面向智能网联汽车的混合操作系统设计与实现

韩博砚

（无锡汽车工程高等职业技术学校，江苏 无锡 214000）

引言

智能网联汽车被许多行业认为是汽车行业最新的一场革命，许多汽车行业的龙头企业都纷纷开始加入对于其的研究，此外还有一些比较大的企业也开始有所涉足。近两年来，随着人工智能技术的不断提高，无人驾驶技术的智能网联汽车也逐步开始应用到现实的生活当中，并且成为了当下最为热门的话题之一。智能网联汽车就是要无线趋近于自动化操作，以此来尽量避免任何事故的发生。为了实现这一目的，汽车的电子系统是最为重要的部分，为了可以提升整体的安全性能，就必须通过实施控制来使得发动机、汽车底盘等一系列系统进行统一的规划。但目前的分离式系统架构已经逐渐显露出很大的问题，需要通过新型的混合操作系统来应对逐渐多样化的需求。

1 混合操作系统概述

混合操作系统的本质是通过一种平台的结构来支撑的，而要使这个平台具体运用，就需要采取一种分成层的设计，并且在具体运营过程当中，通过不同级别的抽象来表达整体任务的统一。因此这一整套设计平台和计算方式的效果，就应该体现在能够完成系统赋予的全部任务，并且以计算结构来与汽车上其他设备进行联动，以此来对车辆实现操纵。为了更好地对其进行开发和部署，同时也为了可以使其进行动态的迁移，在开发的过程当中，应该包括部署、调试、测试工具等等不同的步骤。

2 混合操作系统核心体系结构设计

2.1 HCI-System设计

需要对于其最为底层的部分进行设计，其中使用最多的就是多核SoC。它的具体功能是为了平台的需要，为整个系统提供一定量的储存空间，并以此来构建尽可能大的储存系统。此外还需要通过以太网接口来对于其他网络进行组成，共同形成混合操作系统。尤其是需要用到USB接口的设备，以及需要用HDMI接口来连接一些图像显示界面。并且在对于4G接口方面，混合操作系统应该能与外网进行连接，并且对车辆实施导航、远程更新等等各种硬件的基础功能。这样就可以提供最为稳定且资源丰富的第三方平台，适用于多媒体的平台使用。

2.2 RTC-System设计

在对最底层进行设计的时候，需要考虑到其在底层的硬件平台当中所运用到的计算量并不大，因此基本上可以采取单核的SoC就可以完全胜任。而这个部分从硬件上并且可以支持CAN、LIN等等传统设备。而且它还可以与车辆当中的其他设备相互协作，这样就会使得混合操作系统可以在逻辑上面与其他设备进行联合，并且在这个基础上对车辆实行操控。不仅如此，它在车辆系统中属于相对独立的部分，所以可以对不同信息进行转换。这样当系统有很多任务需要处理时，它就可以对其他一些系统在实行自身功能的同时，也能十分高效地进行运作，并且通过虚拟总线来进行获取。

3 混合操作系统的任务设计

3.1 系统管理

当混合操作系统通过局域网的广播来对每一个物体进行探索的时候，在它成功之后就需要对系统进行进一步的管理。如果系统真实存在，那么就需要通过系统来获得类似文件的请求，这样就可以相应的保存在系统上的描述文件，最终交给处理中心。其核心的内容包括以下几个方面：

第一，系统版本。由于系统的不同版本对应着不同的数据库，所以选择对于文件的管理中，需要设置最低的系统版本；第二，系统组成。这一部分是系统核心成分之一，其系统上面应该存在着相关的信息，其中就包括整个平台计算能力，以及对于硬件的要求等等；第三，系统的VFB设备编号。 VFB内容需要对于整个系统的各个接口来进行抽象连接，通过编号来对它们进行一定的区分，这样就可以使得不同的软件组成有所区别，并且编号会因为硬件发生一定的变化而进行调整。所以系统在对文件进行扫描的时候，就应该对其进行编号。

