自动驾驶中间件之一：AUTOSAR正在被“边缘化”？
去年5月份，九章智驾发布的《自动驾驶OS现状及市场格局》在产业内引起了强烈反响，但这篇文章的重点是在说狭义OS即“内核”，对作为广义OS一部分的“中间件”，却着墨不多。那么，中间件到底是什么，它分为哪些类别？每个类别又有何特殊意义？目前市场上有哪些主要玩家？
带着这些问题，《九章智驾》在2021年11月份采访了华玉通软联合创始人毕晓鹏、前中科创达首席架构师汪浩伟（现为均联智行首席架构师）、东软睿驰业务线总监兼欧美全球销售总经理茅海燕、Vector产品专家蔡守群等诸多操作系统领域的专家。
接下来，我们将结合这一系列采访成果，通过4篇文章对自动驾驶中间做个简单的“科普”，这是第一篇。
一．中间件的定义与作用
1.什么是中间件？
图片摘自公众号“筋斗云与自动驾驶”
（1）有的人认为中间件仅指位于OS内核之上、功能软件之下的那部分组件，为上层提供进程管理、升级管理等服务；而有的人则认为中间件还应包括功能软件和应用软件中间的那部分（参见上图）。按茅海燕的说法，前者是“通用中间件”，而后者是“专用中间件”。本文中提到的“中间件”，若不做专门说明，便特指“通用中间件”。
（2）有一些人提到的自动驾驶中间件，包括了AUTOSAR（又分为AUTOSAR CP和AUTOSAR AP），还有一些人口中的中间件，特指ROS2、Cyber RT、DDS等。
（3）未动科技VP萧猛认为，“中间”一词是相对的，当有多层堆叠的时候，每一层都是其上下两层的中间层，因此，在用“中间件”这个词的时候，我们需要特别指明它究竟位于“哪两层之间”。按萧猛的说法，当我们称 “ROS/ROS2 为中间件”时，其含义与 “AUTOSAR AP为中间件”并不是对等的关系。
(4)Vector产品专家蔡守群说，他理解的中间件，“是给App开发提供功能支撑的，对外是没有功能表征的；但是站在操作系统内核的角度，中间件跟App并没有本质的区别”。
2.中间件的作用
汪浩伟说：“专用中间件原本是应用程序的一部分，只是很多公司做自动驾驶都需要用到，就被抽象出来了。”
那么，它究竟有什么用？
毕晓鹏认为，自动驾驶中间件最主要的作用是：对下，它能够去适配不同的OS内核和架构；对上，它能够提供一个统一的标准接口，负责各类应用软件模块之间的通信以及对底层系统资源的调度。
据毕晓鹏解释，前者，使开发者们无需考虑底层的OS内核是什么，也无需考虑硬件环境是什么，即不仅实现了应用软件与OS的解耦，也实现了应用软件与硬件的解耦；而后者则确保了数据能够安全实时地传输、资源进行合理的调度。
为什么要通过中间件来支持软硬件解耦？毕晓鹏解释道：
我开发一个应用软件，其中很多内容都是与具体应用逻辑无关的，包括数据通信、通信安全、系统资源调度等，比如，有十个进程需要数据交互，完全没有必要在十个程序的软件代码里各自进行实现和配置。针对这种情况，我们就可以把重复的部分抽象成一种服务，单独封成一层东西（这就是中间件），并提供统一的库、接口和配置方法，供上层去调用。这样的话，有一部分人专门去做中间件的，而做上层应用的人也不需要考虑跟底层交互的事情。
举例说，如果要做一个自动泊车系统，它有各个模块或业务逻辑独立的不同软件，在进行通信、数据交互，或者调用底层资源时，只需要中间件的一个接口就可以实现，其他事情不需要考虑，这样开发人员就可以专注于自己的业务逻辑。
又比如，一个摄像头需要感知前面的车道线、红绿灯等，开发人员就专门做红绿灯和车道线检测算法，与外界的数据交互只需要使用中间件的通信服务（例如订阅摄像头信息，发布检测结果），而不必关心数据从哪里来、发给谁。
Nullmax纽劢科技系统平台总监苗乾坤博士在此前的一篇文章中写道：
