车载智能计算基础平台参考架构2.0（2023年）

车载智能计算基础平台 参考架构2.0 （2023年） 中国软件评测中心（工业和信息化部软件与集成电路促进中心）工业和信息化部装备工业发展中心 国家智能网联汽车创新中心中国汽车工程学会 中国汽车工业协会 二〇二三年九月 顾问 李克强中国工程院院士、清华大学教授 刘文强中国电子信息产业发展研究院党委书记、副院长瞿国春工业和信息化部装备工业发展中心主任 张进华中国汽车工程学会常务副理事长兼秘书长付炳峰中国汽车工业协会常务副会长兼秘书长 指导专家 刘法旺工业和信息化部装备工业发展中心高炽扬中国电子信息产业发展研究院 安晖中国电子信息产业发展研究院 张文杰国家智能网联汽车创新中心、中国汽车工程学会王耀中国汽车工业协会 罗蕾电子科技大学陈渝清华大学 许庆清华大学彭鑫复旦大学 胡大林北京赛目科技股份有限公司万蕾华为技术有限公司 张晓先普华基础软件股份有限公司尚进国汽智控(北京)科技有限公司丛炜国汽智控(北京)科技有限公司李丰军中汽创智科技有限公司 周时莹中国第一汽车集团有限公司上官云飞远程新能源商用车集团 许林赛力斯汽车有限公司孙大兴广汽丰田汽车有限公司 王野合众新能源汽车股份有限公司张衡东风商用车有限公司 王恺斑马网络技术有限公司陈维富黑芝麻智能科技有限公司 李玉峰网络通信与安全紫金山实验室刘建业中兴通讯股份有限公司 阚志刚北京梆梆安全科技有限公司 编写单位： 中国软件评测中心（工业和信息化部软件与集成电路促进中心）工业和信息化部装备工业发展中心 国家智能网联汽车创新中心清华大学 电子科技大学 网络通信与安全紫金山实验室复旦大学 华为技术有限公司 北京赛目科技股份有限公司黑芝麻智能科技有限公司普华基础软件股份有限公司合肥杰发科技有限公司 中瓴智行(成都)科技有限公司国汽智控(北京)科技有限公司合众新能源汽车有限公司 参研单位： 北京理工大学合肥工业大学 中国第一汽车集团有限公司东风商用车技术中心 上海汽车集团股份有限公司浙江吉利控股集团有限公司比亚迪股份有限公司 郑州宇通集团有限公司上海蔚来汽车有限公司赛力斯集团股份有限公司中汽创智科技有限公司 北京经纬恒润科技股份有限公司斑马网络技术有限公司 北京百度网讯科技有限公司中兴通讯股份有限公司 国科础石（重庆）软件有限公司 东软睿驰汽车技术（沈阳）有限公司北京地平线机器人技术研发有限公司南京芯驰半导体科技有限公司 北京翼辉信息技术有限公司 易特驰汽车技术(上海)有限公司 广东为辰信息科技有限公司上海映驰科技有限公司 中信科智联科技有限公司智达诚远科技有限公司 目录 第1章编制背景1 1.1智能网联变革机遇期，参考架构1.0有效凝聚共识1 1.2智能网联技术成长期，参考架构亟需迭代与细化2 1.3智能网联加速落地期，参考架构2.0加强前瞻引导3 第2章车载智能计算基础平台参考架构2.0概述5 2.1参考架构2.0总体框架5 2.2参考架构2.0的软硬件特点8 2.3参考架构2.0的重点创新研究方向9 2.4参考架构2.0的主要创新点11 第3章异构分布硬件架构12 3.1AI计算单元12 3.2通用计算单元13 3.3控制单元13 3.4安全处理单元13 第4章车控操作系统15 4.1系统软件15 4.2功能软件19 第5章工具链27 5.1开发调试工具27 5.2测试仿真工具29 5.3持续集成工具29 5.4过程管理工具30 第6章安全体系33 6.1功能安全33 6.2预期功能安全34 6.3网络安全36 6.4数据安全39 6.5软件升级安全40 6.6融合安全41 第7章发展建议43 7.1凝聚发展思路，统筹协作竞争43 7.2鼓励技术攻关，加快生态构建43 7.3完善标准体系，探索开发实践43 7.4加强检测认证，强化安全保障44 附件：缩略语45 第1章编制背景 1.1智能网联变革机遇期，参考架构1.0有效凝聚共识 车载智能计算基础平台是智能网联汽车的关键核心。