CN111414249A - 一种车载主机系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种车载主机系统，包括系统处理资源，其包括各种物理资源；虚拟机系统，其构建在系统处理资源上；以及利用虚拟系统虚拟出第一操作系统和第二操作系统，其中：第二操作系统利用远程过程调用来访问第一操作系统的资源。本发明提供了一种功能丰富、安全可靠的车载主机系统。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于车辆管理、控制的装置，具体地，涉及一种车载主机系统。
背景技术
随着我国汽车行业的飞速发展，智能网联车载主机系统功能日趋复杂，其既要保证车载系统本身主体功能及车身数据安全，又要求能与云端车联服务互联互通，提供增值服务。常见的车载主机软件方案有两种：一种是采用单一操作系统加Web App的方式构建整体车载主机系统。另一种是直接采用手机安卓（Android）系统构建车载主机系统。第一种软件架构设计，Web App内容更新简单，但控件调用本机功能资源有限，HTML5的行业标准有待成型，Websocket 的安全性有待改进。第二种软件架构设计，应用软件可复用Android手机App的互联及多样性设计，但缺乏考虑车载系统本身主体特有功能以及对CAN等核心数据的安全保护和控制。。
发明内容
本发明旨在提供一种功能丰富、安全可靠的车载主机系统。
根据本发明的一方面，提供一种车载主机系统，包括：系统处理资源；虚拟机系统，其构建在所述系统处理资源上；以及
利用所述虚拟系统虚拟出第一操作系统和第二操作系统，其中：所述第二操作系统利用远程过程调用来访问所述第一操作系统的资源。。
可选地，所述车载主机系统还包括系统启动模块，其用于初始化所述系统处理资源；所述系统启动模块包括xLoader、Uboot以及RTOS。
可选地，所述虚拟机系统包括第一系统内核、虚拟机、虚拟设备驱动，其中：所述第一系统内核是所述虚拟机系统的内核；所述虚拟机构建和管理用于所述第一操作系统的第一操作系统分区以及用于所述第二操作系统的第二操作系统分区；所述虚拟机管理所述系统处理资源的物理资源，并将系统处理资源的物理资源构建为虚拟设备驱动，供所述第一操作系统和所述第二操作系统调用；以及所述虚拟机管理所述物理资源在所述第一操作系统和所述第二操作系统之间的分配。
可选地，所述第一系统内核也是所述第一操作系统的内核。
可选地，所述第二操作系统的内核的驱动包括由所述虚拟设备驱动构建的驱动。
可选地，所述第一操作系统还包括第一协议及引擎模块、第一中间层模块以及第一应用层模块，所述第二操作系统还包括第二协议及引擎模块、第二中间层模块以及第二应用层模块，其中：所述第一协议及引擎模块用于构建第一启动脚本，并根据所述第一启动脚本形成第一多种应用模块；根据所述第一多种应用模块构建所述第一中间层模块，以及根据所述第二协议及引擎模块构建所述第二中间层模块；所述第一中间层模块包括多种服务子程序，所述服务子程序之间通过远程过程调用来互相调用服务；所述第一协议及引擎模块与所述第二协议及引擎模块通过远程过程调用交互第一调用数据；所述第一中间层模块、所述第二中间层模块分别为所述第一应用层模块、所述第二应用层模块提供功能服务的调用；所述第一中间层模块还用于通过远程过程调用与所述第一应用层模块交互第二调用数据；以及所述第一中间层模块还用于通过远程过程调用与所述第二应用层模块交互第三调用数据。
可选地，敏感数据调用经由所述第三调用数据实现，非敏感数据经由所述第一调用数据实现。
综上所述，本发明提供车载主机系统可以提供更多功能扩展和/或安全性。
附图说明
从结合附图的以下详细说明中，将会使本发明的上述和其他目的及优点更加完整清楚，其中，相同或相似的要素采用相同的标号表示。
图1示出了根据本发明的一个实施例的车载主机系统。
图2示出了根据本发明的一个实施例的车载主机系统。
图3示出了根据本发明的一个实施例的车载主机系统。
图4示出了根据本发明的一个实施例的车载主机系统。
具体实施方式
出于简洁和说明性目的，本文主要参考其示范实施例来描述本发明的原理。但是，本领域技术人员将容易地认识到相同的原理可等效地应用于所有类型的车载主机系统，并且可以在其中实施这些相同或相似的原理，任何此类变化不背离本专利申请的真实精神和范围。
