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来源:AutoIO(ID:AutoIO_youzhong)

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友衷科技刘淼博士在T行神州活动中,并发表了题为《操作系统是汽车座舱智能化的基础》的演讲。

以下为刘淼博士的演讲内容:

今天还是跟大家以技术为主做交流,可能熟悉我的朋友都知道,我们的演讲从来不做广告。操作系统是智能座舱里面的非常必要的软件支撑,而且在国内做操作这一块公司并不多。我这里面主要分享一下,为什么我们汽车座舱需要智能系统?智能系统应该走哪条路?

座舱我们认为是人和车交互的接口,这里面提倡车来看人,以前经常说是可能给车使一个眼神、一个动作,车就知道干什么,司机驾驶员想到做什么,这整个就是需要通过最底层的计算。刚才说的处理器和操作系统,这些来实现想要的东西。我们从传统的汽车座舱开始看起来,传统的座舱实际上是信息比较碎片化的,就是左上角那个图,还有座舱这个词怎么来的?实际上来自于飞机,因为我是北航毕业的,对这方面还是有点情节,因为以前跟学校的师兄也交流,认为显示跟人的交互,这个东西跟安全关系不大。大家想象我跟计算机系专门做软件安全的师兄交流,他说这个显示错了也不会死人,他说这个是大错特错,因为飞机上曾经发生过因为软件不稳定导致显示数据没有及时更新,导致飞机过载,之后飞机坠落。所以我们认为在座舱里面,我们现在说的这些话前提条件一定是要安全、稳定。

在这个基础之上,我们才能把原来老旧的设计,变成现在新的多频融合,变成多种交互方式。包括手势、语音,还有更好的体验,AI、AR等等,这些都是相当于人被我们这个时代惯坏了,人需要更好的交互,由此带来的整个变革。

这也是我们刚才说的,为什么要强调安全稳定的操作系统,操作系统到底怎么做?才能把我们的软件认为是稳定的?这个安全实际上后面有两层意思,仔细说一下,一个属于功能安全,另一个可能翻译成“保安”,就是说防止外面攻击的这个意思。首先我们觉得支撑的是什么?首先我们要支撑的是硬件,就是我们的处理器越来越强大,强大到什么程度?现在14nm制成的处理器在车规上是比较主流的处理器工艺,甚至还会再往下走一点,我也交流过,以前一直认为手机处理器会走的比较靠前,因为它是消费类的,所以会把很强的性能放上去。现在发现很大一部分需求是来自于汽车,所以我们下一代GPU性能一定会超过手机。在这种强大的处理能力支撑下,我们软件实际上是需要越来越多的管理能力,也需要软件在这种复杂的交互前提下,我们怎么规划架构。

这是我们的技术路线,右边其实是我们传统系统做的每一个层面的东西,从最早开始做关于实时内核,关于快速启动和安全引导,一直到中间层做的跟安全相关的属性,逐渐到一些规划。左边实际上今天前面也有嘉宾提到就是Hypervisor,大家都说这个到底是什么东西?其实很神秘吗?我们认为它对于我们来说,主要关注两点,一个就是系统之间的图形共享,还有一块就是系统之间的大数据互联,这是Hypervisor性能的关键。

这个图简单说一下,研究操作系统的人都知道,我们以前的操作系统实际上在不同的应用程序,通过一个CPU在多个进程做调度,现在的Hypervisor在多OS调度的时候跟这个实际上是一个思路,相当于硬件层多了一个Hypervisor,这个层只干两件事,一个是多个系统的调动,一个是内存映射。这两个东西最传统的就是以前做虚拟化的时候,没有硬件支撑的时候,这两件事情挺难做的,因为你会降低效率。现在实际上有硬件支撑了,我们在ARMv7-A及以后体系上,已经有了这两个东西的支持。

简单来说,最终我们需要软件商解决这么一个问题。除了硬件支持以外,我们会把整个应用层分成从左边Dom0到其他的操作系统之间通讯,解决的问题是共享怎么做。这是简单做的一个PV模式,意味着我在这个操作系统之上,我自己的一个程序,它跟Dom0后台程序做交互,这样一个网卡怎么共享?两个操作系统或者一个操作系统都有自己独立的IP,这个怎么做的。

在这种体系结构下,我们就可以看到实际上我们整个系统问题依赖于Dom0。当DomU有操作,与Dom0之间就有通信,在这种结构上做软件安全,就决定Dom0必须是稳定的,一旦Dom0出了问题,虽然操作系统没有死,但是整个从DomU到Dom0的路径不通,这就意味着整个系统是不能工作的。

另外还有一个业界比较难的问题,就是我们讨论GPU的虚拟化问题,GPU的虚拟化,为什么难?就是因为说这个GPU不是传统的,因为运行过程当中,这种流水线不能被打断,一旦被打断要做GPU之间的操作系统任务切换,其实开销非常大,不得不在GPU上。我们现在怎么做虚拟化?也是刚才的思路,把我们在后台其实是Dom0上起一个GPU的管理,通过DomU的APP通过GPU的管线,左边实际上是虚拟化的GPU,到右边走实际的GPU渲染过来,走这样的过程,这是传统的软件GPU虚拟化解决方式。

当然现在也有几个新的方法,比如说GPU上面有很多核,有的核可能给到某一个座舱控制器的功能,一些新的处理器就这样做。但是这个可以说是比较针对汽车座舱领域讨巧的做法。

这里面再给大家分享一个数据,这就是我们大家都讲到的,我这里做一个测试。这个图我解释一下,同一个硬件品牌,我们做的一个关于100兆以太网的测试,我们最标准的到最右边的,就是测一个百兆以太网的通阻率是正太分布的峰值,标准的就是这个系统认为没有调度器的时候可能是81.35,这个单位应该是兆。现在因为有硬件支持的调度器,绿色那条线,这是我们自己调度器的操作,其实只小了一点点,大概增加开销接近1%。为了增加实质性,我们会在操作系统做这个得到蓝色的线,与之相比传统红色的线就是传统的调度器,这就是硬件支撑降低整个系统的开销,把更多的系统让出来,这是做操作系统解决最基本的问题。

后面就是我们的理念,刚才讲到实际上解决最核心操作系统的问题。以操作系统为核心在这上面开花结果,用最底层打造好的解决,不管是调度器、效率、虚拟化的方法来实现所有的这些产品线,实际上是通过这个上面出来的,这里面汽车座舱,包括自动化生产、AI识别等等一系列的产品都是以操作系统来做出来的。

我最后给大家放一个视频,是前两天在办公室拿手机拍的。可以看到开机的时候,有两个屏之间的一体化的视频同步过程。右边系统有一个导航,我们可以投射到左边这块屏上,选一个目的地做投射,这个就是模拟共享。我通过GPU在DomU做完渲染之后,在仪表这边开的,左边是安卓,右边是OS,这样可以实现两个屏共享。整个导航软件,虽然显示到仪表上,实际上运行到安卓后台,这个过程走的共享管理,实际上开销很低。整个处理器是1G左右的4核,1G的内存加上MP4,只要操作系统把效率提上去,这种级别的处理器实际就是上一代座舱。大概三年前甚至更早时代的座舱处理器可以实现这种,只是看我们软件的效率。

(视频播放省略)

今天给大家分享这么多,谢谢大家。

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