智能网 联汽车是决定中国汽车行业胜负的下半场。与电动化相比，智能化、网联化涉及的领域更多、程度更深、想象空间更大。智能驾驶、智能座舱、车路云一体化的快速发展，正在引发汽车创新链、技术链、产业链的重构。作为汽车的“大脑”，车载智能计算基础平台负责处理海量的异构数据、进行复杂的逻辑运算，是新型汽车电子电气架构的核心。 参考架构1.0为智能网联汽车研发应用创新提供了重要指 引。智能网联汽车是汽车、电子信息、通信等领域跨界融合的载 体和重要产物。在其发展初期，不同行业主体对汽车电子电气架构演进趋势、车载智能计算基础平台概念和架构的认识不尽相同。为推动行业凝聚共识、形成合力，2019年，多家高校、企业、研究机构等联合制定发布了《车载智能计算基础平台参考架构1.0 （2019年）》，为我国车载智能计算基础平台的技术创新、标准研制、试验验证、应用实践、产业生态构建等提供了参考和引导。国内已有华为、中兴、国汽智控等多家企业基于参考架构进行产品开发。2022年中国汽车基础软件生态委员会发布 《AUTOSEMOServiceFramework技术规范》，在参考架构1.0基础上，结合应用创新需求，构建了进一步向应用层、面向服务的架构（SOA）拓展的中间框架，通过该规范统一服务和接口，实 现整车控制器的设计与开发。 1.2智能网联技术成长期，参考架构亟需迭代与细化 智能网联技术向更高级别自动驾驶和车路云一体化等方向迈进，参考架构需要适应发展新要求。当前L1、L2级自动驾驶 渗透率快速增长，L3及以上级别自动驾驶成为研发攻关的主要内容。为促进高级别自动驾驶产品的功能、性能提升，支持其商业化应用，工业和信息化部、公安部等正在筹备智能网联汽车准入和上路通行试点。北京、广州、杭州、武汉等地启动了自动驾驶“车内无人”商业化试点。多个地方的政府部门联合基础设施供应商、自动驾驶解决方案提供商、整车企业积极探索“车路云一体化”发展路线，打造技术、商业双闭环。 技术的演进、需求的丰富和认识的更新不断拓展车载智能计 算基础平台的内涵和外延，参考架构需要满足发展新趋势。一是 高性能车载芯片不断推出，正推进汽车电子电气架构进一步向集中化演进。英伟达雷神（Thor）、黑芝麻武当、地平线征程等系列芯片性能不断增强，满足多种跨域计算场景。二是Linux和QNX等主流车用操作系统持续增强，华为AOS、国汽智控ICVOS、普华ORIENTAIS、中兴车用OS、斑马AliOS等国产车用操作系统相继推出，深化了行业对车载智能计算基础平台的认识理解。三是智能驾驶、智能座舱、车路云一体化的应用场景更加具体和丰富，对车载智能计算基础平台的功能、性能、配套工具链提出更高要求。四是智能网联汽车的安全体系不断拓展和下沉，预期 功能安全、数据安全、软件升级安全等日益受到行业重视。 1.3智能网联加速落地期，参考架构2.0加强前瞻引导 未来3-5年，智能网联汽车将创新踊跃、普及加快，对车载智能计算基础平台参考架构的需求也将更加强烈。从分域架构到 “中央计算+区域控制”架构，汽车电子电气架构将继续向域集中、域融合的方向不断演进。全球高性能车载芯片、车用操作系统产业尚未发展成熟，发展格局仍未“锁定”。SOA和空中升级（OTA）如何改变汽车软件价值链和商业模式、自动驾驶解决方案是否需要依赖高精地图和激光雷达、大模型怎样融入智能网联技术发展，都成为智能网联大规模部署所面临的热点问题。车载智能计算基础平台架构需要具备更好的包容性和技术支持能力，引导相关产品的前瞻设计和创新研发。 车载智能计算基础平台产品胜出的关键在于能否形成包括 硬件平台、操作系统、应用软件、工具链在内的生态体系，构建完善的安全体系，建立技术优势和市场竞争力。这就需要统一认 识理解，增强互操作性，引导提升产业生态整体水平。