)算機(jī)OS之間提供了通用的中間層框架和常用軟件模塊(ROS Package)，而且， ROS團(tuán)隊(duì)認(rèn)為這個(gè)框架做得足夠好，可以稱作操作系統(tǒng)（OS）了。
ROS 2盡管在功能上跟AUTOSAR AP有不少重疊之處，但兩者的思路是不一樣的：
（1）.從表現(xiàn)形式上看，AUTOSAR AP首先是一套標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)定義了一系列基礎(chǔ)平臺(tái)組件，每個(gè)平臺(tái)組件定義了對(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)，和平臺(tái)組件之間的交互接口（這些部分留給 AUTOSAR AP供應(yīng)商實(shí)現(xiàn)）；ROS2則從一開(kāi)始就是代碼優(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。
（2）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，把底層換為滿足ASIL要求的RTOS和商用工具鏈(編譯器）。
ROS 2“過(guò)不了車(chē)規(guī)”似乎已成為一個(gè)很廣泛的行業(yè)共識(shí)。但在蕭猛看來(lái)，ROS2本來(lái)就不是為實(shí)時(shí)域設(shè)計(jì)的，如果一定要把實(shí)時(shí)性要求高的車(chē)輛控制算法運(yùn)行在 ROS2中，“那是軟件設(shè)計(jì)的錯(cuò)誤，而不是ROS2的問(wèn)題”。
蕭猛認(rèn)為，只要能補(bǔ)齊 L.BSW層所需要完成的所有功能、補(bǔ)齊 A 軸所有切面要求的特性，ROS 2就能用于自動(dòng)駕駛量產(chǎn)車(chē)。如前段時(shí)間剛拿到采埃孚等多家巨頭投資的Apex.AI公司基于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。
蕭猛說(shuō)：“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。這可以成為一個(gè)單獨(dú)的產(chǎn)品，投入時(shí)間+人+錢(qián)可以開(kāi)發(fā)出來(lái)，只是看有沒(méi)有必要，值不值得”。
在具體的實(shí)踐中，ROS 2跟AUTOSAR AP存在直接競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系——盡管對(duì)用戶來(lái)說(shuō)，并不存在嚴(yán)格意義上的“二選一”問(wèn)題，但通常來(lái)說(shuō)，若選了ROS 2，就不會(huì)選AUTOSAR ?AP了；若選了AUTOSAR ?AP，就不會(huì)選ROS 2了。
3.?CyberRT
Cyber RT是百度Apollo開(kāi)發(fā)出來(lái)的中間件，在Apollo 3.5中正式發(fā)布。Cyber RT和ROS2是比較像的， 其底層也是使用了一個(gè)開(kāi)源版本的DDS。
百度最早用的是ROS 1,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，所以就希望使用一個(gè)“沒(méi)有中間節(jié)點(diǎn)”的通信中間件來(lái)代替ROS 1，那時(shí)還沒(méi)有ROS2，所以自己去做了一個(gè)Cyber RT。
為了解決 ROS 遇到的問(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(chē)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。
（圖片出處：https://blog.csdn.net/xhtchina/article/details/118151673）
