2023年车载模组技术发展白皮书.pdf

车载模组技术发展白皮书 （2023年）中国移动通信研究院 中国移动 车载模组技术发展白皮书（2023）目 录 1 概述.1 1.1 发展现状.1 1.2 发展趋势.2 2 应用场景.3 2.1 数据传输类场景.3 2.1.1 车辆数据采集.3 2.1.2 OTA升级.4 2.2 智能座舱类场景.4 2.2.1 超高清视频场景.4 2.2.2 沉浸式场景.5 2.3 智能驾驶类场景.5 2.3.1 出行服务类场景.6 2.3.2 交通管理类场景.6 2.3.3 安全预警类场景.6 2.3.4 监控遥控类场景.7 2.3.5 协作通行类场景.7 3 关键技术和能力.8 3.1 通信技术.8 3.1.1 Uu蜂窝通信技术.8 3.1.2 PC5直连通信技术.8 3.1.3 网络质量保障.9 3.1.4 通信安全.9 3.2 业务能力.10 3.2.1 计算能力.10 3.2.2 定位能力.11 3.2.3 双机互联.12 3.3 硬件接口.12 中国移动 车载模组技术发展白皮书（2023）3.4 软件架构.13 3.4.1 操作系统.13 3.4.2 虚拟化技术.14 3.4.3 中间件.15 4 测试认证.15 5 总结与展望.16 缩略语列表.18 参考文献.20 参编单位及人员.22 中国移动 车载模组技术发展白皮书（2023）1 1 概述 车载模组是将芯片、存储器、功放器件等集成在一块线路板上，并提供标准接口的功能模块。车载模组作为汽车的关键底层硬件之一，是连接智能网联汽车感知层与应用层的关键环节。近年来，随着车联网行业的快速发展，智能网联汽车渗透率快速增长，车载模组需求加速释放，市场规模迅速上升。在汽车EEA（电子电气架构）升级和芯片技术进步的驱动下，车载模组由原来的单一通信模组，向智能化、融合化发展，以满足车联网数据传输、智能座舱、智能驾驶等应用需求。1.1 发展现状 车联网是实现智能网联汽车、智能交通系统的核心技术之一。当前，车联网行业加速发展，智能网联汽车渗透率快速增长。据中国汽车工业协会数据，2022年，中国汽车产销量分别为2702.1万辆和2686.4万辆，其中新增网联汽车超1600万台，网联率超60%。图图 2-1 中国汽车销量及网联率情况预测中国汽车销量及网联率情况预测 智能网联汽车的发展，推动车载模组需求加速释放，市场快速增长。据中信证券统计数据，全球前装车载蜂窝通信模组市场规模，2021年约为98亿元，2025年将达到293亿元；中国前装车载蜂窝通信模组市场规模，2021年约为34亿元，2025年将达到153亿元。2022年起，5G车载模组成为了车载蜂窝通信市场增长的主要驱动力。中国移动 车载模组技术发展白皮书（2023）2 图图 2-2 中国及全球车载模组市场规模（亿元）中国及全球车载模组市场规模（亿元）在产业方面，国际车载模组厂商起步早，曾经占据全球车载模组市场的主导地位。近年来，国内模组厂商快速崛起，技术实力不断提升，市场份额持续扩大。移远、广和通、高新兴、美格智能、芯讯通、中信科智联、中兴通讯、阿尔卑斯阿尔派等模组厂商结合自身优势，匹配不同业务需求，陆续推出车载通信模组、车载智能模组，逐渐被汽车企业选择。车载模组市场分为前装市场和后装市场。前装市场中，自2020年开始，基于Uu和PC5通信技术的量产车型陆续推出，以支持智能驾驶、智能座舱等应用。从通信模式上看，虽然4G车载模组仍是车企选择的主流，但其目前主要应用于中低端车型；自2020年起5G车载模组逐渐起量，市场份额有望持续提升。后装市场方面，基于Uu车载模组的智能后视镜等后装车载产品，可支持地图、导航、红绿灯信息推送、交通事件提醒等车联网应用，有效提高了车联网的渗透率。1.2 发展趋势 伴随汽车电动化、网联化、智能化的发展，汽车电子电气架构由分布式向域集中甚至高度集成的整车集中式架构演进，智能驾驶、座舱、车身等功能域呈现计算平台融合的发展趋势。作为车载平台核心之一的车载模组，正逐步向融合化、智能化方向演进，逐渐出现车载通信模组、车载智能模组、车载全能模组等形态，以满足汽车行业的不同需求。车载通信模组主要提供通信连接服务，可应用于T-Box、V-Box、车载网关、中国移动 车载模组技术发展白皮书（2023）3 OBU、OBD等车载终端。车载智能模组，除具备基本通信能力外，还集成了主控芯片和存储等单元，支持Android、Linux等操作系统，拥有较强大的处理能力、计算能力和丰富的接口，具备高分辨率显示屏驱动、摄像头驱动等娱乐中控一体化能力，可支持多屏异显、车机互联、沉浸式导航等应用。