背景介紹

谷歌創(chuàng)立的開放手機聯(lián)盟(OHA)已走過七個春秋，該聯(lián)盟已經(jīng)讓安卓 (Android) 操作系統(tǒng)更容易被手機開發(fā)商所利用。在其成立后的相當短的時間內，安卓平臺已經(jīng)發(fā)展成為主流智能手機和平板操作系統(tǒng)，目前開始出現(xiàn)在汽車和工業(yè)應用等拓展市場。蘋果 (Apple) 的iOS和微軟的Windows CE等與之競爭的操作系統(tǒng)正在失去市場份額，基于安卓系統(tǒng)的設備則取而代之。事實上，可下載的有用的安卓應用的數(shù)量已經(jīng)增長到近110萬個(數(shù)據(jù)來源：AppBrain 2014年1月)。

基于安卓系統(tǒng)的消費電子設備用戶還希望可以在開車或乘車時使用他們的應用程序和設備功能。對于想要實現(xiàn)基于安卓系統(tǒng)的車載信息娛樂系統(tǒng)設計師來說，這里有多種途徑，例如對安卓操作系統(tǒng)進行全面定制后直接加載到芯片平臺(裸機)上，或者將智能手機與汽車的基礎架構簡單鏈接。本文將對這些途徑及其利弊進行介紹。

車載安卓智能設備

最近，谷歌在拉斯維加斯2014年國際消費類電子產(chǎn)品展覽會 (2014 International Consumer Electronics Show) 上宣布，開放汽車聯(lián)盟 (OAA) 的使命是使安卓平臺應用于汽車。除了谷歌以外，開放汽車聯(lián)盟的創(chuàng)始成員包括奧迪 (Audi)、通用 (GM)、本田 (Honda)、現(xiàn)代 (Hyundai)和nVidia。其他廠商預計也將相繼加入開放汽車聯(lián)盟，但是關于安卓平臺將如何用于汽車的細節(jié)尚處于討論階段。一些制造商，例如起亞 (Kia) 和雷諾 (Renault)，已經(jīng)將定制的安卓系統(tǒng)加載于量產(chǎn)汽車上，并使其自身精心管理的安卓應用庫可在車內使用。下表概括了智能手機安卓系統(tǒng)的現(xiàn)有功能和車載安卓系統(tǒng)必備功能之間的差別。

表1：與安卓智能手機相比車載安卓的潛在要求。

如果開放汽車聯(lián)盟建立了一個共同的安卓基礎平臺，現(xiàn)有的實現(xiàn)方法可能很快就可以發(fā)揮作用，因為任何經(jīng)過谷歌批準的新安卓操作系統(tǒng)無疑會降低維護和支持成本。與早期安卓版本和車載設備的兼容性將是一個重要特征，同時也將是開放汽車聯(lián)盟首要關注的問題。在整車使用壽命期內，車主不可能像智能手機用戶那樣頻繁升級車載軟件。谷歌大約每隔九個月發(fā)布一次新安卓版本(圖1)，而安卓4.4“KitKat” 版本正處于量產(chǎn)過程中。智能手機市場的各個安卓版本都未能存活很長時間。相比之下，這些版本很可能作為內置汽車配置使用較長時間。

圖1 ：安卓版本及其分布 整合安卓智能設備

考慮到安卓的普及性，駕駛員或乘客人人擁有一部安卓智能設備的情況是極有可能發(fā)生的。在理想情況下，這樣的設備將可以方便地連接到汽車基礎架構的某些部件上，可能有多種連接形式，整合深度取決于使用情況。在最簡單的整合形式中，用戶喜歡在駕車時給自己的智能手機充電，而每部汽車都有一個用于連接 USB充電器的12V配件。較復雜的是內置藍牙配對套件，它可以讓智能設備的音樂通過車內音響系統(tǒng)進行播放。大多數(shù)新款汽車現(xiàn)在都有這個功能(圖2)。

圖2：與實施成本有關的智能設備集成水平。

不斷涌現(xiàn)的新標準正在提升車內設備集成水平。汽車連接聯(lián)盟(Car Connectivity Consortium， CCC)(http://www.mirrorlink.com) 自成立起就致力于推動設備集成標準的確立，使在車載信息娛樂主機上遠程管理和顯示加載于智能手機的應用成為可能。汽車連接聯(lián)盟已經(jīng)規(guī)定使用通用即插即用 (UPnP) 裝置控制車載應用的存取。另一項標準 -- 虛擬網(wǎng)絡計算 (Virtual Network Computing， VNC) 讓智能手機顯示屏上顯示的信息得以復制到作為瘦客戶機的信息娛樂主機上。然后，該應用可以在智能手機上運行，但在信息娛樂主機上能夠被看到。