“芯片算力大幅增长，摄像头像素呈翻倍之势，激光雷达出现在更多新车规划上……没有谁能够断言车上的传感器应该有多少，又或者是将来的汽车还会增加哪些硬件，但所有人都知道硬件的变化将会来得更加猛烈。
“所以我们也可以看到，汽车对软硬件架构的要求也越来越高，既要能满足当下的需求，还要具备相当的前瞻性、兼容性和扩展性，能够支持接下来软硬件升级换代、增减模块的需求。而自动驾驶的中间件，就正是这样一个可以按需调整、满足各样需求的现代温室。
“在早期开发中，中间件可以化整为零，将巨大的软件工程分解成若干小任务，分散解决。在后期应用时，它又可以化零为整，像拼积木一样，根据需求将一个个模块组合成一个整体，严丝合缝。”
在春节前的一场直播中，东软睿驰产品销售总监安志鹏说，在软硬件解耦、模块化管理后，再遇到问题，就不用整个系统都改，只改相对应的部分就行了。这样，软件的可复用程度就极大地提升了，同时，验证的工作量也会减少许多 ，整体开发效率也会因此提升。
相反，没有中间件的话，应用层就得直接调用操作系统的接口，后期要是换了操作系统，应用层的代码和算法可能就要推倒重来。
简言之，中间件通过对计算平台、传感器等资源进行抽象，对算法、子系统、功能采取模块化的管理，并提供统一接口，让开发人员能够专注于各自业务层面的开发，无需了解无关细节。
按东软睿驰产品销售总监安志鹏的说法，搞AUTSOAR这样的中间件，并不是只对OEM有利，“零部件供应商的选择面也大了——应用做好了，下面的软件、芯片可以选好几家供应商的，要比传统的开发模式快很多，因而，零部件供应商也是受益者”。
不过，站在开发者的角度看，中间件的意义也未必全部是正面的。如冯占军博士在《AUTOSAR对基础软件开发是喜还是忧？》一文中就提到了如下两点：
此外，殷玮在一篇文章提到，使用AUTOSAR这样的中间件，Tier 1们应该是很不情愿的，“因为不到增加了成本，还有可能逐步沦为硬件生产商”。但这个也不能说是中间件的锅，在软件定义汽车大大趋势下，这几乎是必然的。
二．常见的基本概念
1. AUTOSAR CP 与 AUTOSAR AP
在所有的中间件方案中，最著名的非AUTOSAR莫属了。
严格地说，AUTOSAR并非特指由某一家软件公司开发出来的某款操作系统或中间件产品，而是由全球的主要汽车生产厂商、零部件供应商、软硬件和电子工业等企业共同制定的汽车开放式系统架构标准。不过，在实践中，各公司基于AUTOSAR标准开发出来的中间件也被被称为“AUTOSAR”。
当前，AUTOSAR可分为Classic Platform和Adaptive Platform两个平台，两者分别被简称为AUTOSAR CP与AUTOSAR AP。
简单地说，AUTOSAR CP主要跑在8bit、16bit、32bit的MCU上，对应传统的车身控制、底盘控制、动力系统等功能，如果涉及到自动驾驶的话，AUTOSAR CP可能无法实现；而AUTOSAR AP主要跑在64bit以上的高性能MPU/SOC上，对应自动驾驶的高性能电子系统。
严格地说，AUTOSAR CP并不只是个“中间件”，它是相当于“OS内核+中间件”的一套完整的“操作系统”。 AUTOSAR CP定义了基本的上层任务调度、优先级调度等。
在基于分布式架构的ADAS功能中，AUOTSAR CP便是最常见的“操作系统”。在AUTOSAR的生态形成后，很多芯片厂商的MCU上标配的就是AUTOSAR CP，主机厂没有什么选择权。
由于分布式架构下的芯片主要是MCU，因此，便有了“AUTOSAR CP主要跑在MCU上”的说法。
在分布式架构下，不同的功能对应着不同的MCU，而每一个MCU上都需要跑一套AUTOSAR CP，若传感器的类型比较多，则仅ADAS相关功能就需要很多套AUTOSAR CP，那怎么收费呢？
常规的做法是：根据MCU的类型来收费——如果MCU是两个异构的MCU，那AUTOSAR CP就按两套来收费；如果MCU是同构的，那AUTOSAR CP就按一套来收费。