车载全能模组，主要面向未来的域集中、整车集中式EE架构，基于多SoC甚至单SoC芯片方案，进一步提升车载模组的处理能力及计算能力，具备支持智能网联汽车数据的感知、通信、计算等全方位能力，实现智能座舱和智能驾驶等一体化应用。2 应用场景 当前，智能化和电动化颠覆了汽车的固有形态，网联化则帮助汽车获得交通信息，更好地融入交通系统。汽车的变革衍生出车载娱乐、智能驾驶等新的应用场景。按照服务对象和服务内容的不同，我们将智能网联汽车应用场景分为面向车企的数据传输类场景，以及面向个人的智能座舱类和智能驾驶类场景。三类场景对车载模组的通信、算力、安全、定位等需求各有不同。2.1 数据传输类场景 2.1.1 车辆数据采集 智能网联汽车数据包含车辆的状态信息、用户行为以及各种应用场景相关的特征数据，这些特征数据从车辆采集后上传至云端，以便由汽车企业为用户提供车辆状态检测、监测、故障分析等服务；同时随着高级别自动驾驶车辆的出现，更多脱敏数据（如服务接口数据、结构化数据、非结构化传感器原始数据等）有望被采集，用作大数据分析、自动驾驶功能训练等用途。车辆数据采集的能力需求如表 2-1所示。表表 2-1 汽车数据采集的能力需求汽车数据采集的能力需求 业务应用 主要场景 端到端时延 （ms）可靠性 （%）定位精度（m）车辆数据采集 远程车辆状态监控（故障信息）30,000 99.99 1.5 中国移动 车载模组技术发展白皮书（2023）4 2.1.2 OTA升级 OTA升级通过无线网络下载远程服务器上的升级包，从而对汽车系统或应用进行升级的技术。一般来说，OTA分为三类，一种是FOTA（固件在线升级），指的是给一个车辆设备、ECU（电子控制单元）闪存下载完整的固件镜像，或者修补现有固件、更新闪存。第二种是SOTA（软件在线升级），指的是对操作系统、地图等应用程序进行更新升级。第三类是COTA（配置在线升级），付费购买服务后，通过OTA方式打开车辆上某项功能权限。OTA升级的通信需求如表 2-2 所示。表表 2-2 OTA升级的通信需求升级的通信需求 业务应用 主要场景 网络带宽（Mbps/单用户）端到端时延（ms）可靠性（%）OTA升级 娱乐系统升级、智能驾驶功能升级 上行带宽:200Mbps 100 90 下行带宽:500Mbps(信息更新200Mbps+地图更新300Mbps)2.2 智能座舱类场景 智能座舱主要包括座舱内饰和座舱电子领域，以及HMI（人机交互）系统。智能座舱对图像、语音等数据进行采集，上传至云端进行处理、计算，为用户提供场景化服务，增加座舱的安全性、娱乐性和实用性。智能座舱的终极形态，将是通过语音交互、机器视觉、触觉监控等多模态交互方案，实现车内感知计算，成为集家庭、娱乐、工作、社交为一体的“智能移动空间”。典型的智能座舱类场景包括超高清视频、沉浸式场景等。2.2.1 超高清视频场景 超高清视频指分辨率在4K（3840*2160）以上的视频。画面帧率、抽样比、压缩比、码率均会影响到用户的体验，如色彩丰富性、画面生动性等。超高清视频场景的通信需求如表 2-3所示。中国移动 车载模组技术发展白皮书（2023）5 表表 2-3 超高清视频的通信需求超高清视频的通信需求 业务应用 主要场景 网络带宽（Mbps/单用户）端到端时延（ms）可靠性（%）超高清视频 超高清视频 50 60 250 20 99 2.3 智能驾驶类场景 智能驾驶不仅能提升用户驾驶体验，有效减少人类驾驶员因疲劳驾驶等引起的事故，而且还为人类出行与智慧交通带来极大的变化。目前，无锡、上海、苏州等地已实现部分开放道路、封闭/半封闭园区的智能化升级改造，配备高精度地图和北斗高精度定位系统，搭建数字交通平台，构建完善的集车、路、网、云、图于一体的生态体系，实现出行服务、交通管理、安全预警、监控遥控等中国移动 车载模组技术发展白皮书（2023）6 智能驾驶类场景。2.3.1 出行服务类场景 出行服务类场景为用户的智能出行提供交通信息、路面信息等服务，帮助用户获得更好的出行体验。典型的出行服务类场景包括闯红灯预警、道路危险状况提示、限速预警等交通信息提醒服务。出行服务类场景的业务需求如表 2-5所示。