其相對(duì)于其他系統(tǒng)，Cyber RT的一大優(yōu)勢(shì)是，專(zhuān)為無(wú)人架駛設(shè)計(jì)。百度已將Cyber RT開(kāi)源，某互聯(lián)網(wǎng)巨頭的自動(dòng)駕駛團(tuán)隊(duì)使用的中間件便是百度開(kāi)源出來(lái)的Cyber RT。
Cyber RT跟ROS 2之間也存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。
在談到AUTOSAR AP、ROS 2與Cyber RT這些中間件的關(guān)系時(shí)，Vector產(chǎn)品專(zhuān)家蔡守群的解釋是：
“不需要很機(jī)械地去分類(lèi)，你可以把AUTOSAR ?AP, ROS和Cyber RT都想象成一個(gè)提供一組中間件的超市，用戶可以按需從不同的超市購(gòu)買(mǎi)，并不是說(shuō)從一個(gè)超市買(mǎi)過(guò)一個(gè)中間件，就不能從其他超市買(mǎi)了。
蔡守群說(shuō)：AUTOSAR AP中也包含了對(duì)ROS接口的支持。說(shuō)不準(zhǔn)哪天ROS和Cyber RT就會(huì)加入AUTOSAR AP的組件，或者 AUTOSAR??AP會(huì)引入Cyber RT的組件。
4.DDS（通信中間件）
（1）什么是DDS？
在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域，中間件的功能涉及到通信、模塊升級(jí)、任務(wù)調(diào)度、執(zhí)行管理，但其最主要的功能就是通信。當(dāng)前市場(chǎng)上，無(wú)論是Cyber RT還是 ROS，基本上90%的功能就是通信，狹義上說(shuō)就是通信中間件。
通信中間可以分成開(kāi)源和閉源的兩種。開(kāi)源的為OPEN DDS、FAST DDS、Cyclone等，閉源的就RTI的DDS和Vector的SOME/IP。DDS的全稱為Data Distribution Service ，指一種數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，由對(duì)象管理組織(OMG)制定。
?DDS能夠?qū)崿F(xiàn)低延遲、高可靠、高實(shí)時(shí)性的數(shù)據(jù)融合服務(wù)，能夠從根本上降低軟件的耦合性、復(fù)雜性，提高軟件的模塊化特性。高等級(jí)自動(dòng)駕駛現(xiàn)在基本上都在探索依靠DDS來(lái)解決異構(gòu)通信、低時(shí)延等CP解決不了的挑戰(zhàn)。
融合了DDS的汽車(chē)軟件能夠更好地運(yùn)行在下一代汽車(chē)的體系架構(gòu)中，更能降低開(kāi)發(fā)的成本、縮短研發(fā)的時(shí)間，更快地將產(chǎn)品推向市場(chǎng)。
（2）DDS與ROS 2、AUTOSAR AP之間的關(guān)系
ROS 2和Cyber RT的底層都使用了開(kāi)源的DDS，將DDS作為最重要的通信機(jī)制。但也有自動(dòng)駕駛公司的工程師認(rèn)為，DDS可以起到替代ROS 2的作用，站在用戶的角度看，兩者之間其實(shí)存在“二選一”的關(guān)系。
AUTOSAR CP里一直沒(méi)有包含跟DDS有關(guān)的東西，但AUTOSAR AP在?2018年3月的最新版（版本18-10）里開(kāi)始支持DDS標(biāo)準(zhǔn)。將DDS與AUTOSAR AP結(jié)合使用，不僅可以保證和擴(kuò)展AUTOSAR AP系統(tǒng)內(nèi)部互操作性的功能，而且還可以將其開(kāi)放給來(lái)自不同的生態(tài)系統(tǒng)（即ROS 2）。
