智能驾驶操作系统介绍

智能驾驶系统是一种能够自主感知、决策和执行行驶任务的车辆控制系统。常见的智能驾驶系统包括：

• 自动泊车系统：能够自动控制车辆完成泊车过程，包括寻找车位、转向、加速、制动等操作。

• 自适应巡航系统：能够根据车速、车距和交通状况等因素自适应调整车速，并自动维持车辆与前车的安全距离。

• 车道保持辅助系统：能够自动识别车道线并控制车辆保持在车道内行驶，避免偏离车道或发生碰撞。

• 紧急制动辅助系统：能够自动感知前方障碍物并采取紧急制动措施，以防止碰撞发生。

• 盲区监测系统：能够监测车辆周围的盲区，并发出警告信号，以避免盲区发生交通事故。

• 自动驾驶系统：能够完全自主地感知、决策和执行行驶任务，不需要人工干预。

这些智能驾驶系统的功能和性能各异，但都旨在提高车辆的安全性、舒适性和效率，为驾驶员带来更好的驾驶体验。

智能驾驶操作系统发展趋势和特点是纵向分层，以实现层与层之间的解耦，方便快速开发和移植。目前普遍采用的智能驾驶操作系统底层内核主要有Linux、QNX和其他RTOS如FreeRTOS、ThreadX、VxWorks等））。

Linux

Linux最初是作为通用操作系统而设计开发的，但提供了一些实时处理支持，这包括大部分POSIX标准中的实时功能，支持多任务、多线程，具有丰富的通信机制等。除此之外，Linux社区有实时性增强patch在Linux内核原有RT功能上，增加了中断线程化、优先级默认继承等功能。Linux也提供了符合POSIX标准的调度策略，包括FIFO调度策略、时间片轮转调度策略和静态优先级抢占式调度策略。另外，Linux还提供了内存锁定功能，以避免在实时处理中存储页面被换出，同时提供了符合POSIX标准的实时信号机制。

Linux的开发和发布模式是：内核程序由Linus带领的核心组成员负责更新和发布，驱动程序和应用软件由软件开发商、系统集成商、社团组织以及众多Linux爱好者自行开发或移植。因此，Linux的版本也有两类，即Linux内核版本与Linux系统版本。内核版本是指由内核团队维护和发布的内核的版本；系统版本是指以Linux内核为基础构造的、由各发行商或社团组织维护和发布的完整的操作系统的版本，也称为发行版本。

Linux的知名发行版本多达几百种，可谓百花齐放。每种发行版本都是在Linux内核的基础上集成了图形界面、各种系统工具和应用程序。但由于在设计理念、发展策略及面向的目标等方面的差异，发行版本均各具特色，带给用户的体验也各不相同。

Linux 操作系统构成

• 用户空间：所有的用户应用程序都是在用户空间运行，不直接访问内存等硬件资源，间接通过内核来访问。

• 内核空间：内核直接管理着系统的CPU、内存、输入输出设备、网络设备和其它的外围设备，它被分为不同模块来管理系统的不同操作。

内核空间主要子系统

• Process Scheduler，进程管理。负责管理CPU 资源，以便让各个进程可以以尽量公平的方式访问CPU。

• Memory Manager，内存管理。负责管理Memory（内存）资源，以便让各个进程可以安全的共享机器的内存资源。

• VFS（Virtual File System），虚拟文件系统。Linux 内核将不同功能的外部设备可以通过统一的文件操作接口来访问。

• 设备驱动，负责管理第三方设备接入/终端。

• Network，网络子系统。负责管理系统的网络设备，并实现多种多样的网络标准。

QNX

QNX是一种商用的类Unix实时操作系统，遵从POSIX规范，目标市场主要是嵌入式系统。QNX成立于1980年，是加拿大一家知名的嵌入式系统开发商。QNX的应用范围极广，包含了：控制保时捷跑车的音乐和媒体功能、核电站和美国陆军无人驾驶Crusher坦克的控制系统，还有RIM公司的BlackBerry Playbook平板电脑。

在汽车领域，QNX是最大的操作系统供应商。据不完全资料显示，QNX在车用市场占有率达到75%。几乎全球所有的主要汽车品牌目前都采用了基于QNX技术的系统。

QNX采用微内核架构，操作系统中的多数功能是以许多小型的task来执行，它们被称为server。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。QNX是—个微内核实时操作系统，其核心仅提供4种服务：进程调度、进程间通信、底层网络通信和中断处理，其进程在独立的地址空间运行。所有其它OS服务，都实现为协作的用户进程，因此QNX核心非常小巧而且运行速度极快。