表表 2-5 出行服务类场景的业务需求出行服务类场景的业务需求 业务 应用 主要场景 车速范围（km/h）通信距离（m）数据更新频率（Hz）端到端时延（ms）定位精度（m）出行 服务 闯红灯预警 070 150 5 100 1.5 道路危险状况提示 0130 300 5 100 1.5 限速预警 0130 300 1 100 1.5 2.3.2 交通管理类场景 交通管理类场景为城市交通管理者提供交通管理辅助信息和管理建议，帮助提升城市交通通行安全及效率。典型的交通管理类场景包括浮动车数据采集、动态车道管理、基于大数据的红绿灯配时优化等。交通管理类场景的业务需求如表 2-6所示。表表 2-6 交通管理类场景的业务需求交通管理类场景的业务需求 业务应用 主要场景 车速范围（km/h）端到端时延（ms）通信范围（m）定位精度（m）交通管理 浮动车数据采集 0120 500 200 1.5 动态车道管理 070 100 200 1.5 基于大数据的红绿灯配时优化 0120 100-1.5 2.3.3 安全预警类场景 安全预警类场景主要借助车联网帮助智能驾驶车辆提前获取安全预警信息，提高驾驶员及车辆对危险的感知能力，降低发生事故的风险。典型的安全预警类场景包括交叉路口碰撞预警、左转辅助等。中国移动 车载模组技术发展白皮书（2023）7 安全预警类场景的业务需求如表 2-7所示。表表 2-7 安全预警类场景的业务需求安全预警类场景的业务需求 业务应用 主要场景 端到端时延（ms）可靠性（%）通信范围（m）定位精度（m）安全预警 交叉路口碰撞预警 100 99.9 150 1.5 左转辅助 100 99.9 150 1.5 2.3.4 监控遥控类场景 监控遥控类场景主要借助车联网实现对车辆状态等的监控以及对车辆的远程控制。典型的监控遥控场景包括病患乘车监控、远程遥控驾驶等。监控遥控类场景的业务需求如表 2-8所示。表表 2-8 监控遥控的业务需求监控遥控的业务需求 业务 应用 主要场景 网络带宽（Mbps/单用户）端到端时延（ms）可靠性（%）定位精度（m）监控 遥控 病患乘车监控 15 Mbps（视频）64 kbps（语音）1 Mbps（病人监测数据）150 视频/语音：99 数据：99.999 -远程遥控驾驶 上行带宽：60-64Mbps（4路视频+目标信息）上行：100 上行：99 0.1 下行带宽：400 kbps 下行：20 下行：99.999 2.3.5 协作通行类场景 协作通行类场景主要借助车辆与车辆间、车辆与路侧设施之间的协作实现安全通行。典型的协作通行场景包括协作式变道、协作式汇入、协作式交叉口通行等。协作通行类场景的业务需求如表 2-9所示。表表 2-9 协作通行类场景的业务需求协作通行类场景的业务需求 业务 应用 主要场景 车速范围(km/h)通信距离(m)数据通信频率(Hz)端到端时延（ms）侧向精度(m)移动方向精度(m)协作 通行 协作式变道 0120 200 10 50 0.5-协作式车辆汇入 0120 300 10 50 0.5 1 协作式交叉口同行 070 200 10 50 1-中国移动 车载模组技术发展白皮书（2023）8 3 关键技术和能力 3.1 通信技术 车联网通信技术包含Uu蜂窝通信技术和PC5直连通信技术。Uu蜂窝通信技术主要指借助于运营商的4G和5G网络实现智能网联和智能驾驶的能力，其具有部署成本低、覆盖广等优势。PC5直连通信技术是通过广播等方式实现的通信方式，相比Uu蜂窝通信技术，在车车之间通信具有低时延等特点。3.1.1 Uu蜂窝通信技术 Uu蜂窝通信技术从1G发展到现在的5G，经历了从语音业务到高速宽带数据业务的飞跃式发展。当前Uu蜂窝通信技术主要指4G和5G，目前5G网络已基本实现全国主要地区的覆盖。同时，5G具有高速率、低时延、广覆盖、低成本等优势，可以更好满足智能网联汽车的数据传输、智能座舱及智能驾驶的需求。5G网络切片具有“网络功能按需定制、自动化、业务安全隔离”的典型特征，能够将物理网络切割成多个虚拟的端到端网络，每个虚拟网络切片都可以获得独立的网络资源，且各切片之间相互隔离。为满足车联网和智能网联汽车的多种业务场景的差异化需求，在车联网应用中引入5G切片技术，提供更智能的网络资源和更可靠的安全隔离，适配不同的车联网应用。随着5G商用的发展，5G车载模组日渐成熟，目前已在部分高端车型应用。随着5G模组产业的发展，5G车载模组将占据越来越高的比重，发挥更大的作用。3.1.2 PC5直连通信技术 PC5直连通信技术包括基于LTE的LTE-V2X直连通信技术以及基于5G的NR-V2X直连通信技术。