韓博硯

（無錫汽車工程高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 無錫 214000）

引言

智能網(wǎng)聯(lián)汽車被許多行業(yè)認(rèn)為是汽車行業(yè)最新的一場革命，許多汽車行業(yè)的龍頭企業(yè)都紛紛開始加入對于其的研究，此外還有一些比較大的企業(yè)也開始有所涉足。近兩年來，隨著人工智能技術(shù)的不斷提高，無人駕駛技術(shù)的智能網(wǎng)聯(lián)汽車也逐步開始應(yīng)用到現(xiàn)實(shí)的生活當(dāng)中，并且成為了當(dāng)下最為熱門的話題之一。智能網(wǎng)聯(lián)汽車就是要無線趨近于自動化操作，以此來盡量避免任何事故的發(fā)生。為了實(shí)現(xiàn)這一目的，汽車的電子系統(tǒng)是最為重要的部分，為了可以提升整體的安全性能，就必須通過實(shí)施控制來使得發(fā)動機(jī)、汽車底盤等一系列系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一的規(guī)劃。但目前的分離式系統(tǒng)架構(gòu)已經(jīng)逐漸顯露出很大的問題，需要通過新型的混合操作系統(tǒng)來應(yīng)對逐漸多樣化的需求。

1 混合操作系統(tǒng)概述

混合操作系統(tǒng)的本質(zhì)是通過一種平臺的結(jié)構(gòu)來支撐的，而要使這個平臺具體運(yùn)用，就需要采取一種分成層的設(shè)計(jì)，并且在具體運(yùn)營過程當(dāng)中，通過不同級別的抽象來表達(dá)整體任務(wù)的統(tǒng)一。因此這一整套設(shè)計(jì)平臺和計(jì)算方式的效果，就應(yīng)該體現(xiàn)在能夠完成系統(tǒng)賦予的全部任務(wù)，并且以計(jì)算結(jié)構(gòu)來與汽車上其他設(shè)備進(jìn)行聯(lián)動，以此來對車輛實(shí)現(xiàn)操縱。為了更好地對其進(jìn)行開發(fā)和部署，同時也為了可以使其進(jìn)行動態(tài)的遷移，在開發(fā)的過程當(dāng)中，應(yīng)該包括部署、調(diào)試、測試工具等等不同的步驟。

2 混合操作系統(tǒng)核心體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 HCI-System設(shè)計(jì)

需要對于其最為底層的部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中使用最多的就是多核SoC。它的具體功能是為了平臺的需要，為整個系統(tǒng)提供一定量的儲存空間，并以此來構(gòu)建盡可能大的儲存系統(tǒng)。此外還需要通過以太網(wǎng)接口來對于其他網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行組成，共同形成混合操作系統(tǒng)。尤其是需要用到USB接口的設(shè)備，以及需要用HDMI接口來連接一些圖像顯示界面。并且在對于4G接口方面，混合操作系統(tǒng)應(yīng)該能與外網(wǎng)進(jìn)行連接，并且對車輛實(shí)施導(dǎo)航、遠(yuǎn)程更新等等各種硬件的基礎(chǔ)功能。這樣就可以提供最為穩(wěn)定且資源豐富的第三方平臺，適用于多媒體的平臺使用。

2.2 RTC-System設(shè)計(jì)

在對最底層進(jìn)行設(shè)計(jì)的時候，需要考慮到其在底層的硬件平臺當(dāng)中所運(yùn)用到的計(jì)算量并不大，因此基本上可以采取單核的SoC就可以完全勝任。而這個部分從硬件上并且可以支持CAN、LIN等等傳統(tǒng)設(shè)備。而且它還可以與車輛當(dāng)中的其他設(shè)備相互協(xié)作，這樣就會使得混合操作系統(tǒng)可以在邏輯上面與其他設(shè)備進(jìn)行聯(lián)合，并且在這個基礎(chǔ)上對車輛實(shí)行操控。不僅如此，它在車輛系統(tǒng)中屬于相對獨(dú)立的部分，所以可以對不同信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換。這樣當(dāng)系統(tǒng)有很多任務(wù)需要處理時，它就可以對其他一些系統(tǒng)在實(shí)行自身功能的同時，也能十分高效地進(jìn)行運(yùn)作，并且通過虛擬總線來進(jìn)行獲取。

