1、目錄 HYPERLINK l _TOC_250029 1、 邁向 SOA 汽車軟件架構，推動軟件定義汽車成為現實 4、 軟件定義汽車已為產業界共識，鯰魚效應下車載軟件需求大幅提升 4 HYPERLINK l _TOC_250028 、 為真正落地軟件定義汽車理念，智能汽車軟件架構向 SOA 轉型升級 7 HYPERLINK l _TOC_250027 2、 短期看系統及功能軟件舉足輕重，長期看應用層價值更大 9 HYPERLINK l _TOC_250026 、 系統軟件：操作系統的基石，支撐上層軟件運行的載體 9 HYPERLINK l _TOC_250025 、 虛擬機：構建智能計算平臺操

2、作系統的第一步 10 HYPERLINK l _TOC_250024 、 系統內核：汽車軟件架構的核心，競爭格局高度穩定 11 HYPERLINK l _TOC_250023 、 中間件：實現軟硬件解耦關鍵環節，海內外 Tier1 加碼中間件研發 12 HYPERLINK l _TOC_250022 、 功能軟件：將共性需求軟件化、模塊化，助力應用程序快速部署 15 HYPERLINK l _TOC_250021 、 應用程序：持續更新迭代，差異化競爭的焦點 16 HYPERLINK l _TOC_250020 、 OTA 空中升級模式普及，云端更新持續創造價值 16 HYPERLINK l

3、_TOC_250019 、 云端安全問題初現端倪，軟件信息安全領域未來市場開闊 17 HYPERLINK l _TOC_250018 3、 軟件定義汽車時代，多方勢力角逐操作系統 18 HYPERLINK l _TOC_250017 、 面向整車廠的實時性操作系統：QNX、RT-Linux 等 19 HYPERLINK l _TOC_250016 、 QNX：世界首款通過車規級安全認證的操作系統，核心優勢在于高安全性 19 HYPERLINK l _TOC_250015 、 Linux：優化后用于 RTOS，核心優勢在于靈活的開發度 20 HYPERLINK l _TOC_250014 、 面

4、向整車廠的非實時性操作系統：AGL、Android 20 HYPERLINK l _TOC_250013 、 AGL:基于 Linux 的開源車載操作系統 20 HYPERLINK l _TOC_250012 、 Android：兼容性與應用生態優勢顯著 20 HYPERLINK l _TOC_250011 、 面向消費者的實時性操作系統：百度 Apollo、華為鴻蒙 OS 等 21 HYPERLINK l _TOC_250010 、 特斯拉 Version：基于 Linux 內核深度定制化改造 21 HYPERLINK l _TOC_250009 、 華為鴻蒙 OS：自主研發鴻蒙微內核，多域

5、覆蓋提供全棧式解決方案 22 HYPERLINK l _TOC_250008 、 百度 Apollo：基于 ROS 深度定制內核，打造開源的自動駕駛軟件開發平臺 23 HYPERLINK l _TOC_250007 、 面向消費者的非實時性操作系統：騰訊 TAI、阿里 AliOS 等 24 HYPERLINK l _TOC_250006 、 騰訊 TAI：豐富的應用生態，提供 300 萬量級服務應用擴展空間 24 HYPERLINK l _TOC_250005 、 阿里 AliOS：一站式 IoT 解決方案，構建云端一體化生態 244、 受益標的：德賽西威、中科創達、華陽集團、光庭信息（擬上市

6、） 25 HYPERLINK l _TOC_250004 、 德賽西威：卡位智能駕駛黃金賽道，綁定英偉達加碼軟件研發實力 25 HYPERLINK l _TOC_250003 、 中科創達：車載操作系統迎高景氣度周期，5G 落地迎來新契機 25 HYPERLINK l _TOC_250002 、 華陽集團：國內智能座艙領跑者，攜手華為打開成長空間 26 HYPERLINK l _TOC_250001 、 光庭信息（擬上市）：車載軟件龍頭產業地位日益提升，SDV 時代迎來新機遇 26 HYPERLINK l _TOC_250000 5、 風險提示 27圖表目錄圖 1： 近年來，傳統整車廠通過成立

7、子公司、成立獨立部門、與其他軟件商合作等模式加碼車載軟件研發 4圖 2： 特斯拉 95%以上的已售車型已實現硬件預埋 5圖 3： 預計特斯拉自動駕駛數據累計里程超過 51 億英里 5圖 4： 特斯拉基于領先的軟硬件架構，實現“硬件預埋、軟件收費”的商業模式 6圖 5： 蘋果軟件及服務收入增速近年來保持在 20%左右 7圖 6： 蘋果公司軟件服務毛利率顯著高于硬件毛利率 7圖 7： 預計 2030 年全球汽車軟件開發市場規模將達到 500 億美元 7圖 8： 相較于傳統軟件架構，SOA 軟件架構在進行功能改變時僅需要更新/升級部分軟件 8圖 9： 基于 SOA 理念的軟件架構 9圖 10： 智能

8、汽車軟件架構自下而上包括虛擬機、系統內核、中間件、功能軟件、應用程序 9圖 11： 基于虛擬機技術，可運行不同類型操作系統、充分發揮芯片性能 10圖 12： 系統內核是車載軟件架構的基石，通過內核完成對硬件的操作控制 11圖 13： 系統內核可分為微內核、宏內核、混合內核三類 12圖 14： 預計系統內核競爭格局高度穩定 12圖 15： AUTOSAR 將基礎軟件封裝成包，通過標準化接口供上層應用調用 13圖 16： AUTOSAR 通過標準化底層軟件與硬件之間的接口來實現軟硬件解耦 14圖 17： AP AUTOSAR 架構遵循 SOA 理念 14圖 18： AUTOSAR 在全球范圍內會員