目前LTE-V2X直连通信技术已集成在部分车载模组中，但产业界尚无支持NR-V2X直连通信的芯片。LTE-V2X直连通信技术通过广播的方式实现车车、车路之间的低时延通信。中国移动 车载模组技术发展白皮书（2023）9 根据资源分配方式，LTE-V2X直连通信分为基站资源分配模式（Mode3）和用户设备自主资源选择模式（Mode4）。在Mode3中，基站集中调度UE的数据传输资源，由于基站可以获得比UE感知范围更广的资源占用信息，可以很好地避免资源冲突问题。此外，通过基站的集中调度，数据传输的可靠性和效率也可以得到提升。在Mode4中，UE自主分配数据传输资源，不通过基站调度，避免了基站调度的信令开销，满足车联网业务低时延的需求。3.1.3 网络质量保障 车联网具有高移动性、业务类型多、业务连续性要求高等特点，对通信网络的服务质量保障有较高需求。对车联网用户来说，网络质量保障是提供高质量网络服务的基础，在车联网应用落地和规模商用中发挥关键作用。为了满足车联网业务网络质量的需求，业界加紧研究端到端的网络质量保障方案，为用户提供更好的服务。车联网网络质量保障通常包括“感知/监测、分析、决策、执行”等流程。在“感知/监测”流程中，可以在车侧引入网络质量探针，采集车载终端的设备状态、网络状态、业务质量等关键指标，对端侧数据和网络侧数据进行联合处理，使面向用户感知的网络质量保障更为完善。在“分析”和“决策”流程中，可以引入轻量化运维等技术，以网络质量探针数据为核心，辅以随流监测、业务模拟拨测、分段拨测等方案，实现网络健康度评估、终端掉线以及网络/业务质量差等常见故障的粗定界和初定位，加快网络故障响应的速度。在“执行”流程中，面向车联网业务在时延、带宽和确定性等方面的差异化网络需求，引入网络切片、QoS保障等关键技术，实现低时延、大带宽、高可靠性的网络性能保障。3.1.4 通信安全 当前，车辆通信安全风险日益突出，主要存在假冒网络、假冒终端、数据窃听、信息伪造/篡改/重放、隐私泄露等安全风险。Uu蜂窝通信技术采用3GPP中国移动 车载模组技术发展白皮书（2023）10 定义的安全架构与机制，安全性主要通过蜂窝网的现有安全机制来保障。PC5直连通信以广播方式发送交互的消息，保证消息的安全性是安全实现车联网应用的基本前提。为了确保PC5直连通信中消息的真实性、内容的完整性，目前国内外标准组织普遍采用数字证书通过数字签名/验签的方式，对消息进行保护。为了实现上述机制，车载模组中通常预置HSM（硬件安全模块），或利用现有的USIM卡作为存储介质，以安全的方式完成密码公私钥对、数字证书等敏感参数的初始配置，并存储于HSM或USIM中。该过程对设备的生产环境有着较为严格的安全要求，给车企或车载模组生产厂家带来了挑战。GBA（通用认证机制）是3GPP组织定义的一种网络安全标准解决方案，已被5GAA(5G汽车协会)标准组织采纳，成为安全数据初始配置方案之一。基于GBA的车联网数字证书在线申请和下载，是基于USIM卡中的根密钥以及蜂窝网对外提供的GBA安全认证能力，与CA服务平台对接，在设备与CA服务平台之间建立起最为初始的安全关联及安全通信通道，实现数字证书等安全数据的在线申请及下载，并存储于HSM或USIM卡中。基于GBA的解决方案能够有效降低车企或模组生产企业对生产环境的安全改造成本，是现有基于生产线安全预配置方案的有效补充，满足部分车企或供应商快速部署实现生产安全性的需要。3.2 业务能力 3.2.1 计算能力 随着人工智能技术在汽车智能驾驶与智能座舱的感知、交互等应用逐渐丰富，车载算力成为整车技术与产品智能化的核心驱动之一。车载模组计算能力逐步提升，未来有望承担车载计算平台的角色，为智能驾舱提供算力基础。面向域集中式甚至整车集中式EE架构，车载模组的算力主要应用于视觉建模、自然语言处理、传感器数据感知、智能交互、机器学习等算法，同时提供简单易用的神经网络优化算子，并通过蜂窝网络高速率传输，与云端相结合，打造更好的情景感知、更高层级的自然交互与更个性化的驾乘体验。中国移动 车载模组技术发展白皮书（2023）11 目前车载模组的综合算力已超过14Tops，伴随智能网联汽车的持续迭代升级，车载模组算力需求将持续增长。存算一体等技术是突破算力瓶颈的关键技术，未来有望引入车载芯片和模组中，提升计算效率、降低功耗，满足智能网联汽车日益增长的算力需求。