为此，参考架构2.0要在参考架构1.0的基础上，进一步加强前瞻性、战略性、系统性的顶层设计，在与国家标准、行业标准、团体标准术语定义保持一致的基础上，积极吸纳行业代表性研究成果，一是面向未来3-5年的应用需求，定义典型的应用场景，提出参考设计，指导产品研发；二是围绕高算力硬件支持、内核重构优化、系统软件构建、功能软件丰富等重点内容，引导软硬件分层解耦 的设计和开发；三是研究人工智能（AI）大模型等新兴技术，梳理构建应用生态涉及的系统软件、功能软件、工具链等需求；四是研究车载智能计算基础平台安全体系，促进智能网联汽车安全保障能力提升。 第2章车载智能计算基础平台参考架构2.0概述 2.1参考架构2.0总体框架 车载智能计算基础平台的主要目标包括，支持异构多核高算力与冗余的硬件架构、SOA软件架构、车内高带宽主干通信网络及多种网络协议、OTA升级等，满足高实时、多级功能安全需求、及网络安全与数据安全要求，实现软硬件的平台化、标准化，构建软硬件一体化技术体系，促进智能网联汽车的创新化、生态化发展。 车载智能计算基础平台参考架构包含异构分布硬件架构、车控操作系统、安全体系、工具链（如图1所示）。 图1车载智能计算基础平台参考架构2.0 异构分布硬件架构负责提供各类硬件接口和满足多方面算 力需求，包括AI计算单元、通用计算单元、控制单元和安全处 理单元等。 车控操作系统是支撑智能网联汽车驾驶自动化功能实现和安全可靠运行的软件集合。车控操作系统采用纵向分层（包含系 统软件和功能软件）、横向分区（包括安全车控操作系统、智能驾驶操作系统）式架构。 ——系统软件纵向分为跨内核驱动框架层、内核及虚拟化管理层、系统接口层、系统中间件层。系统软件通过标准的系统接口、系统中间件向上层提供服务，实现与功能软件的解耦；通过跨内核驱动框架（包括AI驱动、BSP等各类驱动）、硬件抽象层，实现与硬件平台的解耦。 ——功能软件根据各类智能驾驶功能的核心共性需求，定义和实现共性的功能组件，并通过标准的应用软件接口及服务，向上层应用软件提供服务，实现与应用软件的解耦。 安全体系保障车载智能计算基础平台的质量安全和使用安 全，包括功能安全、预期功能安全、网络安全、数据安全、OTA安全、融合安全等。 工具链为车载智能计算基础平台的开发迭代提供支撑，包括 开发调试工具、测试仿真工具、持续集成工具、过程管理工具等。车载智能计算基础平台结合传感器、V2X、动力、底盘控制 乃至车辆平台，向上支撑应用软件开发。应用软件运行于车控操 作系统之上，负责智能驾驶具体功能的实现。当前L1、L2级智能驾驶应用已逐渐成熟普及，包括自动紧急制动（AEB）/自动紧急转向（AES）、车道保持辅助（LKA）/车道居中辅助（LCC）、自动辅助导航驾驶（NOA）/智能辅助导航驾驶（NOP）等。L3级以上自动驾驶应用正在开发和推广之中，包括自主代客泊车(AVP)、自动驾驶出租车（RoboTaxi）、绿波车速引导（GLOSA）、驾舱融合应用及车路云一体化应用等。 2.2参考架构2.0的软硬件特点 分层解耦。车载智能计算基础平台采用分层解耦的架构，既 使得软件功能不依赖于底层特定硬件，更能将复杂系统划分为具有明确功能的不同层次，实现每个层次的高内聚与层次之间的低耦合，降低系统的复杂性，增加安全性、可靠性、可维护性、可移植性和可扩展性，提升开发效率，灵活实现“性能优先”和“成本优先”的差异化产品需求，更好支持不同的技术路线。 互联通信。面向人机物融合泛在计算的新模式和新场景，需 要实现泛在感知与泛在互联，包括车联网（V2X）、移动通信（4G、5G）、增强的位置和导航服务、无线短距通信等。需要结合车内通信、车云通信、车人通信等业务场景，充分吸纳已有的行业标准和最佳实践，保障系统的兼容性和可移植性。 安全融合。从车载智能计算基础平台整体角度考虑安全体系 建设，将功能安全、预期功能安全、网络安全、数据安全、OTA安全有机融入到产品的设计、开发、生产、运维、报废的全过程 中。采用软硬件结合的安全技术，打造全栈内生安全体系，提升安全策略的通用性和灵活度，同时兼顾产品的性能和成本。 AI大模型融合。探索和发挥AI大模型在模式识别、决策辅