9、超過 284 個 15圖 19： 東軟睿馳以 AUTOSAR 標準自研 NeuSAR 中間件 15圖 20： 功能軟件主要包含傳感器抽象模塊、定位模塊、感知融合模塊等 16圖 21： 車載操作系統可從技術端和產品端兩個角度去綜合定義 19圖 22： QNX 基礎產品包含虛擬機、微內核、軟件平臺 20圖 23： QNX 具備較高的實時性（圖為系統架構） 20圖 24： 特斯拉通過 OTA 已將其系統版本從 2014 年的 V6.0 已迭代至目前的 V10.0 22圖 25： 華為鴻蒙 HarmonyOS 系統架構 23圖 26： 百度 Apollo 對標移動端 Android，打造開源的自動駕駛

10、軟件開發平臺 23圖 27： 騰訊 TAI3.0 擁有豐富的應用生態 24圖 28： AliOS 是基于 Linux 內核深度定制的國產車載操作系統 25表 1： 當前可提供車規級 Hypervisor 技術的廠商較少，QNX 占據市場主導地位 10表 2： Classic AUTOSAR 與 Adaptive AUTOSAR 性能對比 14表 3： OTA 升級帶來的軟件能力為造車新勢力盈利新方向 17表 4： 部分汽車網絡安全研究和事件 18表 5： Android 系統級車載 OS 呼之欲出：全棧、開源、高度可定制的平臺 21表 6： 受益公司盈利預測及估值 271、 邁向SOA 汽車軟

11、件架構，推動軟件定義汽車成為現實我們在特斯拉系列專題報告（三）：顛覆性創新重塑汽車產業，零部件廠商破殼重生中提到，在特斯拉的引領之下，汽車 E/E 架構、軟件架構、通信架構正全面升級，傳統汽車產業鏈正在被顛覆性重塑。此外，特斯拉系列專題報告（五）：域控制器智能汽車的“大腦”中重點探討了智能汽車中核心增量零部件域控制器的相關內容。我們認為，當 E/E 架構正由傳統的分布式走向集中化時，原本孤立的 ECU相互融合為域控制器，并將以此有效減少汽車智能化升級進程中的線束成本、研發成本等，加速汽車智能化時代的到來。不過，集中化的 E/E 架構以及域控制器的誕生僅僅是汽車實現快速智能化升級的硬件基礎。若要

12、完全實現軟件驅動創新、軟件定義汽車，還需要松耦合、易擴展的車載軟件架構予以持續賦能。同時，軟件亦是在智能汽車中可做到差異化最高、邊際開發成本最低的領域，相比較硬件未來將具備更大的價值量。因此，本篇我們將重點討論在汽車硬件架構快速升級的基礎下軟件系統的變革趨勢，挖掘軟件定義汽車時代，車載軟件賽道的投資機遇。、 軟件定義汽車已為產業界共識，鯰魚效應下車載軟件需求大幅提升 “軟件定義汽車”（Software Define Vehicle）的概念最早于 2007 年 4 月份的 IEEE 會議論文中被提出，而后于 2016 年被百度自動駕駛事業部總經理再次提及，隨之這一概念開始在產業界廣為流傳，并已逐

13、步成為產業界對于智能汽車演進方向的共識?？梢钥吹?，近年來在特斯拉的引領下，眾多傳統整車廠正通過成立子公司（沃爾沃、豐田、上汽、長安、一汽、吉利等）、成立軟件研發部門（長城、大眾、雷諾日產等）、與軟件供應商合作（廣汽、寶馬等）三種模式加碼車載軟件領域布局。圖1：近年來，傳統整車廠通過成立子公司、成立獨立部門、與其他軟件商合作等模式加碼車載軟件研發資料來源：蓋世汽車、研究所而“軟件定義汽車”之所以能夠在現在時點下成為眾多整車廠、傳統供應商及互聯網科技公司的共識，究其原因，我們認為主要源自于以下兩方面：特斯拉率先落地“硬件為流量入口、軟件為收費服務”的模式，鯰魚效應顯著。特斯拉基于領先的硬件實力（高

14、算力 AI 芯片、集中化 E/E 架構、以太網通信等），通過自研 AI 操作系統率先實現“數據采集-訓練學習-部署”的數據閉環，邁向軟件開發 2.0 時代（也即去人力化、以機器學習為主的進化模式）。根據 MIT 學術研究員 Lex Fridman 統計，截至 2020Q1，所有特斯拉已售車型中，95%以上已實現了自動駕駛相關硬件的預埋。截至 2020 年，預計所有特斯拉已售車型的自動駕駛里程數總和將超過 51.3 億英里。同時，基于這種數據閉環，特斯拉早在 2012 年便已在 Model S上率先實現整車 OTA，從而推動整車廠在產業鏈的中角色由傳統的汽車生產制造商（“賣硬件”），升級為綜合性

15、的出行服務供應商（“賣服務”），并且可以為消費者提供全生命周期的軟件增值服務（“賣軟件”），顛覆性改變了傳統汽車行業的商業模式。根據特斯拉官網數據統計，在 2012-2019 年間特斯拉已完成超過 142 次的 OTA 升級（潛在問題改善 11 次、全新功能導入 67 次、交互界面邏輯等優化 64 次），涉及自適應巡航、自動緊急剎車系統、360全景視圖、并道輔助等多項功能，系統版本從 2014 年的 V6.0 已迭代至目前的 V10.0。總體而言，特斯拉作為智能汽車的引領者，其在產業界的示范效應已不言而喻。基于現有數據閉環及軟件架構，特斯拉可實現快速的軟件迭代升級，進而建立軟件付費模式，進一步