從工程角度來(lái)看，將AUTOSAR和DDS結(jié)合起來(lái)的最大優(yōu)勢(shì)是，功能域和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/a>不再是對(duì)手，而是車(chē)輛中的盟友。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能夠更好地適應(yīng)車(chē)輛的物理約束，功能域在物理車(chē)輛的頂部提供了一個(gè)靈活的覆蓋層，這就是所謂的分區(qū)體系結(jié)構(gòu)。
當(dāng)然，DDS僅是通信中間件的一種。關(guān)于各類(lèi)通信中間件之間的異同，我們將在本系列的第二篇做更詳細(xì)的闡釋。
三．AUTOSAR AP的地位正在弱化？
盡管AUTOSAR是當(dāng)下最有名的自動(dòng)駕駛中間件，但《九章智駕》在對(duì)諸多中間件廠商們的調(diào)研中得出一個(gè)結(jié)論：AUTOSAR在產(chǎn)業(yè)鏈中的地位可能正在弱化。??當(dāng)然了，那些專(zhuān)注于AUTOSAR系統(tǒng)的廠商們并不認(rèn)同這一觀點(diǎn)。
我們?cè)谏衔囊呀?jīng)提到，隨著EE架構(gòu)從分布式向集中式演進(jìn)、MCU被SOC取代，CP AUTSAR被AUTOSAR AP、ROS 2和Cyber RT等取代已是大勢(shì)所趨，在下文，我們主要談的是“AUTOSAR AP的地位會(huì)不會(huì)弱化”。
2021年12月中旬，兩家AUTOSAR發(fā)起公司大陸集團(tuán)、豐田聯(lián)合采埃孚、捷豹路虎、沃爾沃、海拉等多家汽車(chē)行業(yè)龍頭企業(yè)宣布投資車(chē)載操作系統(tǒng)初創(chuàng)公司Apex.AI，而Apex.AI的主力產(chǎn)品Apex.OS則是基于ROS 2發(fā)展起來(lái)的。
拿到了Apex.AI公司15%股權(quán)的采埃孚方面在接受媒體采訪時(shí)說(shuō)：“這意味著，我們可以為客戶提供AUTOSAR AP的替代方案。”
盡管AUTOSAR AP已經(jīng)有了標(biāo)準(zhǔn)，但還沒(méi)有落地。安波福、采埃孚、大陸這些公司提供的方案，仍然是基于AUTOSAR CP標(biāo)準(zhǔn)的接口。事實(shí)上，越來(lái)越多的OEM不太想完全用AUTOSAR去解決智能駕駛操作系統(tǒng)的問(wèn)題。
不僅特斯拉沒(méi)有用AUTOSAR AP,國(guó)內(nèi)的幾大造車(chē)新勢(shì)力也沒(méi)有用(他們用的是AUTOSAR CP+DDS)。甚至，連一些正在轉(zhuǎn)型的傳統(tǒng)車(chē)企也沒(méi)打算用AUTOSAR AP。
從產(chǎn)業(yè)鏈中各方的反應(yīng)來(lái)看，AUTOSAR AP“地位不穩(wěn)”的原因主要有以下幾個(gè)：
1．使用成本太高
馮占軍博士在《AUTOSAR對(duì)基礎(chǔ)軟件開(kāi)發(fā)是喜還是憂？》一文中透露，AUTOSAR的費(fèi)用通常是“幾百萬(wàn)起”，并且，針對(duì)不同的域控制器、不同的芯片需要“重復(fù)收費(fèi)”，一般小廠根本吃不消?！翱赡苓€沒(méi)有什么產(chǎn)出，幾百萬(wàn)就花出去了”。
除購(gòu)買(mǎi)成本高外，畢曉鵬和蕭猛都提到，AUTOSAR前期的學(xué)習(xí)難度很大、學(xué)習(xí)成本也非常高。為了學(xué)會(huì)如何使用AUTOSAR,企業(yè)甚至不得不專(zhuān)門(mén)培訓(xùn)一批人,如果受培訓(xùn)的人臨時(shí)離職了，那培訓(xùn)費(fèi)用就打了水漂。
2.效率不高
畢曉鵬認(rèn)為，AUTOSAR AP的配置非常多，它是通過(guò)配置加上一部分代碼去實(shí)現(xiàn)自己的功能，但配置多了之后，效率不高，而且代碼臃腫。
3.靜態(tài)部署與動(dòng)態(tài)部署的理念沖突