随着EE架构从分布式向集中式演进、芯片由MCU向SOC演进，计算量及通信量成数量级地上升，另外，多核处理器、GPU、FPGA以及专用加速器的需求，还有OTA等，都超出了AUTOSAR CP的支持范围。
（图片摘自安志鹏的直播课）
2017年，为更好地满足集中式架构+SOC时代的高等级自动驾驶对中间件的需求，AUTOSAR联盟推出了通信能力更强、软件可配置性更灵活、安全机制要求更高的AUTOSAR AP平台。
需要强调的是，不同于AUTOSAR CP自身已经包含了基于OSEK标准的OS，AUTOSAR AP只是一个跑在Lunix、QNX等基于POSIX标准的OS上面的中间件——它自身并不包含OS。
结合aFakeProgramer于2020年发表在CSDN上的《为什么要用AP？Adaptive AutoSAR到底给企业提供了一些什么？》一文及东软睿驰安志鹏在2022年春节前的一场直播中讲的内容，AUTOSAR CP与AUTOSAR AP最主要的区别有如下几点：
1）.编程语言不同——AUTOSAR CP基于C语言，而AUTOSAR AP基于C++语言；
2）.架构不同——AUTOSAR CP 采用的是FOA架构（function-oriented architecture），而AUTOSAR AP采用的则是SOA架构（service-oriented architecture）；
3）.通信方式不同——AUTOAR CP采用的是基于信号的静态配置通信方式（LIN\CAN...通信矩阵），而AUTOSAR AP采用的是基于服务的SOA动态通信方式（SOME/IP）；
4）.连接关系不同——在AUTOSAR CP中，硬件资源的连接关系受限于线束的连接，而在AUTOSAR AP中，硬件资源间的连接关系虚拟化，不局限于通信线束的连接关系；
5）.调度方式不同——AUTOSAR CP采用固定的任务调度配置，模块和配置在发布前进行静态编译、链接，按既定规则顺序执行，而AUTOSAR CP则支持多种动态调度策略，服务可根据应用需求动态加载，并可进行单独更新。
6）.代码执行和地址空间不同——AUTOSAR CP中，大部分代码静态运行在ROM，所有application共用一个地址空间，而在AUTOSAR AP中，应用加载到RAM运行，每个application独享（虚拟）一个地址空间。
1）.ECU更加智能：基于SOA通信使得AP中ECU可以动态的同其他ECU同其他ECU进行连接，提供或获取服务；
2）.更强大的计算能力：基于SOA架构使得AP能够更好地支持多核、多ECU、多SoCs并行处理，从而提供更强大的计算能力；
3).更加安全：基于SOA架构使得AP中各个服务模块独立，可独立加载，IAM管理访问权限；
4).敏捷开发：Adaptive AUTOSAR服务不局限于部署在ECU本地可分布于车载网络中，使得系统模块可灵活部署，后期也能灵活独立更新（FOTA）；
5).高通信带宽：可实现基于Ethernet等高通信带宽的总线通信；
（图片摘自东软睿驰）
当然了，在某些方面，AUTOSAR AP与AUTOSAR CP相比是有一些“劣势”的。比如，AUTOSAR CP的时延可低至微秒级、功能安全等级达到了ASIL-D，硬实时；而AUTOSAR AP的时延则在毫秒级，功能安全等级则为ASIL-B，软实时。
上述区别也导致了两者应用领域的不同：AUTOSAR CP一般应用在对实时性和功能安全要求较高、对算力要求较低的场景中，如引擎控制、制动等传统ECU；而AUTOSAR则应用在对实时性和功能安全有一定要求，但对算力要求更高的场景中，如ADAS、自动驾驶，以及在动态部署方面追求较高自由度的信息娱乐场景。