16、打開盈利空間。由此所帶來的鯰魚效應，促使傳統整車廠加速轉型布局車載軟件領域，軟件定義汽車時代正加速到來。圖2：特斯拉 95%以上的已售車型已實現硬件預埋圖3：預計特斯拉自動駕駛數據累計里程超過 51 億英里資料來源：Lex Fridman資料來源：Lex Fridman圖4：特斯拉基于領先的軟硬件架構，實現“硬件預埋、軟件收費”的商業模式資料來源：特斯拉、研究所軟件才能形成差異化，以軟件驅動創新，邊際開發成本更低復盤智能手機發展路徑來看，隨著屏幕尺寸、攝像頭像素、CPU 性能等硬件競爭的愈演愈烈，智能手機的硬件體系逐漸固化，各品牌手機硬件同質化嚴重。由此導致了手機平均更換周期延長（根據 Sta

17、tista 數據統計，全球手機平均替換周期已由 2013年的 25.6 個月延長至 2019 年的 33.2 個月）。而對于手機廠商而言，純粹的硬件產品收入增速也隨著手機替換周期延長、全球手機滲透率達到瓶頸等因素逐步放緩。根據蘋果公司年報數據統計，其近年來 iphone 產品收入增速已顯著下滑。但相比較而言，以 App Store 為核心的軟件收入近年來增速持續保持在 20%以上，并且亦具備更高的毛利率水平。從長期來看，蘋果軟件收入的背后是強大的 iOS 生態，根據 2020年蘋果 WWDC（全球開發者大會）官方數據統計，蘋果全球應用開發者數量已經超過 2300 萬人，具備持續的更新迭代能力。

18、回看汽車行業，目前，傳統整車廠及 Tier1已紛紛開啟智能化轉型，主控芯片的算力軍備競賽已經開始，正如智能手機浪潮伊始之時，各個廠商爭相提升攝像頭、屏幕以及處理器等配置。而當硬件配置競賽達到白熱化階段時，軟件層面的競爭則更能體現差異化競爭力。同時，軟件的邊際開發成本更低，更易滿足用戶千人千面的需求，且完善的軟件生態亦可為整車廠樹立更加牢固的護城河、打造更為差異化的品牌特征，從而反向推動新車的銷量。根據 McKinsey analysis 數據預計，2030 年全球車載軟件市場規模將有望達到500 億美元。圖5：蘋果軟件及服務收入增速近年來保持在 20%左右圖6：蘋果公司軟件服務毛利率顯著高于硬

19、件毛利率2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 202040.0%30.0%20.0%10.0%0.0%-10.0%-20.0%iphone/Mac等產品收入增速軟件及服務收入增速80.0%70.0%60.0%50.0%40.0%30.0%20.0%硬件毛利率服務毛利率數據來源：蘋果公司年報、研究所數據來源：蘋果公司年報、研究所圖7：預計 2030 年全球汽車軟件開發市場規模將達到 500 億美元數據來源：McKinsey analysis、研究所、 為真正落地軟件定義汽車理念，智能汽車軟件架構向 SOA 轉型升級集中化的 E/E 架構是實現軟件定義汽車的硬件基礎

20、，SOA 架構則是實現軟件定義汽車的軟件基礎。傳統的分布式 E/E 架構下，汽車采用的是“面向信號”的軟件結構， ECU 之間通過 LIN/CAN 等總線進行點對點通信。并且，此時 ECU 的信號收發關系和路由信息是靜態的（已在 ECU 軟件的編譯階段完成預設），如果要新增或升級某項功能，除了要修改與該信號相關的所有 ECU 軟件外，還需要對總線的網關配置、節點的數量等進行修改。因此，在傳統的通信及 ECU 軟件架構設計中，通訊網絡關注的重點在于各類信號能否準確、高效的在車內進行收發傳導。而隨著汽車智能化升級需求的快速增長，傳統通訊網絡及軟件架構設計中擴展性差、升級和移植成本高等問題逐漸凸顯，

21、例如若想新增某項軟件應用或服務，仍需要從頭建立一個新的基礎軟件環境。因此，為解決以上問題，汽車行業借鑒 IT 行業發展經驗，提出 SOA（面向服務）軟件架構。SOA（Service Oriented Architecture）軟件架構并非一類特定的軟件產品，而是一種軟件架構設計的理念，其核心思想是將每個控制器的底層功能以“服務”的形式進行封裝，一個服務即是一個獨立可執行的軟件組件，并對其賦予特定的 IP 地址和標準化的接口以便隨時調用，最終通過對這些底層功能的自由組合，以實現某項復雜的智能化功能。我們以新增 Model X“跳舞”功能的方式為例，具體說明 SOA 軟件架構的優勢所在：“跳舞”功

22、能的實現包含音樂、車身、前后運動等多方面，與之對應的是座艙、車身、底盤中的多個控制器，若在傳統軟件架構下實現該功能，則需要對與該功能鏈路上所有相關的控制器軟件進行重新編譯，并通過 LIN/CAN 總線實現信號的傳遞。而在SOA 軟件架構下，我們可將各個控制器所能貢獻的部分抽象為一種“服務”，如“燈光控制服務”、“語音交互服務”等，然后僅需要對“跳舞”APP進行編寫，對以上基礎服務予以調用，即可實現這一功能。圖8：相較于傳統軟件架構，SOA 軟件架構在進行功能改變時僅需要更新/升級部分軟件資料來源：上汽集團軟件中心、研究所SOA 軟件架構下的底層軟件具備接口標準化、相互獨立、松耦合三大特點。在

23、SOA軟件架構之下，各個“服務”（底層軟件）具有以下三個特點：（1）標準化：各個“服務”間具有界定清晰的功能范圍，并且留予標準化的訪問接口（由第三方代碼編碼而成），以便于其他控制器在進行功能變更或升級時進行訂閱。（2）相互獨立：每個服務之間相互獨立且唯一，均屬于汽車軟件架構中的基礎軟件，因此若想升級或新增某項功能只需通過標準化的接口進行調用即可。（3）松耦合：底層軟件獨立于車型、硬件平臺、操作系統以及編程語言?？梢詫鹘y中間件編程從業務邏輯分離，允許開發人員集中精力編寫上層的應用算法，而不必將大量的時間花費在更為底層的技術實現上?？傮w而言，SOA 架構的本質是將原本相互分散的 ECU 及其對應