3.2.2 定位能力 定位技术是支撑车联网应用的关键技术之一，多数车联网应用需依赖车辆的定位信息，定位准确度会直接影响应用呈现的效果，如高等级智能驾驶，较大定位误差甚至会影响行车安全。车辆定位技术的重要性与日俱增。车辆定位通常包含GNSS（全球导航卫星系统）、惯性导航等技术，通过卫星可以提供全局定位信息，惯性导航则可以提供不依赖于环境的定位信息。两者取长补短、互相配合，共同构成车联网定位系统。现阶段，大部分车载模组支持卫星定位技术，部分模组支持惯性导航技术。在卫星定位方面，传统卫星定位实现简单且成本低，但其精度受到诸多因素的影响，如卫星信号穿过对流层、电离层时发生的折射，遇到建筑物时的反射等。目前常用差分定位法来提升定位精度，其中最常用的为RTK（实时动态差分）技术，对覆盖在一定范围内的多个基准站的同步观测数据进行处理，生成差分数据并通过通信网络播发，该区域内的车辆接收卫星信号和差分信号，实现实时动态定位。RTK定位精度可达到厘米级，满足大多数智能驾驶类场景的定位需求。在惯性导航方面，当车辆进入隧道或停车场时，室内环境下卫星信号急速衰弱甚至丢失，无法为车辆提供高可靠、高精度的定位信息，因此需要具有高精度、高效率、高准确度的室内定位系统。惯性导航系统是一种不依赖外部信息、也不向外部辐射能量的自主式导航系统，利用加速度计、陀螺仪等惯性传感器测量载体的比力及角速度信息，结合给定的初始条件，与卫星定位等系统融合，实现车辆速度、位置、姿态等参数的动态连续更新，为车辆提供室内定位导航信息。中国移动 车载模组技术发展白皮书（2023）12 3.2.3 双机互联 汽车逐渐成为人们工作生活中的“第三空间”，用户对车机各类功能、车内文娱体验的要求越来越高，智能座舱的业务场景越来越丰富。同时，人们工作生活中对手机的粘性越来越高，“手机分离焦虑”等问题日益凸显。如何为用户驾驶中提供安全、便捷的手机和车内终端交互体验，成为产业界的关注焦点。双机互联指在汽车内部实现车机终端与手机终端互联互通的一种技术方案。双机互联有助于连接智能座舱中各类终端，以支持更加丰富的车载娱乐服务，如手机屏、中控屏、副驾屏、后驾屏等不同屏幕之间的实时交互、全车音视频内容的协同连接等。由于车机和手机的生态系统存在差异，两者的协议适配、便捷互通、数据安全等方面一直是业界关注的热点。如果将用户手机SIM卡与车机SIM卡进行绑定，依托手机及车机终端OS层标识、车内短距通信参考标识及第三方APP服务标识等数据，提供一种安全的双机互联鉴权认证能力，可以便捷支持车机终端与手机终端的导航、音视频、游戏娱乐、社交等第三方APP的协同登录，进而实现人车账号统一，进一步优化用户体验，实现不同生态下的手机与车机的协同操作。3.3 硬件接口 为解决不同厂家、不同通信制式、不同芯片平台之间的兼容性问题，业界逐渐对车载模组硬件进行标准化设计，通过统一封装、统一对外接口，统一模组核心器件质量标准，缩小硬件尺寸，降低模组供应、质量、安全等风险。例如，目前车载模组通常采用LGA（栅格阵列封装）封装方式，此封装形式可满足汽车应用解决方案对高可靠性及狭小空间的需求。同时，车载模组具有丰富的标准接口，包括VBAT、SPI、USB、UART、IIC、GPIO等。在此基础上，车载模组还可以提供CSI、DSI等接口，用于外接触摸屏、摄像头等设备，实现图像显示与多路高清图像采集等功能。中国移动 车载模组技术发展白皮书（2023）13 3.4 软件架构 汽车软件在整车中占比逐步提升，软件定义汽车成为产业共识。车载模组承载的软件功能不断演进，软件架构逐渐向分层化、模块化的方向发展，使车联网应用能够快速在不同车型、不同硬件平台上复用，实现快速迭代升级。典型的车载模组软件架构分为四层，即虚拟化、操作系统、中间件、应用服务，如图 3-1所示。其中虚拟化、操作系统、中间件集成在车载智能或全能模组中，应用服务由车企或终端厂商实现。图图 3-1 车载模组软件架构车载模组软件架构 3.4.1 操作系统 在智能网联汽车软件架构中，操作系统属于系统软件的一部分，负责管理系统的进程、内存、时钟、中断、设备驱动程序、文件和网络等。从系统架构上，一般可以将操作系统分为宏内核和微内核两类。宏内核架构操作系统在智能驾驶和智能座舱领域有大量应用。宏内核的特点是将所有传统的操作系统服务全部在内核态运行，从而能够直接操控硬件，系统服务间的内部调用效率相对较高。宏内核可以实现用户程序和内核的安全隔离保护，采用合适的进程调度机制时，能够满足车用领域的硬实时性任务要求，并能支持虚拟化等新技术。