3 混合操作系統(tǒng)的任務(wù)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)管理

當(dāng)混合操作系統(tǒng)通過局域網(wǎng)的廣播來對每一個物體進(jìn)行探索的時候，在它成功之后就需要對系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的管理。如果系統(tǒng)真實(shí)存在，那么就需要通過系統(tǒng)來獲得類似文件的請求，這樣就可以相應(yīng)的保存在系統(tǒng)上的描述文件，最終交給處理中心。其核心的內(nèi)容包括以下幾個方面：

第一，系統(tǒng)版本。由于系統(tǒng)的不同版本對應(yīng)著不同的數(shù)據(jù)庫，所以選擇對于文件的管理中，需要設(shè)置最低的系統(tǒng)版本；第二，系統(tǒng)組成。這一部分是系統(tǒng)核心成分之一，其系統(tǒng)上面應(yīng)該存在著相關(guān)的信息，其中就包括整個平臺計(jì)算能力，以及對于硬件的要求等等；第三，系統(tǒng)的VFB設(shè)備編號。 VFB內(nèi)容需要對于整個系統(tǒng)的各個接口來進(jìn)行抽象連接，通過編號來對它們進(jìn)行一定的區(qū)分，這樣就可以使得不同的軟件組成有所區(qū)別，并且編號會因?yàn)橛布l(fā)生一定的變化而進(jìn)行調(diào)整。所以系統(tǒng)在對文件進(jìn)行掃描的時候，就應(yīng)該對其進(jìn)行編號。

3.2 系統(tǒng)工程

3.2.1 組成

雖然很多混合操作系統(tǒng)只同時擁有一個工程，但這個工程其實(shí)可以完成多個任務(wù)。所以在任務(wù)分配的時候，可以通過工程編譯、配置文件等進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

3.2.2 工程配置文件

對于工程來講，其中每一個都包含著一個配置文件，里面存在著其較為核心的一部分信息，其中最重要的有以下幾點(diǎn)：第一，混合操作系統(tǒng)最低版本要求，每當(dāng)出現(xiàn)版本的升級，就會多出不少的新功能，但其本質(zhì)仍然需要通過規(guī)定最低版本號來實(shí)現(xiàn)整體功能的統(tǒng)一；第二，任務(wù)列表。工程在運(yùn)行的時候往往會包含多個任務(wù)，這就需要對與每個對應(yīng)文件都要進(jìn)行核查，對于任務(wù)的一些屬性，如規(guī)則、型號等，進(jìn)行詳細(xì)地展示，這樣才可以將其放在對應(yīng)的文件之中；第三，是不是可部署工程。當(dāng)工程出現(xiàn)非部署的情況，那么就無法用一般的邏輯來進(jìn)行計(jì)算。這樣就得為其進(jìn)行自定義的操作，使用獨(dú)特的任務(wù)導(dǎo)入將任務(wù)放置在可部署的文件之中；第四，工程運(yùn)行參數(shù)。當(dāng)系統(tǒng)工程運(yùn)行時，要用全局性的開啟或者是關(guān)閉來實(shí)現(xiàn)相關(guān)的任務(wù)。比如是否進(jìn)行持久化記錄、是否開啟文件系統(tǒng)緩存，等等一系列操作。而任務(wù)各自的啟動參數(shù)也應(yīng)該在配置文件中進(jìn)行展示。

3.2.3 編譯配置文件

每一過程當(dāng)中都應(yīng)該有一個編譯配置文件，其包含的內(nèi)容有系統(tǒng)庫與頭文件的路徑、外部庫與頭文件路徑以及編譯選項(xiàng)。這些都是可以支持系統(tǒng)進(jìn)行得最基本要求，并且還可以從第三方庫來進(jìn)行使用。

3.3 系統(tǒng)任務(wù)

一個系統(tǒng)過程當(dāng)中還有多個任務(wù)，并且它們都是由任務(wù)源文件、資源文件等等來進(jìn)行組成的。其中就包括：

3.3.1 原文件

需要對原文件的后綴名進(jìn)行同意，這樣將就能把每一個任務(wù)的結(jié)尾進(jìn)行統(tǒng)一的規(guī)定，而在使用的時候依然可以支持一些普遍的后綴來進(jìn)行結(jié)尾。而在創(chuàng)建的時候，其相關(guān)的人員會獲得一個主文件，其內(nèi)容就包括任務(wù)入口函數(shù)的模板，通過這個系統(tǒng)就可以進(jìn)行啟用之后被調(diào)用。