24、的基礎軟件功能模塊化、標準化，將各個應用區域相互解耦，重新部署為分層式的軟件架構，汽車可在不增加或更換硬件的條件下通過不同的軟件配置為駕駛員提供不同的服務，從而實現千人千面。以上汽零束SOA 軟件架構為例，將實現“T+0+1+7”的迭代速度，也即在新的應用場景可于“T+0”快速上線；新的輕應用可于“T+1”快速上線；新的 APP 則可在“T+7”時快速上線。并且基于標準化的服務接口，開發過程的參與者將不再局限于整車廠，還將包括第三方應用廠商甚至個人開發者，最終旨在構建類似于智能手機上 iOS/安卓的開發平臺。目前，歐洲主要車廠，如寶馬、大眾、戴姆勒等采用 AP AUTOSAR 統一標準來構建S

25、OA 基礎軟件平臺；而國內車廠在紛紛成立軟件中心的同時亦建立 AUTOSEMO 聯盟，構建國內本地化的軟件開發標準。 此外，亦有華為、特斯拉基于Linux 系統自建分層、模塊化基礎軟件平臺。圖9：基于 SOA 理念的軟件架構資料來源：地平線2、 短期看系統及功能軟件舉足輕重，長期看應用層價值更大在 SOA 軟件架構設計理念之下，汽車軟件架構走向分層化、模塊化，使得應用層功能夠在不同車型、硬件平臺、操作系統上復用，并且可以通過標準化接口對應用功能進行快速迭代升級。進一步來看，軟件架構按層級自下而上大致可分為系統軟件（虛擬機、系統內核、中間件）、功能軟件以及應用程序層三部分。短期來看，若想真正在汽

26、車上落地 SOA 軟件架構，虛擬機技術、系統內核及中間件等系統軟件將至關重要；長期來看，在 SOA 架構構建成熟后，豐富的應用生態具備更大的價值空間。圖10：智能汽車軟件架構自下而上包括虛擬機、系統內核、中間件、功能軟件、應用程序資料來源：研究所、 系統軟件：操作系統的基石，支撐上層軟件運行的載體在智能汽車的嵌入式操作系統中，系統軟件是最為基礎的部分，通常包括系統內核、中間件、虛擬機三大部分。同時，通過系統軟件平臺集成虛擬機、系統內核、中間件等組件，可為上層功能軟件提供一個穩定、高效、安全的運行環境，以及與硬件無關的應用開發接口。、 虛擬機：構建智能計算平臺操作系統的第一步虛擬機技術的引入是實

27、現軟件定義汽車的第一步。汽車從硬件角度來看，智能汽車中無論是 E/E 架構還是主控芯片，都存在顯著的集中化趨勢，其中 E/E 架構由分布式走向域集中，主控芯片由單一的CPU 走向包含AI 單元的 SOC 芯片。而在硬件資源集中化的背景下，傳統的基于總線和網關的物理保護屏障被打破，使得不同安全等級的應用不得不共享同一個計算平臺。此時，可保障各類應用系統具備一定隔離性的虛擬機（Hypervisor）技術，將成為實現高性能智能駕駛操作系統的關鍵。舉例來看，在座艙域控制器中，由于產品屬性的不同，需要運行不同類別的操作系統，比如 QNX 負責安全要求等級較高的儀表、安卓則用于更強調應用生態的信息娛樂系統

28、。通過 Hypervisor 技術可以將以上不同的操作系統運行在同一個主控芯片之上。如此以來，智能汽車中的硬件資源和軟件資源可以根據終端產品需求的不同，靈活的在各類操作系統中給予分配，從而更好的發揮芯片性能、降低硬件成本。圖11：基于虛擬機技術，可運行不同類型操作系統、充分發揮芯片性能資料來源：研究所當前可提供車規級 Hypervisor 技術的廠商較少，QNX 憑借高安全等級占據市場主導地位。從競爭格局來看，由于車載虛擬機技術要求安全等級較高（需通過ASIL D級安全認證），因此僅少數的頭部廠商可提供該產品，市場份額高度集中。目前，產業內主要的虛擬機技術包括黑莓的QNX Hypervisor

29、、瑞薩的 COQOS Hypervisor、英特爾的ACRN、大陸集團的L4RE 等。其中，QNX Hypervisor 2.0 是全球首款通過 ASIL D 安全認證的商用虛擬機，能夠支持在單一芯片上運行 QNX Neutrino、Linux 以及 Android 等多個操作系統，已廣泛被國內外整車廠及 Tier1 采用。QNXACRNXEN(Mobica)COQOSL4REVOSySmonitor入門費（萬美元）21免費免費15（估計）免費免費代碼行數20K25K290K30K31K100K（估計）英特爾與Unix 基 Unix 基金會、德國大陸汽車旗主導企業或機構黑莓瑞薩法國 VOSyS

30、金會Mobica、ARM下 Elektrobit支持 SoC 平臺英特爾 A3900 系列、英特爾 E3900、聯發科高通 s8155、NXP瑞薩 R-Car 3MT2712，瑞薩表1：當前可提供車規級 Hypervisor 技術的廠商較少，QNX 占據市場主導地位QNXACRNXEN(Mobica)COQOSL4REVOSySmonitorNXP LMX8 系列、高通 820s 系列、瑞薩 R-CAR 3A3900 系列MT2712LMX8、NXPS32G、瑞薩 R-Car 3R-Car 3，Xillinx Zynq UltraScale+ MPSoC，瑞薩RZ/N1D安全等級ASIL DA