中国移动 车载模组技术发展白皮书（2023）14 为了保证内核的稳定性，微内核架构主张将宏内核的功能进行解耦，为这些剥离到用户态的服务提供各种通信机制，即使单个服务出错或者被攻破，也不会导致内核崩溃或者出现系统安全问题。微内核“最小内核”和“机制与策略分离”的设计原则不仅提高了安全性，而且有利于硬实时系统的调度。目前微内核架构系统在汽车、工业等高实时、高可靠和高安全领域得到了广泛应用。在智能座舱领域，大部分业务属于软实时业务，且对功能安全等级要求比安全车控和智能驾驶应用要低，宏内核系统和微内核系统都可以胜任此类应用。在中控和仪表分离的智能座舱解决方案中，功能安全等级要求较高的虚拟仪表主要选择QNX系统，而中控娱乐系统则选择Android较多；在虚拟仪表和中控一体化的解决方案当中，QNX系统占多数，也有少数方案选择Linux宏内核。在智能驾驶领域，能够满足高功能安全（ASIL-D）和高性能要求的微内核实时操作系统将被广泛应用。与此同时，为满足机器学习和视觉AI算法的操作系统层接口要求，基于宏内核的安全操作系统也可能被引入。此外，宏内核系统也在一直不断进行内核的裁剪优化，以满足高功能安全等级和高可靠性的智能驾驶场景要求。3.4.2 虚拟化技术 在汽车电子电气架构集中化发展的趋势下，智能驾驶、智能座舱、车身等功能域呈现计算平台融合的趋势。但不同功能的业务具有不同的技术需求，如座舱域IVI业务强调交互体验、应用生态，通常选用Android操作系统；仪表盘、辅助驾驶有实时性、可靠性要求，则更倾向于QNX、RTLinux操作系统；智驾域强调大算力融合感知、推演规划，也有实时性、可靠性要求，RTLinux则更为合适。为了保证关键业务的安全可靠，虚拟化技术可以对车载模组主控SoC芯片的资源进行切分并安全隔离，并发运行多种操作系统。虚拟化技术处于SoC硬件平台之上，将实体资源转换为虚拟资源，按需分配给每个虚拟机，允许它们独立地访问已授权的虚拟资源。虚拟化技术实现了硬件资源的安全隔离，使应用程序依托不同的内核环境和驱动运行，从而满足汽车领域多元化应用场景的需求。未来，虚拟化技术将持续向轻量高效、安全中国移动 车载模组技术发展白皮书（2023）15 可靠、边界适配等方向发展。3.4.3 中间件 模组的上层应用与底层操作系统之间存在大量的交互需求，底层操作系统的多样化则给这些交互带来了诸多不变。车载模组中间件位于上层应用软件和底层操作系统之间，向下适配不同操作系统，屏蔽底层复杂性的功能，向上提供统一的标准接口，负责各类应用软件之间的通信以及底层系统资源的调度，为上层应用屏蔽复杂的底层，使开发人员能在不同平台上实现上层应用和算法的快速迭代。未来随着汽车架构的进一步发展，车载模组将集成更强的算力，中间件的功能也将更加丰富，车载模组能力将进一步拓展。车载模组中间件除传统功能外，还将包括部分智能驾驶、车载娱乐系统等功能，并将逐步向操作系统、配置工具和解决方案等领域拓展，满足汽车智能化发展的要求。4 测试认证 不同于消费级和工业级电子产品的制造工艺要求，汽车对车载模组的环境适应性、可靠性、安全性和使用寿命等提出了更高的要求，需满足车规级电子对温度、湿度、震动、粉尘等要求，如车身工作环境需要满足-40至85的温度，排气口附近则需满足105的高温，故障率往往要求百万分之一（PPM）十亿分之一（PPB），甚至追求零PPM的故障率，使用寿命往往要求长达十年以上，供货周期达15年以上。同时车规级模组需要充分考虑各种边界情况，通过冗余设计，避免运行过程出错，确保功能和网络安全。因此车载模组在研发过程中需兼顾可靠性与安全性要求，满足车规级认证需求。中国移动 车载模组技术发展白皮书（2023）16 图图 4-1 车规级模组认证要求车规级模组认证要求 为满足严苛的车规级要求，车载模组需遵循IATF 16949规范、A-SPICE、ISO-26262、ISO-21434等多个标准规范，达到AEC-Q104测试标准要求，同时满足车企、Tier1（汽车零部件一级供应商）等厂商针对具体车型的特定技术指标要求。IATF 16949质量管理体系，主要针对生产制造环节，定义了汽车相关产品的设计和开发、生产、装配、安装以及相关服务的质量管理体系要求。A-SPICE，即汽车软件过程改进及能力评定，主要针对汽车软件开发环节，其目的是为了指导汽车零部件厂商的软件开发流程，保证开发过程的质量以及持续优化，确保最终交付的产品质量。