尽管AUTOSAR AP有种种优点，但总的来说，它目前还不够成熟——主要是信息安全及UCM等模块不成熟。量产车上装AUTOSAR AP的不少，但主要用在娱乐场景，真正用在自动驾驶场景的还很少。
（图片摘自超星未来）
2.ROS 2
ROS是机器人操作系统（Robot Operating System）的英文缩写，原生的ROS本是机器人OS，并不能直接满足无人驾驶的所有需求，用作自动驾驶中间件的是ROS 2。
ROS 2与ROS 1的主要区别如下：
不过，ROS2的QoQ配置较为复杂，目前主要是国外一些专业的大学或实验室在使用,国内仅有极少数公司在尝试;此外，ROS 2的生态成熟度远不如ROS,这也给推广应用带来了不便。
跟AUTOSAR AP一样，ROS 2也是跑在soc芯片上、用于满足高等级自动驾驶的需求的。不过，萧猛在去年的一批文章中却特别强调：当我们称 “ROS/ROS2 为中间件”时，其含义与 “AUTOSAR AP为 中间件”并不是对等的关系。
萧猛的文章称：
当我们说 AutoSar是中间件时，这个中间件是很明确的 L.BSW层语义，即处于计算机OS与车载ECU特定功能实现之间，为 ECU功能实现层屏蔽掉特定处理器和计算机OS相关的细节，并提供与车辆网络、电源等系统交互所需的基础服务；
ROS/ROS2 是作为机器人开发的应用框架，在机器人应用和计算机OS之间提供了通用的中间层框架和常用软件模块(ROS Package)，而且， ROS团队认为这个框架做得足够好，可以称作操作系统（OS）了。
ROS 2尽管在功能上跟AUTOSAR AP有不少重叠之处，但两者的思路是不一样的：
（1）.从表现形式上看，AUTOSAR AP首先是一套标准，这个标准定义了一系列基础平台组件，每个平台组件定义了对应用的标准接口，但没有定义实现细节，和平台组件之间的交互接口（这些部分留给 AUTOSAR AP供应商实现）；ROS2则从一开始就是代码优先，每个版本都有完整的代码实现，也定义有面向应用标准API接口。
（2）AUTOSAR AP从一开始就面向ASIL-B应用；ROS 2不是根据ASIL的标准设计的，ROS 2实现功能安全的解决方案是，把底层换为满足ASIL要求的RTOS和商用工具链(编译器）。
ROS 2“过不了车规”似乎已成为一个很广泛的行业共识。但在萧猛看来，ROS2本来就不是为实时域设计的，如果一定要把实时性要求高的车辆控制算法运行在 ROS2中，“那是软件设计的错误，而不是ROS2的问题”。
萧猛认为，只要能补齐 L.BSW层所需要完成的所有功能、补齐 A 轴所有切面要求的特性，ROS 2就能用于自动驾驶量产车。如前段时间刚拿到采埃孚等多家巨头投资的Apex.AI公司基于ROS 2定制开发的Apex.OS就已经通过了最高等级的ASIL D认证。
萧猛说：“这实际上是基于 ROS 2的架构去实现一套 AUTOSAR AP 规范。这可以成为一个单独的产品，投入时间+人+钱可以开发出来，只是看有没有必要，值不值得”。
在具体的实践中，ROS 2跟AUTOSAR AP存在直接竞争关系——尽管对用户来说，并不存在严格意义上的“二选一”问题，但通常来说，若选了ROS 2，就不会选AUTOSAR AP了；若选了AUTOSAR AP，就不会选ROS 2了。
3. CyberRT
Cyber RT是百度Apollo开发出来的中间件，在Apollo 3.5中正式发布。Cyber RT和ROS2是比较像的， 其底层也是使用了一个开源版本的DDS。
百度最早用的是ROS 1,但在使用的过程中逐渐发现了ROS 1存在“若ROS Master出故障了，则任何两个节点之间的通信便受到影响”的问题，所以就希望使用一个“没有中间节点”的通信中间件来代替ROS 1，那时还没有ROS2，所以自己去做了一个Cyber RT。