31、SIL BASIL CTier 1 支持偉世通、電裝、博世、三星哈曼、東軟、松下、佛吉亞電子德國大陸汽車馬瑞利LG（歌樂與 Parrot）中國區支持中科創達、南京誠邁英特爾中國資料來源：程序員的算法筆記、研究所、 系統內核：汽車軟件架構的核心，競爭格局高度穩定內核是系統軟件中最核心的部分，是軟件架構中直接且唯一可對接硬件資源的部分。操作系統通過采用輸入輸出語句控制下層硬件，并將硬件控制命令集成于內核的庫函數系統調用（System Calls），上層應用程序通過訪問系統內核進而調用硬件資源。以“駕駛員通過與車內液晶屏幕交互使得汽車自動打開天窗”為例，需要經歷下面的幾個流程：（1）通過 HMI（H

32、uman Machine Interface，人機交互）層。將駕駛員的生理信號通過液晶屏幕進行壓力觸碰識別，轉換為電輸入信號。（2）通過應用程序層。由電輸入信號啟動與壓力觸碰相對應的應用程序。（3）通過中間件層。應用程序向下需要首先經過中間件，需要向中間件獲得相應的計算資源和網絡通信來繼續向下傳遞信號。（4）進入系統內核。當信號傳入內核中，內核會根據輸入信號的強弱（即中間層分配的計算資源和網絡通信大小）為該應用程序規劃并調度相應的機械單元完成目標操作?？傮w來說，內核在整個流程中起到調度硬件、協調實施的重要作用。圖12：系統內核是車載軟件架構的基石，通過內核完成對硬件的操作控制資料來源：研究所進

33、一步來看，系統內核具備較高的技術壁壘，QNX 和 Linux 市場份額占據 90%以上，競爭格局穩定。系統內核具體可分為微內核、宏內核及混合內核三種：（1）微內核是系統內核的一種精簡形式。通常而言，系統服務層和內核集成在一起，而微內核將系統服務層分離出來，變成可以根據需求加入的選件，由此可以提供更好的可擴展性和更加有效的應用環境。微內核具有代碼量和漏洞少、可擴展性高的優點，但內核與服務層間的頻繁通信會降低系統整體性能。根據思邁汽車信息咨詢公司 2019 年的相關數據，QNX Neutrino 微內核在車控操作系統/車載操作系統中市占率分別為 90%/50%以上，截至 2020 年 6 月已搭載

34、于超 1.75 億車輛，具備壟斷地位。（2）宏內核同樣管理著用戶程序和硬件之間的系統資源，但是在宏內核架構中，用戶服務和內核服務在同一空間中實現。具體而言，內核可以代表內核進程運行代碼，即內核進程；當用戶進程經過系統調用或者中斷進入到內核態時，內核也可以代表它運行代碼。因此，宏內核需要管理的資源多于微內核，其大小相對微內核更大一些。性能高的同時也帶來了維護困難的缺點。Linux 和 WinCE 為宏內核產品，同時由于 Linux 開源從而更易擴展應用生態，因此常用于車載信息娛樂系統之中。（3）混合內核包含了兩個或兩個以上的內核，是華為等研發能力較強企業由宏內核向微內核發展的過渡方案。2019

35、年發布的鴻蒙OS 1.0 采用了混合內核結構，即同時搭載了 Linux內核、自研的鴻蒙微內核和 Lite OS 作為當前的技術過渡方案。由于系統內核開發難度最大，且安全性要求最高，因此少有廠商涉足該領域，競爭格局亦最為穩定。根據 IHS Automotive 數據統計，系統內核目前主要以 QNX 和開源的 Linux 為主，兩者合計市占率已近 90%（包含車機和車控兩類）。圖13：系統內核可分為微內核、宏內核、混合內核三類資料來源：研究所圖14：預計系統內核競爭格局高度穩定100%90%80%70%60%50%40%30%20%10%0%2014201520162017E2018E2019E2

36、020E2021E2022ELinux(Android)QNXWinCEOthers數據來源：IHS Automotive、研究所、 中間件：實現軟硬件解耦關鍵環節，海內外 Tier1 加碼中間件研發中間件是一類提供系統軟件和應用軟件之間連接、便于軟件各部件之間溝通的軟件，應用軟件可以借助中間件在不同的技術架構之間共享信息與資源，根據功能領域的不同具體可分為通信中間件、數據存儲中間件、安全中間件等多種。中間件位于客戶機服務器的操作系統之上，管理客戶機與系統軟件之間的計算資源和網絡通信。通過對底層軟件模塊的封裝和接口標準化，可以將硬件功能抽象化并將其通過標準化接口提供給上層軟件開發者，實現軟硬件

37、分離。同時推動跨平臺開發，減少設計的復雜性，從而消除了多次重新開發相同軟件的問題。目前，應用在汽車領域的中間件主要包括 AUTOSAR、OSEK、QNX 等，滿足最高等級的功能安全需求，其中 AUTOSAR 由于其應用的廣泛性、方法論的成熟性，擁有最廣泛的開發生態，且已有 EB、VECTOR、ETAS、東軟睿馳、華為等多家軟件供應商可基于 AUTOSAR 架構提供具有差異化的中間件解決方案。 從 CP AUTOSAR 到 AP AUTOSAR，助力整車廠構建 SOA 軟件架構AUTOSAR 是汽車行業內最著名的中間件方案，由眾多整車廠與供應商聯合制定，其核心在于對各個軟件接口進行標準化定義。2

38、003 年，整車廠與供應商為降低汽車電子系統軟件的開發成本、同時更加便捷有效的對其進行管理，共同建立了汽車開放系統架構（AUTOSAR）。AUTOSAR 架構中對各功能模塊進行了封裝，并對模塊與模塊之間的接口進行了標準化，從而實現了汽車軟件與硬件的解耦。以經典 AUTOSAR 為例，AUTOSAR 平臺運行于微處理器（MCU）之上，并將汽車的軟件架構抽象為基礎軟件層、運行環境層以及應用軟件層三部分：（1）基礎軟件層（BSW）包括微控制器抽象層、ECU 抽象層、服務層、復雜設備驅動層四部分，是將硬件“軟化”的第一步。其主要作用是將各類標準化的基礎軟件服務功能封裝起來供應用層調用（本身并不參加實際