AEC-Q系列标准是针对车规级元器件的通用测试标准，其中AEC-Q104是专门针对车载模组的测试标准，定义了车载模组可靠性的最低要求以及测试条件，包括加速环境应力测试、加速寿命模拟测试、封装组合完整性测试、芯片晶元可靠度测试、电气特性确认测试等八大类测试。ISO 26262是一种功能安全标准，用于规范开发功能安全的汽车电子系统。它规定了创建、验证和维护电子系统、软件和硬件的过程，并确保其能够在发生故障的情况下以安全的方式运行。ISO 21434标准则从网络安全方面定义了网络安全认证标准，其目的在于保护汽车电子系统免受黑客攻击、非法访问、非授权控制、病毒感染等网络安全风险。5 总结与展望 车载模组作为智能网联汽车重要的组成部分，发挥着推动汽车电动化、智IATF 16949质量管理体系(APQP、FEMA、MSA、PPAP、SPC)AEC-Q100/104/200 ISO 16750 车企规范 ISO 26262 道路车辆-功能安全 可靠性验证 品质管理系统认证 安全性认证ISO 21434 道路车辆-网络安全 A-SPICE 中国移动 车载模组技术发展白皮书（2023）17 能化、网联化发展的重要作用。随着智能网联汽车的发展和智能驾驶业务的普及，车载模组将汇聚车辆的感知、通信、计算、智能、控制等能力，不仅可以实现汽车的车辆基本信息、传感器等数据的采集与计算，更能支持人-车-路-网-云-图的全方位协同，其价值将日益显著。本白皮书在深入分析智能网联汽车市场、产业、技术发展趋势的基础上，提出了车载通信模组、车载智能模组、车载全能模组的概念，结合车联网的应用场景需求，探索模组通信技术、业务能力、硬件接口、软件架构、测试认证等关键技术和能力。中国移动愿携手产业各方，加速推进车载模组相关标准研制，深入开展车载模组的技术创新、产品研发和推广、应用拓展等，凝聚共识，形成合力，共同推进车载模组产业发展，助力我国智能驾驶、智慧交通的高质量发展。18 缩略语列表 缩略语 英文全名 中文解释 API Application Programming Interface 应用编程接口 APN Access Point Name 接入点 APQP Advanced product quality planning 产品质量先期策划 AR Augmented Reality 增强现实 AR-HUD Augmented Reality-Head Up Display 增强现实抬头显示 ASIL Automotive Safety Integration Level 汽车安全完整性等级 COTA Configuration-over-the-air 配置在线升级 CT Communication Technology 通信技术 ECU Electronic Control Unit 电子控制单元 EEA Electrical Electronic Architecture 电子电气架构 FEMA Failure mode and effects analysis 失效模式及后果分析 FOTA Firmware over the air 固件在线升级 GBA General Bootstrapping Architecture 通用认证机制 GNSS Global Navigation Satellite System 卫星定位系统 GSMA GSM Association GSM协会 HSM Hardware Security Module 硬件安全模块 HUD Head Up Display 平视显示器 IMS IP Multimedia Subsystem IP多媒体子系统 IT Information Technology 信息技术 IVI In-Vehicle Infotainment 车载信息娱乐 LGA Land Grid Array 栅格阵列封装 LTE Long Term Evolution 长期演进 MSA Measurement Systems Analysis 测量系统分析 OTA Over The Air 空中下载（技术）PPAP Production part approval process 生产件批准程序 QoS Quality of Service 业务质量 RCS Rich Communication Suite（新型）通信套件 RTK Real-time Kinematic 实时动态差分 RTOS