（图片出处：https://blog.csdn.net/xhtchina/article/details/118151673）
其相对于其他系统，Cyber RT的一大优势是，专为无人架驶设计。百度已将Cyber RT开源，某互联网巨头的自动驾驶团队使用的中间件便是百度开源出来的Cyber RT。
Cyber RT跟ROS 2之间也存在竞争关系。
在谈到AUTOSAR AP、ROS 2与Cyber RT这些中间件的关系时，Vector产品专家蔡守群的解释是：
“不需要很机械地去分类，你可以把AUTOSAR AP, ROS和Cyber RT都想象成一个提供一组中间件的超市，用户可以按需从不同的超市购买，并不是说从一个超市买过一个中间件，就不能从其他超市买了。
蔡守群说：AUTOSAR AP中也包含了对ROS接口的支持。说不准哪天ROS和Cyber RT就会加入AUTOSAR AP的组件，或者 AUTOSAR AP会引入Cyber RT的组件。
4.DDS（通信中间件）
（1）什么是DDS？
在自动驾驶领域，中间件的功能涉及到通信、模块升级、任务调度、执行管理，但其最主要的功能就是通信。当前市场上，无论是Cyber RT还是 ROS，基本上90%的功能就是通信，狭义上说就是通信中间件。
DDS能够实现低延迟、高可靠、高实时性的数据融合服务，能够从根本上降低软件的耦合性、复杂性，提高软件的模块化特性。高等级自动驾驶现在基本上都在探索依靠DDS来解决异构通信、低时延等CP解决不了的挑战。
融合了DDS的汽车软件能够更好地运行在下一代汽车的体系架构中，更能降低开发的成本、缩短研发的时间，更快地将产品推向市场。
（2）DDS与ROS 2、AUTOSAR AP之间的关系
ROS 2和Cyber RT的底层都使用了开源的DDS，将DDS作为最重要的通信机制。但也有自动驾驶公司的工程师认为，DDS可以起到替代ROS 2的作用，站在用户的角度看，两者之间其实存在“二选一”的关系。
AUTOSAR CP里一直没有包含跟DDS有关的东西，但AUTOSAR AP在 2018年3月的最新版（版本18-10）里开始支持DDS标准。将DDS与AUTOSAR AP结合使用，不仅可以保证和扩展AUTOSAR AP系统内部互操作性的功能，而且还可以将其开放给来自不同的生态系统（即ROS 2）。
从工程角度来看，将AUTOSAR和DDS结合起来的最大优势是，功能域和网络拓扑不再是对手，而是车辆中的盟友。网络拓扑结构能够更好地适应车辆的物理约束，功能域在物理车辆的顶部提供了一个灵活的覆盖层，这就是所谓的分区体系结构。
当然，DDS仅是通信中间件的一种。关于各类通信中间件之间的异同，我们将在本系列的第二篇做更详细的阐释。
三．AUTOSAR AP的地位正在弱化？
尽管AUTOSAR是当下最有名的自动驾驶中间件，但《九章智驾》在对诸多中间件厂商们的调研中得出一个结论：AUTOSAR在产业链中的地位可能正在弱化。 当然了，那些专注于AUTOSAR系统的厂商们并不认同这一观点。
我们在上文已经提到，随着EE架构从分布式向集中式演进、MCU被SOC取代，CP AUTSAR被AUTOSAR AP、ROS 2和Cyber RT等取代已是大势所趋，在下文，我们主要谈的是“AUTOSAR AP的地位会不会弱化”。
2021年12月中旬，两家AUTOSAR发起公司大陆集团、丰田联合采埃孚、捷豹路虎、沃尔沃、海拉等多家汽车行业龙头企业宣布投资车载操作系统初创公司Apex.AI，而Apex.AI的主力产品Apex.OS则是基于ROS 2发展起来的。
拿到了Apex.AI公司15%股权的采埃孚方面在接受媒体采访时说：“这意味着，我们可以为客户提供AUTOSAR AP的替代方案。”