39、工作），包括系統服務、內存服務、通信服務等。（2）運行環境層（RTE）是 AUTOSAR 系統的核心樞紐，其通過標準化的接口（分為標準化接口、AUTOSAR 接口、標準化的 AUTOSAR 接口三類）將上層應用軟件與基礎軟件層進行連接，使得應用層可以通過RTE 的接口函數來調用基礎軟件服務。（3）應用軟件層則是負責實現汽車中各類具體功能。圖15：AUTOSAR 將基礎軟件封裝成包，通過標準化接口供上層應用調用資料來源：AUTOSAR 官網圖16：AUTOSAR 通過標準化底層軟件與硬件之間的接口來實現軟硬件解耦資料來源：研究所經典AUTOSAR 是以“面向信號”軟件架構為背景下的產物，當軟件架

40、構邁向 SOA時，AP AUTOSAR 將開始被廣泛應用。在傳統“面向信號”的軟件架構中，CP AUTOSAR 的引入雖然可以有效解決應用程序與底層軟件強耦合的問題，降低應用程序的開發成本，但各個 ECU 的信號收發關系和路由信息已在 ECU 軟件的編譯階段完成預設，后期難以大幅修改、批量升級。因此，在 SOA 軟件架構理念下， AUTOSAR 于 2017 年提出 AP AUTOSAR 平臺，平臺由根據服務和 AP AUTOSAR 基礎分組的多個功能棧組成。相比較 CP AUTOSAR，AP AUTOSAR 具備可靈活在線升級、硬件資源連接虛擬化（不局限于線束的連接關系、可通過互聯網連接），

41、支持高性能計算等優勢，更適用于功能需求快速迭代的智能駕駛時代。圖17：AP AUTOSAR 架構遵循 SOA 理念資料來源：研究所比較項Classic AUTOSARAdaptive AUTOSAR表2：Classic AUTOSAR 與 Adaptive AUTOSAR 性能對比使用語言C 語言C+語言實用性硬實時軟實時傳統 ECU，如 ECM、VCV、適用場景BMS、MCU 等自動駕駛、車聯網、域控制功能升級開發后功能固定可靈活在線升級安全等級最高到 ASILDASILB（最高到 D）比較項Classic AUTOSARAdaptive AUTOSAR應用架構主要通信方式FOA 架構（fu

42、nction-oriented architecture）基于信號的靜態配置通信方式（CAN、LIN）SOA 架構（service-oriented architecture）基于服務的 SOA 動態通信方式（SOME/IP）操作系統AUTOSAR OS（OSEK OS）POSIX OS（Linux、QNX）資料來源：AUTOSAR 官網、研究所龍頭企業加碼中間件研發，打造從硬件至基礎軟件的完整解決方案中間件作為一種基礎軟件，其關鍵在于能否通過制定一套可行的架構和標準的開發方法論，把汽車軟件開發人員從大量重復的研發工作中解放出來。因此，產業鏈對其的認可程度將決定其能否獲存活，例如 AUTOSA

43、R 標準之所以可以得到廣泛應用，得益于其在全球擁有超過 284 個會員（截至 2020 年 5 月），核心成員包括寶馬、博世、德國大陸、戴姆勒等全球龍頭整車廠及Tier1。歷史上來看，經典AUTOSAR 標準下的開發工具鏈及基礎軟件幾乎被海外 Tier1 所壟斷，包括 EB（Continental 子公司）、ETAS（Bosch 子公司）、VECTOR 等。而隨著汽車產業的智能化轉型升級，AP AUTOSAR 逐漸登上歷史舞臺，各個傳統 Tier1 及科技公司亦相繼發布新一代中間件解決方案。例如，2020 年 7 月，博世推出針對高級自動駕駛應用的中間件 Iceoryx，兼容ROS2 和AP

44、AUTOSAR 的接口，滿足不同開發階段的需求。2020 年 12 月，采埃孚發布中間件 ZF Middleware，提供可以集成到整車制造商軟件平臺的模塊化解決方案，將于 2024 年搭載在量產車輛上。國內方面，此前行業內汽車基礎軟件架構標準及產業生態整體較為落后，而在產業智能化轉型升級的趨勢下，部分國內廠商緊抓 AP AUTOSAR 應用趨勢，相繼邁向中間件及其工具鏈的研發。例如，華為發布的智能駕駛域控制器MDC 及支持和兼容AP AUTOSAR 架構，東軟睿馳基于AUTOSAR標準所定制化開發的基礎軟件NeuSAR 等。可以看到，海內外 Tier1 在中控儀表、域控制器、攝像頭等硬件領域

45、相繼進行智能化轉型升級的同時，亦開始滲透底層基礎軟件的開發，從而打造可提供從硬件到基礎軟件完整解決方案的能力，進一步助力降低整車廠研發成本，加快新產品落地。圖18：AUTOSAR 在全球范圍內會員超過 284 個圖19：東軟睿馳以AUTOSAR 標準自研NeuSAR 中間件資料來源：AUTOSAR 官網資料來源：東軟睿馳、 功能軟件：將共性需求軟件化、模塊化，助力應用程序快速部署由于智能駕駛涵蓋多種跨行業技術，在軟件層面具備較高的復雜性，單一廠商很難在系統軟件之上完成端到端的設計，因此只有實現功能軟件化、模塊化、標準化，使得產業鏈各方力量各抒己長（例如算法公司專注于感知或規控等算法、Tier1