Real Time Operating System 实时操作系统 SDK Software Development Kit 软件开发工具包 SMS Short Message Service 短信服务 SOTA Software over the air 软件在线升级 19 SPC Statistical Process Control 统计过程控制 TCU Telematics Control Unit 远程信息控制单元 UE User Equipment 用户设备 USIM Uni versal Subscriber Identity Module 全球用户识别卡 VR Virtual Reality 虚拟现实 V2X Vehicle-to-Everything 车与外界的互联 5GAA 5G Automotive Association 5G汽车协会 20 参考文献 1 T/CSAE 53-2020，合作式智能运输系统 车用通信系统 应用层及应用数据交互标准（第一阶段），中国汽车工程学会S.2 T/CSAE 157-2020，合作式智能运输系统 车用通信系统应用层及应用数据交互标准(第二阶段)，中国汽车工程学会S.3 5GAA,“C-V2X Use Cases and Service Level Requirements Volume II”,January,2021.4 CCSA YD/T 3988-2021，5G通用模组技术要求（第一阶段）.5 3GPP TR 23.785,Study on architecture enhancements for LTE support of V2X services(Release 14)3GPPS.6 3GPP TS 36.101,User Equipment(UE)radio transmission and reception,3GPPS.7 3GPP TS 36.113,Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA);Base Station(BS)and repeater ElectroMagnetic Compatibility(EMC),3GPPS.8 CCSA YD/T 3756-2020,基于LTE的车联网无线通信技术支持直连通信的车载终端设备技术要求.9 YD/T 3340-2018,基于LTE的车联网无线通信技术空中接口技术要求，CCSAS.10 YD/T 3707-2020,基于LTE的车联网无线通信技术 网络层技术要求，CCSAS.11 YD/T3594-2019,基于LTE的车联网通信安全技术要求，CCSAS.12 3GPP.Service requirements for V2X services:TS 22.185,v14.4.0S.2018.13 3GPP.Architecture enhancements for 5G system(5GS)to supportvehicle-to-everything(V2X)services:TS 23.287,v16.2.0S.2020.14 3GPP.Overall description of radio access network(RAN)aspects for vehicle-to-everything(V2X)based on LTE and NR:TR 37.985,v1.3.0S.2020.15 3GPP.Physical layer procedures for control:TS 38.213,v16.1.0S.2020.16 3GPP.Physical layer procedures for data:TS 38.214,v16.1.0S.2020.21 17 3GPP.Medium access control(MAC):TS 38.321,v16.0.0S.2020.18 3GPP.Radio resource control(RRC):TS 36.331,v14.6.0S.2018.19 3GPP.Radio resource control(RRC):TS 38.331,v16.0.0S.2020.20 GSMA,Guidelines for GBA Based Certificate Provisioning.2022.21 车联网通信安全与基于GBA的证书引入白皮