3.2 系统工程

3.2.1 组成

虽然很多混合操作系统只同时拥有一个工程，但这个工程其实可以完成多个任务。所以在任务分配的时候，可以通过工程编译、配置文件等进行实现。

3.2.2 工程配置文件

对于工程来讲，其中每一个都包含着一个配置文件，里面存在着其较为核心的一部分信息，其中最重要的有以下几点：第一，混合操作系统最低版本要求，每当出现版本的升级，就会多出不少的新功能，但其本质仍然需要通过规定最低版本号来实现整体功能的统一；第二，任务列表。工程在运行的时候往往会包含多个任务，这就需要对与每个对应文件都要进行核查，对于任务的一些属性，如规则、型号等，进行详细地展示，这样才可以将其放在对应的文件之中；第三，是不是可部署工程。当工程出现非部署的情况，那么就无法用一般的逻辑来进行计算。这样就得为其进行自定义的操作，使用独特的任务导入将任务放置在可部署的文件之中；第四，工程运行参数。当系统工程运行时，要用全局性的开启或者是关闭来实现相关的任务。比如是否进行持久化记录、是否开启文件系统缓存，等等一系列操作。而任务各自的启动参数也应该在配置文件中进行展示。

3.2.3 编译配置文件

每一过程当中都应该有一个编译配置文件，其包含的内容有系统库与头文件的路径、外部库与头文件路径以及编译选项。这些都是可以支持系统进行得最基本要求，并且还可以从第三方库来进行使用。

3.3 系统任务

一个系统过程当中还有多个任务，并且它们都是由任务源文件、资源文件等等来进行组成的。其中就包括：

3.3.1 原文件

需要对原文件的后缀名进行同意，这样将就能把每一个任务的结尾进行统一的规定，而在使用的时候依然可以支持一些普遍的后缀来进行结尾。而在创建的时候，其相关的人员会获得一个主文件，其内容就包括任务入口函数的模板，通过这个系统就可以进行启用之后被调用。

3.3.2 任务配置文件

每一个配置文件都包含着一些属性，比如任务名称与类型、是否自启动任、是否自定义服务任务、启动任务参数，任务所提供的服务列表等一系列的数据。

3.3.3 任务导入

当其他软件通过任务进行导入的时候，那么不同的组织就可以同时对混合操作系统的任务进行共享。而不同的任务经过不同人员进行开发，就会形成不同的工程，以便应用在各个实际过程当中。而在导入时需要根据相关的配置文件来对其进行一定的检测，如果没有满足要求，那么就会发生警告，不过开发人员依然可以通过强制来进行导入。

4 基于混合操作系统的实验设计与分析

4.1 实验核心硬件

通过第2代智能车的设备，运用于研发智能联网汽车以及无人驾驶系统。其中配备了一定的毫米波雷达、超声波传感器、GPS定位等等各种硬件模块，而对于它的底部结构则采取了直流无刷轮毂电机线来运作，以及带继电器的装置助力和转向系统。此外，还用到了车辆控制VCU、摄像头以及激光雷达等等一系列的硬件设备。

4.2 系统工程与任务设计

该实验通过对于智能车的具体测控来实现多个任务，其中就包括道路识别、雷达防撞、行车决策、车辆控制等不同的任务。在任务道路识别的过程当中，需要将道路的图像以及处理后的图像一起交给相应的处理系统进行图形显示，这样通过雷达数据的进一步分析，检测在智能车前的具体障碍物。并且通过任务来解析出最新的道路信息，制定出一定的行车决策，并且需要控制中心来最终判定行车的具体任务。此时也会通过雷达数据来对于障碍物的出现进行实时的分析，并且判定是否出现行车决策失效的情况，使得车辆能够实现快速的刹车。

4.3 实验结果分析

在实验过程当中，车辆通过一个环形的轨道来运行，而轨道需要用特殊的线条进行连接，使其在为实验人员提供一定视角的基础上，还不会影响到汽车的识别系统。而在实验过程当中，车辆的平均速度为4米每秒。当设计转弯路程的时候，就展现了人机交互的局部效果。并且在显示车辆摄像头获取的原始数据之后，图像可以通过具体的任务处理来获得准确的道路信息，并且将道路信息通过图形化的方式便于人们进行观察。通过以上平台及任务，一共进行了多次实验，车辆的平均速度始终保持在4米每秒，而完成的效率达到了96%。其中出现失败的原因来源于道路算法上的部分问题，从而出现一些错误。但是在混合系统运行的过程当中其异常率是为零。

因此可以得出结论：智能网联汽车的混合操作系统可以在低速的情况下完成车辆智能计算任务。

5 结束语

本文通过对于智能网联汽车进行深入地探讨，构建出一种混合操作系统平台，使用多个构件来实现开发，并且满足实时控制，便于人机交互，完成高计算型任务，对于当前的智能网联汽车任务有着相当好的适用性。