尽管AUTOSAR AP已经有了标准，但还没有落地。安波福、采埃孚、大陆这些公司提供的方案，仍然是基于AUTOSAR CP标准的接口。事实上，越来越多的OEM不太想完全用AUTOSAR去解决智能驾驶操作系统的问题。
不仅特斯拉没有用AUTOSAR AP,国内的几大造车新势力也没有用(他们用的是AUTOSAR CP+DDS)。甚至，连一些正在转型的传统车企也没打算用AUTOSAR AP。
从产业链中各方的反应来看，AUTOSAR AP“地位不稳”的原因主要有以下几个：
1．使用成本太高
冯占军博士在《AUTOSAR对基础软件开发是喜还是忧？》一文中透露，AUTOSAR的费用通常是“几百万起”，并且，针对不同的域控制器、不同的芯片需要“重复收费”，一般小厂根本吃不消。“可能还没有什么产出，几百万就花出去了”。
除购买成本高外，毕晓鹏和萧猛都提到，AUTOSAR前期的学习难度很大、学习成本也非常高。为了学会如何使用AUTOSAR,企业甚至不得不专门培训一批人,如果受培训的人临时离职了，那培训费用就打了水漂。
2.效率不高
毕晓鹏认为，AUTOSAR AP的配置非常多，它是通过配置加上一部分代码去实现自己的功能，但配置多了之后，效率不高，而且代码臃肿。
3.静态部署与动态部署的理念冲突
毕晓鹏博士提到，AUTOSAR AP其实是从AUTOSAR CP发展而来的，AUTOSAR CP是静态部署，只适用于相对简单的业务逻辑和功能，其代码是固化的，有点像以前的功能手机——功能无法改变，不可能往里面再加一个APP；但AUTOSAR AP有点像现在的智能手机，软件开发人员开发一个APP，跨平台就可以用不同手机上了，这种动态部署的理念和之前的静态部署概念不甚相同，而其方法论却是基于静态部署衍生而来的，因此在实践层面会遇到不少问题。
4.无法满足智能网联的需求
由于云端跟车端所使用的操作系统不一样，AUTOSAR只能负责车内的通信，不能支持车端到云端的通信，因而无法支持车路协同场景（车端跟云端的通信，是通过MQTT、kafka等中间件来实现的）。除此之外，AUTOSAR能否兼容车辆网联化中需要用到的数据平台、通信平台和地图平台，也存在很大的疑问。
毕晓鹏说，在发现了这些问题后，有一些OEM开始逐渐放弃AUTOSAR架构，“转而自己去研发一套更适合动态部署、成本较低的新型软件架构”。
传统车厂是从使用CP过来的，所以在惯性上，他们可能还会考虑AP是否适合智能驾驶，但慢慢地也在尝试转型。如奥迪和TTTech合作做的通信中间件——zFAS，也没有采用AP。
不同于AUTOSAR CP已经是非常标准化的东西，大家用起来没什么问题，AUTOSAR AP现在的标准也不是很完善，每年也在更新，具体AP能发展成什么样，这个谁也不知道，大家更多也是观望的态度。
毕晓鹏认为，AUTOSAR标准并不能很好地支撑自动驾驶应用和创新的发展，因此，我们有必要建立一套更适合中国智能驾驶发展、且自主可控的技术架构和生态体系。
萧猛认为，由于从AUTOSAR CP到AUTOSAR AP一脉相承，一些已经对AUTOSAR形成路径依赖的公司会坚持使用AUTOSAR AP,但在经历过招人难、开发周期长等教训之后，他们有可能转向ROS 2。
当然，以AUTOSAR为主业的公司，显然不会认可上述“涉嫌唱衰”AUTOSAR AP的观点的。
比如，Vector蔡守群就认为，AUTOSAR AP只会越来越重要，因为它是顺应车载技术不断发展的一套规范，覆盖面会越来越广。
东软睿驰茅海燕也认为，要将整车域控制器和智驾域控制器合并到统一的中央计算平台上，没有AUTOSAR AP的支持很难搞定。“不是每家公司都能像特斯拉一样自己从头搭建系统的，目前,最好的工具还是AUTOSAR AP”。
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