参见图1，其示出了根据本发明的一个实施例的车载主机系统。车载主机系统包括系统处理资源10，具体可以为一颗单核或多核的集成电路芯片（SoC，System on Chip），其包括为系统提供算力的中央处理单元（CPU）或微处理单元（MCU），以及内存、储存、网络以及各种外设等模块。车载主机系统还包括虚拟机系统101，其构建在系统处理资源10上。其中，利用虚拟系统101虚拟出第一操作系统11和第二操作系统12，第二操作系统可以利用远程过程调用（RPC，Remote Procedure Call）R来访问第一操作系统的资源。虚拟机系统101可以为Linux系统，为了保证车载主机系统的安全性，其内核（Kernel）可以采用SELinux。虚拟出的第一操作系统11主要用于维护车载系统的核心功能及数据安全，具体地可以为诸如Linux系统等嵌入式系统；虚拟出的第二操作系统12主要用户实现可扩展的互联互通功能，具体地可以为诸如Android系统等嵌入式系统。为了保证两个系统之间的通信，可以通过远程过程调用来实现其间的数据调用等内容传输。如此，既确保了原有车载主机核心整体功能要求，又搭建出了可扩展的互联互通增值服务平台。
参见图2，其示出了根据本发明的一个实施例的车载主机系统。车载主机系统还包括系统启动模块22，其用于初始化系统处理资源10；包括xLoader 201、Uboot 202以及实时操作系统（RTOS）203。通过采用通用的xLoader 201 和UBoot 202协议栈，系统启动模块22可以将系统内存初始化和将整体系统软件的初始运行环境初始化。同时，考虑车机对快速启动的需求，实时操作系统203可以实现对启动画面和启动视频在上电1秒后的实时启动。
虚拟机系统101还可以包括第一系统内核K1、虚拟机21、虚拟设备驱动205。其中，第一系统内核K1是虚拟机系统101的内核；虚拟机21构建和管理用于第一操作系统11的第一操作系统分区（Domain）以及用于第二操作系统12的第二操作系统分区；虚拟机21管理系统处理资源10的物理资源204，并将系统处理资源10的物理资源204构建为虚拟设备驱动205，供第一操作系统11和第二操作系统12调用；虚拟机21管理物理资源204在第一操作系统11和第二操作系统12之间的分配。
由此，虚拟机系统101统一管理 SoC的CPU、内存、存储、网络、USB等物理资源（物理设备），并构建虚拟设备驱动205，以供给虚拟机上层诸如 Android kernel系统调用。虚拟机系统101构建并管理不同的Domain 区间，可以包含诸如可以为Linux Dom0主区间和Android Dom1主区间。虚拟机系统101还分配不同的资源给各个Domain协调使用 （例如动态分配CPU 负荷、分配内存大小空间给不同的操作系统区间）。
此外，第一系统内核K1也可以是第一操作系统11的内核。具体地，由于虚拟机本身也是由Linux系统构建的，将虚拟机系统的内核层软件和 Linux Dom0主区间内核层软件合并成统一的Linux内核空间，以减少整体系统的开销。Linux内核采用SELinux，确保车载系统的安全性。
作为本发明的一个实施例，第二操作系统12的内核K2的驱动包括由虚拟设备驱动205构建的驱动。具体地，虚拟机上层Android 内核可以按照正常的方式构建各种Android内核模块和驱动。这时的Android内核驱动包括虚拟机构建的虚拟设备驱动205，即可以为硬盘设备驱动（Hard Disc）、键盘设备驱动（Key Pad）、触摸屏设备驱动（Touch）、音频设备驱动（Audio）、屏幕显示设备驱动（Screen）以及网络设备驱动（VNet）等。此外还包括虚拟机没有涉及的其他物理硬件设备，例如视频设备驱动 （V4L Video）等。进而构建出一个完整的、满足车载功能要求的定制化Android 操作系统。
再参见图3，其示出了根据本发明的一个实施例的车载主机系统。第一操作系统11还包括第一协议及引擎模块301、第一中间层模块303以及第一应用层模块305，第二操作系统12还包括第二协议及引擎模块302、第二中间层模块304以及第二应用层模块306，其中：第一协议及引擎模块301用于构建第一启动脚本3011，并根据第一启动脚本3011形成第一多种应用模块3012；根据第一多种应用模块3012构建第一中间层模块303，以及根据第二协议及引擎模块302构建第二中间层模块304；第一中间层模块303包括多种服务子程序，服务子程序之间通过远程过程调用R来互相调用服务；第一协议及引擎模块301与第二协议及引擎模块302通过远程过程调用R交互第一调用数据；第一中间层模块303、第二中间层模块304分别为第一应用层模块305、第二应用层模块306提供功能服务的调用；第一中间层模块303还用于通过远程过程调用R与第一应用层模块305交互第二调用数据；第一中间层模块303还用于通过远程过程调用R与第二应用层模块306交互第三调用数据。
具体地，第一协议及引擎模块301、第一中间层模块303以及第一应用层模块305可以实现为：