3.3.2 任務(wù)配置文件

每一個配置文件都包含著一些屬性，比如任務(wù)名稱與類型、是否自啟動任、是否自定義服務(wù)任務(wù)、啟動任務(wù)參數(shù)，任務(wù)所提供的服務(wù)列表等一系列的數(shù)據(jù)。

3.3.3 任務(wù)導(dǎo)入

當(dāng)其他軟件通過任務(wù)進(jìn)行導(dǎo)入的時候，那么不同的組織就可以同時對混合操作系統(tǒng)的任務(wù)進(jìn)行共享。而不同的任務(wù)經(jīng)過不同人員進(jìn)行開發(fā)，就會形成不同的工程，以便應(yīng)用在各個實(shí)際過程當(dāng)中。而在導(dǎo)入時需要根據(jù)相關(guān)的配置文件來對其進(jìn)行一定的檢測，如果沒有滿足要求，那么就會發(fā)生警告，不過開發(fā)人員依然可以通過強(qiáng)制來進(jìn)行導(dǎo)入。

4 基于混合操作系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析

4.1 實(shí)驗(yàn)核心硬件

通過第2代智能車的設(shè)備，運(yùn)用于研發(fā)智能聯(lián)網(wǎng)汽車以及無人駕駛系統(tǒng)。其中配備了一定的毫米波雷達(dá)、超聲波傳感器、GPS定位等等各種硬件模塊，而對于它的底部結(jié)構(gòu)則采取了直流無刷輪轂電機(jī)線來運(yùn)作，以及帶繼電器的裝置助力和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。此外，還用到了車輛控制VCU、攝像頭以及激光雷達(dá)等等一系列的硬件設(shè)備。

4.2 系統(tǒng)工程與任務(wù)設(shè)計(jì)

該實(shí)驗(yàn)通過對于智能車的具體測控來實(shí)現(xiàn)多個任務(wù)，其中就包括道路識別、雷達(dá)防撞、行車決策、車輛控制等不同的任務(wù)。在任務(wù)道路識別的過程當(dāng)中，需要將道路的圖像以及處理后的圖像一起交給相應(yīng)的處理系統(tǒng)進(jìn)行圖形顯示，這樣通過雷達(dá)數(shù)據(jù)的進(jìn)一步分析，檢測在智能車前的具體障礙物。并且通過任務(wù)來解析出最新的道路信息，制定出一定的行車決策，并且需要控制中心來最終判定行車的具體任務(wù)。此時也會通過雷達(dá)數(shù)據(jù)來對于障礙物的出現(xiàn)進(jìn)行實(shí)時的分析，并且判定是否出現(xiàn)行車決策失效的情況，使得車輛能夠?qū)崿F(xiàn)快速的剎車。

4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

在實(shí)驗(yàn)過程當(dāng)中，車輛通過一個環(huán)形的軌道來運(yùn)行，而軌道需要用特殊的線條進(jìn)行連接，使其在為實(shí)驗(yàn)人員提供一定視角的基礎(chǔ)上，還不會影響到汽車的識別系統(tǒng)。而在實(shí)驗(yàn)過程當(dāng)中，車輛的平均速度為4米每秒。當(dāng)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)彎路程的時候，就展現(xiàn)了人機(jī)交互的局部效果。并且在顯示車輛攝像頭獲取的原始數(shù)據(jù)之后，圖像可以通過具體的任務(wù)處理來獲得準(zhǔn)確的道路信息，并且將道路信息通過圖形化的方式便于人們進(jìn)行觀察。通過以上平臺及任務(wù)，一共進(jìn)行了多次實(shí)驗(yàn)，車輛的平均速度始終保持在4米每秒，而完成的效率達(dá)到了96%。其中出現(xiàn)失敗的原因來源于道路算法上的部分問題，從而出現(xiàn)一些錯誤。但是在混合系統(tǒng)運(yùn)行的過程當(dāng)中其異常率是為零。

因此可以得出結(jié)論：智能網(wǎng)聯(lián)汽車的混合操作系統(tǒng)可以在低速的情況下完成車輛智能計(jì)算任務(wù)。

5 結(jié)束語

本文通過對于智能網(wǎng)聯(lián)汽車進(jìn)行深入地探討，構(gòu)建出一種混合操作系統(tǒng)平臺，使用多個構(gòu)件來實(shí)現(xiàn)開發(fā)，并且滿足實(shí)時控制，便于人機(jī)交互，完成高計(jì)算型任務(wù)，對于當(dāng)前的智能網(wǎng)聯(lián)汽車任務(wù)有著相當(dāng)好的適用性。