電子設計自動化技術的領導廠商 Mentor Graphics近日發(fā)布一份題為《車載安卓系統(tǒng)的實施方案和注意事項》的研究報告。

目前，大多數(shù)集成都是通過USB連接線完成的，但是這種途徑顯得笨拙且不可靠。一些車載信息娛樂主機現(xiàn)在擁有Wi-Fi功能，因此現(xiàn)在有了另外一種智能設備集成途徑。

集成智能設備也可以為信息娛樂主機提供漫游3G/4G/LTE連接。這提供了一種替代內置無線調制解調器的廉價選擇，以及多種單獨的資費和數(shù)據(jù)套餐。

無論是成本還是集成規(guī)模，汽車OEM廠商奧迪均處于高端水平，該公司已經(jīng)推出一款專為車內使用設計的專用10.2英寸的平板設備。“奧迪平板電腦” 有權訪問專門的應用商店，并可以通過Wi-Fi連接車輛的導航和信息娛樂系統(tǒng)。這種方法的優(yōu)點在于移動設備解決方案處于嚴格管理下并經(jīng)過高度集成，與軟硬件整合的品質極高。 與安卓系統(tǒng)兼容的架構

安卓系統(tǒng)與車輛整合的其他途徑是利用靈活但安全的多域軟件架構。這些途徑包括將安卓系統(tǒng)設置為GuestOS，或者設置到現(xiàn)有操作系統(tǒng)之上(例如以Linux Container方式)，或者設置為與另一個操作系統(tǒng)并行的GuestOS(圖3)。

在Linux Container (LXC)技術的支持下，安卓客戶端的資源、訪問控制和安全由主機Linux操作系統(tǒng)管理。對于關注安卓安全的系統(tǒng)設計師來說，這是一種在標準Linux 平臺上很好地提供安卓應用訪問權限以及運行其他系統(tǒng)功能的方式。多核片上系統(tǒng)(SoC) 平臺使這個架構更具吸引力，因為足夠多的Linux和安卓域資源可以讓它們同時有較好的表現(xiàn)。除了中央處理器 (CPU)資源，內存、圖形處理資源和其他外圍設備都可以實現(xiàn)共享。兩個域的輸出可以重組為一個共同的人機界面 (Human Machine Interface， HMI)，從而使用戶能夠從兩個域中選擇功能。

圖3：Linux Container內的安卓系統(tǒng)，支持前后車輛功能。

為了在LinuxContainer內運行安卓系統(tǒng)，必須對支持該Container的Linux內核進行一些修改。在典型的使用情況下，在前端屏幕上有信息娛樂控制器去控制后座安卓的顯示。支持安卓顯示的硬件資源，如通過 USB 輸入的觸摸屏信息、音頻和圖形，需要虛擬化，然后提供給使用后顯示器的用戶。這將有助于盡可能在車上重現(xiàn)“消費電子設備”的體驗。

音頻資源需小心加以管理：前座信息娛樂用戶將需要訪問導航命令、電話呼叫、系統(tǒng)警告、多媒體播放器等，還可以優(yōu)化聲道和靜音。在后座用戶使用的是單聲道，可用于欣賞音樂/娛樂用途。

Linux Container的替代方法是使用完全嵌入式虛擬機管理程序，它可以管理可用的SoC硬件資源，并將其分配給多個域/操作系統(tǒng)。虛擬機管理程序經(jīng)過配置后可以精確管理哪些資源是GuestOS，安卓、Linux、AUTOSAR或其他操作系統(tǒng)可用的，并允許域之間進行一些通信。Mentor Graphics 最近展示了一款混合域系統(tǒng)，其中的AUTOSAR數(shù)據(jù)來自車載電子控制單元 (ECU)，這些AUTOSAR數(shù)據(jù)被送入運行于單一硬件平臺上的數(shù)字儀表板及信息娛樂系統(tǒng)內(圖4)。

圖4：帶有運行于單一SoC的AUTOSAR、儀表板和信息娛樂系統(tǒng)的混合車輛操作系統(tǒng)。

結論

安卓已經(jīng)蔚然成風。越來越多的智能設備用戶希望能在車內訪問安卓應用程序。制造商擁有多種實施方案，在成本、集成程度和功能上有多個層次可選。谷歌的開放汽車聯(lián)盟和汽車連接聯(lián)盟推廣集成設備的倡議等標準化努力將進一步加快車載安卓系統(tǒng)的發(fā)展。這些解決方案的供應商既要謹慎行事以覆蓋廣泛的 Android APP選擇，還要保持車內計算系統(tǒng)的安全性和完整性。汽車現(xiàn)在已經(jīng)為被歸類為消費電子設備做好了準備嗎?我們重新定義“移動設備”的日子不會很久遠。