（1）构建Linux 应用层启动脚本，以激活各种车载应用协议栈程序。具体包含媒体播放协议栈、蓝牙BT协议栈、Wi-Fi网络协议栈、空中升级协议栈、语音识别协议栈、系统调试协议栈以及车机与手机设备互联互通的Carplay、Carlife、Google Auto等协议栈。对于CAN和蓝牙BT 设备，Linux 和Android 操作系统都需要构建软件模块和体系，当Linux 侧的CAN和BT 协议栈一旦获取了物理数据，一方面，继续向上层应用软件传递数据；另一方面，通过统一定制的 RPC通讯协议，将数据传递给Android 的HAL层，以便进一步构建标准的Android Framework 中间层软件。
（2）在各种软件功能协议栈基础上构建中间件软件。其中各种服务子程序相互独立工作，各自完成不同的功能服务体系。同时各个服务子程序之间又有不同程度的相互依存关系。比如每个服务子程序需要依赖电源管理服务子程序来监听系统的启动、关机和待机模式的相互切换信息。此外媒体播放服务子程序，需要依赖媒体源切换服务子程序和音、视频控制服务子程序，来实现对各种音、视频的切换和播放，比如AM/FM、iPod、 Carlife、Carplay、USB Media、BT Audio以及第三方网络App应用的各个媒体切换。中间件中的各个服务子程序之间通过进程间通信RPC机制相互连接起来。一方面，每个子程序作为服务的提供者，向其他程序提供服务。另一方面；每个子程序又需要其他服务程序的支持，作为其他服务的消费者。各个子程序之间相互依存、互通数据、协调合作，共同完成中间件各种业务逻辑。
（3）Linux 操作系统侧的中间件服务程序，除了完成本身的各种业务逻辑和服务功能之外，更重要的是为车载主机人机交互界面HMI提供功能服务。既能接受人机交互界面HMI至上而下发来的功能请求，又能主动上报系统底层或中间层业务逻辑信息，完成整体人机交互界面HMI功能的展示。人机交互界面HMI的来源有两种。一种是直接构建在Linux 操作系统侧的 Linux HMI，另一种是构建在Android操作系统侧的 Android HMI。无论是与哪一种HMI交互，中间层服务程序都是通过定制的RPC进程间通讯机制，直接提供接口服务，包括从Linux C/C++ 接口到 Android Java 接口的直接跨机接口转换和对接。
（4）此外车机中Linux 操作系统侧的中间件服务程序，还需要和周边的设备，比如仪表盘系统、TBox系统之间相互交互，共同完成互联互通功能。在这些所有的本机或跨机进程间交互中，使用的是同一套定制的RPC进程间通讯机制。
此外，第二协议及引擎模块302、第二中间层模块304以及第二应用层模块306可以实现为：
（1）采用Android APP的方式，构建各种车机功能及人机交互HMI 系统。实现车机中控系统的UI/UE 设计功能。同时通过RPC通讯机制，跨机调用Linux 侧的中间件逻辑服务，完成整体的智能网联业务功能。
（2）充分利用Android 系统的互联特性，构建与服务器的交互功能，比如云端用户帐户的登录、云端导航服务、云端语音识别，以及与第三方互联App的整合及交互应用。
（3）Android Framework 中保持可重用的Android中间层服务模块，例如与定位相关的Location Service，以便上层的导航和App应用能够调用标准的Android Framework接口获取车辆当前的位置信息，展开应用功能服务。 同时裁剪掉与车载系统无关的PhoneService， Modem Service，保持系统的轻量级。此外由于BT芯片的驱动和协议栈在Linux侧统一处理，Android HAL抽象服务层中的BLE协议功能需要和Linux 侧BLE协议栈进行跨机交互。交互方式统一采用定制化的RPC 通讯协议。
（4）Android Kernel 除了保持完整的Kernel体系外，调用虚拟机提供的虚拟驱动以构建底层的硬件抽象功能体系。对于3D GPU资源, 采用独占的方式，充分发挥3D图形的渲染功能。
根据本发明的其他方面，敏感数据调用经由第三调用数据实现，非敏感数据经由第一调用数据实现。