畢曉鵬博士提到，AUTOSAR AP其實(shí)是從AUTOSAR CP發(fā)展而來(lái)的，AUTOSAR CP是靜態(tài)部署，只適用于相對(duì)簡(jiǎn)單的業(yè)務(wù)邏輯和功能，其代碼是固化的，有點(diǎn)像以前的功能手機(jī)——功能無(wú)法改變，不可能往里面再加一個(gè)APP；但AUTOSAR AP有點(diǎn)像現(xiàn)在的智能手機(jī)，軟件開(kāi)發(fā)人員開(kāi)發(fā)一個(gè)APP，跨平臺(tái)就可以用不同手機(jī)上了，這種動(dòng)態(tài)部署的理念和之前的靜態(tài)部署概念不甚相同，而其方法論卻是基于靜態(tài)部署衍生而來(lái)的，因此在實(shí)踐層面會(huì)遇到不少問(wèn)題。
4.無(wú)法滿足智能網(wǎng)聯(lián)的需求
由于云端跟車(chē)端所使用的操作系統(tǒng)不一樣，AUTOSAR只能負(fù)責(zé)車(chē)內(nèi)的通信，不能支持車(chē)端到云端的通信，因而無(wú)法支持車(chē)路協(xié)同場(chǎng)景（車(chē)端跟云端的通信，是通過(guò)MQTT、kafka等中間件來(lái)實(shí)現(xiàn)的）。除此之外，AUTOSAR能否兼容車(chē)輛網(wǎng)聯(lián)化中需要用到的數(shù)據(jù)平臺(tái)、通信平臺(tái)和地圖平臺(tái)，也存在很大的疑問(wèn)。
畢曉鵬說(shuō)，在發(fā)現(xiàn)了這些問(wèn)題后，有一些OEM開(kāi)始逐漸放棄AUTOSAR架構(gòu)，“轉(zhuǎn)而自己去研發(fā)一套更適合動(dòng)態(tài)部署、成本較低的新型軟件架構(gòu)”。
傳統(tǒng)車(chē)廠是從使用CP過(guò)來(lái)的，所以在慣性上，他們可能還會(huì)考慮AP是否適合智能駕駛，但慢慢地也在嘗試轉(zhuǎn)型。如奧迪和TTTech合作做的通信中間件——zFAS，也沒(méi)有采用AP。
不同于AUTOSAR CP已經(jīng)是非常標(biāo)準(zhǔn)化的東西，大家用起來(lái)沒(méi)什么問(wèn)題，AUTOSAR AP現(xiàn)在的標(biāo)準(zhǔn)也不是很完善，每年也在更新，具體AP能發(fā)展成什么樣，這個(gè)誰(shuí)也不知道，大家更多也是觀望的態(tài)度。
畢曉鵬認(rèn)為，AUTOSAR標(biāo)準(zhǔn)并不能很好地支撐自動(dòng)駕駛應(yīng)用和創(chuàng)新的發(fā)展，因此，我們有必要建立一套更適合中國(guó)智能駕駛發(fā)展、且自主可控的技術(shù)架構(gòu)和生態(tài)體系。
蕭猛認(rèn)為，由于從AUTOSAR CP到AUTOSAR AP一脈相承，一些已經(jīng)對(duì)AUTOSAR形成路徑依賴的公司會(huì)堅(jiān)持使用AUTOSAR AP,但在經(jīng)歷過(guò)招人難、開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)等教訓(xùn)之后，他們有可能轉(zhuǎn)向ROS 2。
當(dāng)然，以AUTOSAR為主業(yè)的公司，顯然不會(huì)認(rèn)可上述“涉嫌唱衰”AUTOSAR AP的觀點(diǎn)的。
比如，Vector蔡守群就認(rèn)為，AUTOSAR AP只會(huì)越來(lái)越重要，因?yàn)樗琼槕?yīng)車(chē)載技術(shù)不斷發(fā)展的一套規(guī)范，覆蓋面會(huì)越來(lái)越廣。
東軟睿馳茅海燕也認(rèn)為，要將整車(chē)域控制器和智駕域控制器合并到統(tǒng)一的中央計(jì)算平臺(tái)上，沒(méi)有AUTOSAR AP的支持很難搞定。“不是每家公司都能像特斯拉一樣自己從頭搭建系統(tǒng)的，目前,最好的工具還是AUTOSAR AP”。
參考資料：