46、 亦可專注自己擅長的模塊），整車廠才能根據功能軟件框架進行集成、靈活配置，從而推動智能網聯產品快速落地。功能軟件目前的整體集成由整車廠主導，而各個功能模塊的研發由軟件供應商與整車廠合作完成，其中主要包含自動駕駛通用框架模塊、傳感器抽象功能模塊、感知融合功能模塊、預測功能模塊、定位功能模塊等。我們以感知融合功能模塊為例，進一步來說明此類功能軟件的作用：在日常的車輛運行過程中，周圍的交通環境會因為天氣、擁堵程度等不可控因素而變得十分復雜，因此僅靠單一的傳感器難以適應全工況、全天候的環境感知，此時就需要不同特性的傳感器相互配合，從而提升感知的性能和可靠性。而感知融合功能模塊便是將各類不同特性的傳感器

47、的測量結果（包括車輛狀態、車輛模型等）抽象化后，完成在數字世界中對環境模型的構建，最終輸出至自動駕駛預測和決策模塊?？傮w而言，功能軟件對智能駕駛中的一些共性需求進行有效抽象，并將其軟件化、模塊化、標準化，結合系統軟件共同構建完整的操作系統，并且配合成熟的工具鏈使得整車廠可以快速實現智能駕駛應用功能的部署。圖20：功能軟件主要包含傳感器抽象模塊、定位模塊、感知融合模塊等資料來源：中國智能網聯汽車產業發展報告、研究所、 應用程序：持續更新迭代，差異化競爭的焦點應用程序是基于操作系統之上獨立開發的軟件程序，亦是各汽車品牌差異化競爭的焦點。應用算法差異化不僅涵蓋智能座艙（車載信息娛樂系統 IVI、車聯

48、網、人機交互、中控系統、ADAS、智能座椅等），也包括智能駕駛（L1L5 級智能駕駛等級）領域。同時伴隨著云端軟件復雜性的提高，車載網絡信息安全(檢測與防衛遠程攻擊)也將逐步成為未來應用算法的關注焦點。、 OTA 空中升級模式普及，云端更新持續創造價值OTA（Over-The-Air Technology，空中下載技術）指通過車端與云端通信升級車內系統，是車企從靜態出售硬件到動態服務創收的戰略轉型所依賴的重要技術，也成為了車企差異化競爭的重要賽道。OTA 升級創新了車企的產銷模式，大大縮短了研發和交付周期，車企可通過添加軟件補丁和解鎖預埋硬件功能在智能汽車全生命周期內持續創造價值。根據美國科技

49、媒體 Electrek 統計，截至 2019 年特斯拉已通過出售 FSD 套件實現收入超過 10 億美元。具體來看，以特斯拉為例，OTA 升級流程包括三步：（1）由軟件供應商生成更新包傳輸給云端服務器。（2）由車輛網聯模塊接收并下載更新包。（3）由網關/OTA Manager 調用并向車載ECU 分配更新包。據此，可將OTA 分類為 SOTA（Software-Over-The-Air）和 FOTA（Firmware-Over-The-Air）：（1）FOTA 可以實現大多數核心 ECU 層面的升級，包括更改電池、電機、發動機、變速箱等控制件以改善續航能力和加速性能，比如Model 3 通過

50、OTA 將百里加速時間由 4.6 秒提升為 4.1 秒。FOTA 過程需要壓縮更新包于待升級的嵌入式設備中，同時需要借助算法提升更新效率，因而對底層固件開放權限和差分算法要求較高，目前僅有特斯拉、蔚來等少數車廠能夠實現 FOTA。（2）SOTA 僅實現應用軟件層面的升級，大部分車企已具備SOTA 技術。表3：OTA 升級帶來的軟件能力為造車新勢力盈利新方向特斯拉蔚來理想小鵬威馬產品上市時間2019 年2018 年2019 年2020 年2018 年代表車型Model 3ES8理想 ONEP7EX5/EX6自動駕駛系統Autopilot 3.0NIO Pilot-Xpilot 3.0Living

51、 Pilot自動駕駛傳感器組合1 個毫米波雷達+12 個超聲波雷達+3 個前置/感知攝像頭+6 個環視攝像頭5 個毫米波雷達+12個超聲波雷達+3 個前置/感知攝像頭+4個環視攝像頭+1 個1 個毫米波雷達+12個超聲波雷達+1 個前置/感知攝像頭+4個環視攝像頭5 個毫米波雷達+12個超聲波雷達+9 個前置/感知攝像頭+4個環視攝像頭+1 個3 個毫米波雷達+12 個超聲波雷達+1 個前置/感知攝像頭+4 個環視攝像頭自動駕駛軟件費用國內選裝 FSD 價格6.4 萬元至 2012 年推出后，基NIO Pilot 精選包 1.5萬元；全配包 3.9 萬元Xpilot 3.0 軟件升級車內攝像頭

52、車內攝像頭車載智能系統-NOMI OS-Xmart OSLiving Engine智能語音助手KittNOMIWIKI小 P小威中控屏與儀表尺寸15 寸11.3 寸+9.8 寸16.2 寸+12.3 寸14.96 寸+10.25 寸12.8 寸+12.3 寸價格 3.6 萬元，支付免費免費車款一次性購買價格為 2 萬元累計新增功能 59+，OTA 技術本實現一至兩周一次累計新增功能 131+， 自上市后已完成 6 次累計優化功能 1900承諾每 3 個月更新一小更新 資料來源：蓋世汽車、研究所累計優化功能 280+OTA次、 云端安全問題初現端倪，軟件信息安全領域未來市場開闊“軟件定義汽車”不

53、僅體現在開發端代碼量的指數式增長，云端軟件復雜性的提高還給聯網車輛帶來了許多難以追蹤的新型信息安全風險。在傳統汽車的 E/E 架構下，程序員通過在ECU 中獨立嵌入預先設置好的代碼來滿足功能需求，而在新一代汽車的 SOA 架構下，越來越多的應用層接入云端，使得車載網絡在以前獨立的電子領域（例如信息娛樂，ADAS 和動力總成）之間建立連接。這些連接為通過汽車傳播的新型網絡攻擊提供了渠道，由于可以利用一個系統中的軟件漏洞來提供對其他系統的訪問，跨車輛研究不同軟件堆棧的開發人員很少協調修復系統安全漏洞。且由于軟件功能品類繁多，跨模塊的更新很困難，并且潛在“攻擊面”的數量會隨著所連接的自動駕駛系統數量