根据本发明的其他方面，首先，虚拟机系统在一片SoC上构建出各自相对独立的Linux Domain 403和Android Domain 404双系统。同时，虚拟机系统还构建出片内虚拟以太网设备（Virtual Network Device）,在此基础上可构建跨进程通讯RPC协议R。考虑车载信息系统的安全性，任何CAN设备409对Android操作系统都不可见。CAN设备409完全由Linux侧的CAN驱动和底层管理程序410接管，向上通过CAN协议栈411进行数据和命令的解析，到达CAN中间件服务子程序412，等待Linux HMI 413和 Android HMI 408人机交互界面的数据交互或命令调度。一方面，Android HMI 408构建的电动车PHEV应用、空调HAVC应用，以及车身信息应用都需要车身CAN信息数据和控制命令的处理，Linux HMI 413构建的电动PHEV和空调HAVC也需要CAN的数据和命令服务。二者共同使用定制化的进程间RPC通讯协议R，与CAN服务子程序进行直接交互。Android HMI 408除了需要直接的CAN数据和命令服务之外，还需要通过CAN通道获取GPS/DR等定位信息。为保持Android Framework 406中的定位服务程序的完整性，需要在Android HAL硬件抽象层405中获取GPS/DR信息。由于CAN设备409在Linux侧已经被激活和管理，通过统一的进程间RPC通讯协议R，可以直接将CAN设备驱动和管理层软件中获取的GPS/DR信息传递到Android HAL硬件抽象层405，完成对AndroidFramework 406 和Android HMI 408上层应用的支持。
通过以上示例可以看出，实施本发明的全部或者部分，可以实现一种功能丰富和/或安全可靠的车载主机系统。既能够保证车机的基本功能，又能够进行丰富的扩展。
需要说明的是，附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或者在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或者在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
以上例子主要说明了本公开的车载主机系统。尽管只对其中一些本发明的实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。
Claims (7)
1.一种车载主机系统，其特征在于，所述车载主机系统包括：
系统处理资源，所述系统处理资源包括各种物理资源；
虚拟机系统，其构建在所述系统处理资源上；以及
利用所述虚拟系统虚拟出第一操作系统和第二操作系统，其中：所述第二操作系统利用远程过程调用来访问所述第一操作系统的资源。
2.根据权利要求1所述的车载主机系统，其特征在于，所述车载主机系统还包括系统启动模块，其用于初始化所述系统处理资源；所述系统启动模块包括xLoader、Uboot以及实时操作系统。
3.根据权利要求1所述的车载主机系统，其特征在于，所述虚拟机系统包括第一系统内核、虚拟机、虚拟设备驱动，其中：
所述第一系统内核是所述虚拟机系统的内核；
所述虚拟机构建和管理用于所述第一操作系统的第一操作系统分区以及用于所述第二操作系统的第二操作系统分区；
所述虚拟机管理所述系统处理资源的所述物理资源，并将系统处理资源的物理资源构建为虚拟设备驱动，供所述第一操作系统和所述第二操作系统调用；以及
所述虚拟机管理所述物理资源在所述第一操作系统和所述第二操作系统之间的分配。
4.根据权利要求3所述的车载主机系统，其特征在于，所述第一系统内核也作为所述第一操作系统的内核。
5.根据权利要求3所述的车载主机系统，其特征在于，所述第二操作系统的内核的驱动包括由所述虚拟设备驱动构建的驱动。
6.根据权利要求1所述的车载主机系统，其特征在于，所述第一操作系统还包括第一协议及引擎模块、第一中间层模块以及第一应用层模块，所述第二操作系统还包括第二协议及引擎模块、第二中间层模块以及第二应用层模块，其中：
所述第一协议及引擎模块用于构建第一启动脚本，并根据所述第一启动脚本形成第一多种应用模块；
根据所述第一多种应用模块构建所述第一中间层模块，以及根据所述第二协议及引擎模块构建所述第二中间层模块；
所述第一中间层模块包括多种服务子程序，所述服务子程序之间通过远程过程调用来互相调用服务；
所述第一协议及引擎模块与所述第二协议及引擎模块通过远程过程调用交互第一调用数据；
所述第一中间层模块、所述第二中间层模块分别为所述第一应用层模块、所述第二应用层模块提供功能服务的调用；
所述第一中间层模块还用于通过远程过程调用与所述第一应用层模块交互第二调用数据；以及
所述第一中间层模块还用于通过远程过程调用与所述第二应用层模块交互第三调用数据。
7.根据权利要求6所述的车载主机系统，其特征在于，敏感数据调用经由所述第三调用数据实现，非敏感数据调用经由所述第一调用数据实现。
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