QNX的微内核独立自处于一个被保护的地址空间，驱动程序、网络协议和应用程序处于程序空间中。内核可以通过动态地插入提供服务的进程来扩展，如文件系统、网络、POSIX消息队列和设备驱动程序。每个进程都在它自己的内存保护的地址空间中运行。由于内核中导致问题的代码太少，内核错误几乎被消除了。当软件出现故障时，即使是驱动程序和其他关键程序出现故障，基于QNXNeutrino的系统也能智能地恢复--无需重启。嵌入式系统开发人员还能依靠微内核架构的其他增强可靠性的功能，包括支持软件和硬件热交换，以及在网络环境中分布组件的能力。与拥有专有应用程序接口的实时执行程序和操作系统不同，QNX Neutrino实时操作系统是根据最新的POSIX 1003.1标准和草案（包括实时和线程选项）从头设计的。

黑莓QNX还提供了符合IEC61508 SIL3、ISO26262 ASILD和其他功能安全标准（QNX OS for Safety、QNX Hypervisor for Safety）的嵌入式操作系统预认证版本。QNX Neutrino实时操作系统是一种高性能、多线程、适用于SMP的微内核实时操作系统，具有开放系统的POSIX应用程序接口。QNX Neutrino实时操作系统是一种高性能、多线程、适用于SMP的微内核实时操作系统，具有开放系统的POSIX应用程序接口。

VxWorks

风河公司(Wind River System)是一家专业从事嵌入式OS、软件开发工具、解决方案平台及服务的软件公司。2022年安波福以43亿美元收购了嵌入式RTOS专家风河。VxWorks操作系统是风河公司设计开发的一种嵌入式实时操作系统RTOS，是嵌入式开发环境的关键组成部分。它以其良好的可靠性和卓越的实时性被广泛地应用在通信、军事、航空、航天等高精尖技术及实时性要求极高的领域中，如卫星通信、军事演习、弹道制导和飞机导航等。

VxWorks操作系统是一个32位的实时操作系统，支持32位以上的嵌入式微处理器，包括进程管理、存储管理、设备管理、文件系统管理、网络协议及系统应用等部分。VxWorks只占用了很小的存储空间，并可高度裁剪，保证了系统能以较高的效率运行。VxWorks是一个具有可伸缩、可裁剪、高可靠性，同时适用于所有流行目标CPU平台的实时操作系统。所谓可伸缩性指VxWorks提供了超过1800个应用编程接口API供用户自行选择使用；可裁剪性指用户可以根据自己的应用需求对VxWorks进行配置，产生具有各种不同功能集的操作系统映像；可靠性指能够胜任一些诸如飞行控制这样的关键性任务。

与QNX对比，VxWorks有点像宏内核，但体积比QNX小，只有8kB。VxWorks 7以前只提供系统服务，使用统一地址空间方式，没有用户服务。VxWorks 7之后区分kernel space和user space，只是user space和kernel space一致，类似Linux的monolithic kernel。QNX是只有kernel服务运行在kernel mode下，其他逻辑运行在user mode下。QNX是基于信息传递的操作系统，VxWorks是基于内存的操作系统；QNX是基于线程划拨调度的，VxWorks是基于轮询调度的；QNX是针对算力比较强的系统，VxWorks是偏向于单独MCU或MCU岛应用的小规模系统，核心是任务调度。VxWorks的实时性更强，可靠性更高。VxWorks轻松达到汽车领域最高的ASIL-D级认证，VxWork还通过了更难的DO-178C A级认证。VxWorks针对汽车领域常用的C++和智能驾驶算法领域最常用的Python兼容性良好，对车规级以太网上层协议栈TSN标准兼容性良好，对无人驾驶最常用操作系统ROS 2.0兼容性良好，也兼容自适应Autosar。

从未来发展趋势看，车用操作系统逐步向整车OS演进，合作研发将成为主流。当前操作系统已步入智舱+智驾OS阶段，并将会进一步融合；未来随着中央集成式架构发展，车载OS将向整车OS迈进。开源计划成为智能驾驶操作系统发展趋势。目前，国内企业相继推出开源计划，加速促进智能驾驶操作系统生态的建设，为智能驾驶和整车操作系统的发展注入新的动力。

来源：综合网络