54、增加而遞增。根據 Upstream Security 發布的 2020 年汽車網絡安全報告顯示，自2016 年至2020 年1 月，汽車網絡安全事件的數量增長了605%。時間研究和事件描述表4：部分汽車網絡安全研究和事件2015 年Charlie MillerChris Valasek 遠程破解了 JEEP 汽車，導致其召回了 140 萬輛汽車2016 年日產 LEAF 汽車 API 遭泄露，黑客可遠程控制Troy Hunt 發現了日產聆風手機 APP 存在漏洞，全球停止2016 年2016 年NissanConnect 服務騰訊科恩實驗室實現了遠程無接觸式破解 Tesla，可以在駐車狀態和行

55、駛狀態下遠程控制2017 年騰訊科恩實驗室再次實現了遠程無接觸式破解 Tesla資料來源：車載信息安全技術要求白皮書、研究所具體來看，在軟件信息安全領域，以騰訊和 360 公司為代表的老牌互聯網公司憑借著強大的 IT 網絡安全技術優勢，對以特斯拉為代表的智能網聯汽車開展了大量研究。常用的車聯網攻擊程序滲透路徑可歸納為：（1）接入系統。即通過車內開放式的網絡連接端口接入車載服務電子系統，進而采用傳統分析方法找出應用服務中的安全漏洞，獲取多個車載系統權限。（2）避開檢測。由于各自獨立的 ECU 間通過 CAN總線相連，獲得 CAN 總線的權限即代表掌握了車體控制電子系統的命脈。所以其往往采用技術手

56、段繞過部分ECU 的固件完整性檢測機制，刷新相應固件來獲得向 CAN總線讀寫數據的能力。（3）實施控制。最終通過將偽造的數據包注入到 CAN 總線，實現在駐車模式或行駛模式下對汽車的遠程無物理接觸式控制。總體來看，隨著汽車智能網聯化進程的加速，軟件功能的問題引發大規模的產品召回，直接導致客戶安全風險增加，對整車廠造成生產延期、預算超支等不良影響。為此，車載信息安全行業需求漸起，軟件信息安全領域的進步正為智能網聯汽車的發展提供強有力的支持。3、 軟件定義汽車時代，多方勢力角逐操作系統軟件定義汽車時代，操作系統將是智能網聯汽車競爭的焦點。我們從技術角度和產品角度兩個維度去定義操作系統類型。從技術角

57、度來看，車載操作系統可分為實時操作系統和非實時操作系統。分別來看，所謂實時操作系統，是指系統接收到輸入信號后，能夠在短時間內處理完畢并予以反饋，并且其處理任務的（最遲）完成時間是確定可知的，具備較高的安全性與可靠性。因此實時操作系統往往應用于車控領域，包含傳統的車輛動力、底盤、車身以及新興的自動駕駛等。非實時操作系統則廣泛應用于座艙娛樂等領域，更加注重兼容性與開發生態。從產品角度來看，車載操作系統可分為面向整車廠和面向消費者的兩類。其中，面向整車廠的操作系統多被用于二次開發或消費者無法直接交互感知的領域，因此其自身并不具備品牌效應。面向消費者的操作系統，以市場產品化為目的和檢驗標準，具備一定的

58、品牌溢價，大多數廠商是基于Linux 內核裁剪和配置，然后加上自己設計的 UI 而成。整體來看，以上兩種對車載操作系統的定義相互交叉，面向整車廠的實時性操作系統包括 QNX、RT-Linux、VxWorks 等；面向整車廠的非實時性操作系統主要為 Android、 AGL 等。面向消費者的實時性操作系統包括特斯拉 Version、百度 Apollo、華為鴻蒙 OS 等；而面向消費者的非實時性操作系統則包括小鵬 Xmart.OS、阿里Ali.OS 等。圖21：車載操作系統可從技術端和產品端兩個角度去綜合定義資料來源：研究所、 面向整車廠的實時性操作系統：QNX、RT-Linux 等、 QNX：世

59、界首款通過車規級安全認證的操作系統，核心優勢在于高安全性QNX 是世界上第一款通過ISO 26262 ASIL 級安全認證的車載操作系統，母公司黑莓所擁有的 80+項安全認證和數千項安全相關專利將為其安全性持續賦能。從技術端來看，QNX 采取微核心架構，操作系統中的多數功能均以許多小型 Task 來執行，這樣的架構使得用戶和開發者可以關閉不需要的功能而不需要改變操作系統本身。得益于這種執行模式，QNX 系統中的各項功能與應用能在不影響互相間穩定性的前提下整合運算資源，在高安全性的同時保障其運算效率。從產品端來看，公司產品覆蓋基礎系統軟件（QNX Neutrino RTOS、QNX Hyperv

60、isor、QNX SDP）、安全認證產品（QNX OS for Safety 等）、安全解決方案（BlackBerry Jarvis、BlackBerry QNX OTA等）、中間件（聲學管理、ADAS 等）四大領域。同時，為確保軟件的安全性，QNX開發生態較為封閉，黑莓是 QNX 的唯一開發者，其他廠商在使用時需支付費用。根據黑莓公司官網數據統計，截至 2020 年 6 月底，全球已有超過 1.75 億輛汽車已搭載 QNX 系統，車用市場占有率達 75%。德爾福、大陸、電裝等Tier1 的基礎軟件層都是在 QNX 系統上搭建的，而其合作伙伴既包括小鵬、威馬等新勢力車企，也包括寶馬、奧迪、保時