速递|陈渝:做操作系统需要行业共研,协同创新,持续优化和迭代
2023中国(亦庄)智能网联汽车科技周暨第十届智能网联汽车技术年会(CICV 2023)在北京召开。在“协同创新,共筑软硬融合开放型生态”主题峰会期间,车用操作系统与泛在操作系统联合实验室首席科学家、清华大学长聘副教授陈渝发表了主题演讲,分享了对我国车用操作系统发展路径的观点。
1、做操作系统要聚集多方力量,
协同创新,跨行业共研
随着智能网联的发展,整车电子电气架构发生了很大变化。整车控制系统正从分布式控制向集中式控制演进,操作系统作为汽车硬件资源管理和软件运行的基础平台,也随之向融合方向发展。这些变化对操作系统提出了更高的要求,需要高效、安全、可靠的管理机制来进行整车的管理。
汽车可以看成一种特殊专用计算机系统,操作系统是智能网联汽车软硬件系统的核心。汽车软件由嵌入式软件开发向全栈式软件开发演进,操作系统起到承上启下的功能,向上支撑不同类型应用,向下支持日益复杂的硬件环境。同时,操作系统也是汽车智能化生态的桥梁,一端连接整车企业,确保整车应用层面自动驾驶、智能网联、信息娱乐等功能的实现;一端连接芯片企业,确保不同功能的硬件资源可以充分适配调用。
应用及场景的变化推动新的操作系统发展。人机物融合泛在计算的新模式和新场景正在到来,其软件定义一切、万物均需互联、一切皆可编程、人机物自然交互的基本特征,都与智能网联汽车的“车路云一体化”理念不谋而合。日益复杂的环境需要多个车用操作系统对不同网络,不同外部设备,不同智能系统互联进行管理。如何降低复杂性,为用户提供更便捷的应用,是操作系统目前面临的巨大挑战。
因此,联合实验室需要聚集企业、高校、科研机构和个人力量,协同推进操作系统技术的迭代创新,组建跨行业共研团队,共同探索兼容、统一、弹性、可拓展的高度智能网联汽车计算平台,形成汽车智能化综合性基础软件协同创新技术生态。在此背景下,中国汽车工程学会和中国计算机学会联合共创,以国家智能网联汽车创新中心为实体成立了“车用操作系统与泛在操作系统联合实验室“(简称联合实验室)。联合实验室在操作系统内核、虚拟化、板级驱动等方面开展工作,实现基线版本研发和测试,联合实验室希望从底层向上,使操作系统能够适配国内计算芯片,并支持上层中间件和功能软件。
2、操作系统共研,
要聚焦“架构设计”和“内核实现”
目前,联合实验室在联合整车企业、零部件企业、软件企业、芯片企业共同研讨实践过程中面临两方面的问题:
一是如何设计、开发可灵活组合、支持持续优化和迭代的操作系统安全架构。随着操作系统架构发展,宏内核、微内核、外核等架构有各自的优势和不足。以宏内核为例,Linux生态是最好的,但安全性有不足之处;微内核性能有需要进一步改进的空间;对于外核,性能和安全性良好,但缺乏生态建设。这些问题的根本是如何开发OS,用什么样的编程语言和编程架构开发。
二是如何对不同计算环境进行安全建模,以应对安全访问操作系统资源的复杂性问题。汽车应用场景越来越复杂,包含了嵌入式实时控制场景、AI加速计算场景、人机交互场景等,单一操作系统无法支撑全部应用场景,需要在底层、上层建立统一环境,对不同场景进行管理,对不同资源进行调度,需要统一架构支持。
因此,联合实验室做了深入的研究和探索,与各领域专家在统一架构、双解耦、跨域共用方面达成共识。围绕“细化内核模块属性,形成单向依赖、独立运行的内核模块”以及“与OS无关的语言级核心库,独立OS的组件库,耦合OS的组件库,挂接组件的内核主干”等方面开展了深入的架构设计研究。
另一方面,联合实验室以支持多内核OS架构下内核组件可重用、兼容POSIX,安全高效的内核和虚拟机管理器为核心技术攻关方向,并在生产领域做了进一步探索,基于Linux6.1内核更新底层软件、驱动和核心内核模块,把新的技术应用在OS里,通过模块化设计使软件可以复用,软件可以既在Linux上运行,也可以在新的OS上运行,从而极大降低研发成本。最终以不断迭代优化的头部企业共创基线版本,与安全可靠的中间件、功能软件、计算芯片适配集成交付为产业化路径。
3、操作系统研发既要实现0-1的核心技术突破,
又要不断进行实车测试验证
联合实验室的操作系统基线版本1.0已进入实车测试阶段。目前,基于真实的车辆环境及应用场景已经完成了内核操作系统软硬件适配,并在实车测试中获取相关指标及数据,作为基线版本1.0后续的迭代与优化的基础;为使基线版本1.0可以支撑更多更复杂的环境,保障后续安全上车,下一步将进一步扩大应用场景和功能软件的测试范围,针对基线版本1.0安全性做更深入的探讨与实验,通过实际场景收集数据,发现问题,指导开发方向。
联合实验室希望通过实车测试验证,得到更多来自行业各个领域专家的建议,有更多企业参与到联合实验室开发工作中,共同建设开源开放的中国智能网联汽车生态。
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