LiAuto HaloOS理想星环OS技术架构白皮书v1.0理想星环OS技术架构白皮书v1.0目录31.1什么是汽车操作系统.1.2汽车操作系统发展趋势2.星环0S技术架构…63.核心系统介绍…83.1通信中间件.…3.11系统说明…3.12核心技术特性.3.2智能车控0S.123.21系统说明.…123.22核心技术特性.133.3智能驾驶0S.163.3.1系统说明.163.3.2核心技术特性.…173.4虚拟化引擎…20203.4.2核心技术特性.…3.5信息安全…243.5.1系统说明.….243.52核心技术特性4.1传感器跨域共享274.2AEB/AES快速反应294.3通信链路安全防护315.开源计划.32理想星环OS技术架构白皮书v1.0理想星环OS技术架构白皮书1.概述1.1什么是汽车操作系统应用层系统层汽车操作系统(Automotive Operating System】硬件层在A!浪潮引发技术革命、深刻重塑汽车产业的时代背景下，汽车操作系统正进化为承载和驱动车辆A!智能化的重要技术引擎。作为一个融合了实时性、安全性与可靠性要求的高度复杂的软件基座，它必须有效支撑各类智能应用的部署与运行。其根本任务是在车辆庞杂的硬件资源（包括高算力芯片）与多样的上层智能应用软件之间，扮演关键的“中央指挥官”和“资源总调度”角色，为实现车辆的各种功能提供基础环境和运行保障。它需要精妙、高效地“向下”抽象和管理底层硬件。这包括但不限于：统一驱动和管理着异构的高性能计算芯片、各类存储单元、多样化的感知传感器阵列、车内通信网络，以及关系到行车安全与操控的执行器系统。这要求操作系统需要提供确定性的实时控制能力、高效的资源虚拟化与隔离机制，将这些物理硬件有机整合，确保其协同、稳定、安全地运作。它需要安全、灵活地“向上”支撑不断演进的应用生态。它需要为上层应用软件理想星环OS技术架构白皮书v1.0一从保障基础行车安全和驾乘舒适的智能车辆控制，到守护行车安全、提升通行效率的智驾系统一开辟一片安全隔离、运行可靠、接口标准化、易于开发与部署的基础系统环境。这要求操作系统具备良好的可扩展性、兼容性以及强大的中间件服务能力。因此，汽车操作系统是承载车辆网联化、A!智能化转型的基础底座。它的架构设计、技术先进性与安全性水平，不仅直接决定了整车电子电器架构的形态与成本，还深刻影响着功能的丰富度、性能表现和用户体验的优劣。1.2汽车操作系统发展趋势电子电气化时代-19702022-汽车操作系统的演进历程与汽车硬件架构的变革息息相关，它们共同塑造了现代汽车的技术形态。回顾其发展，大致可划分为以下几个关键阶段：【第一阶段：机械时代(~1970年代之前)】在这个时代，汽车主要由机械部件驱动和控制，几乎不涉及电子控制单元或软件。车辆的功能实现完全依赖于物理连接和机械联动，操作系统概念无从谈起。【第二阶段：电子电器化时代(1970年代-2010年代末/2020年代初)】随着半导体技术的发展和汽车对功能性、安全性、舒适性要求的提升，电子电器技术开始应用于汽车。该阶段之内可进一步划分：。功能叠加阶段(1970年代-2000年代初)：以单功能控制器(ECU)的出现为标志。例如，电子燃油喷射、防抱死制动系统(ABS)、安全气囊等开始装车。这些早期ECU通常运行着裸机程序或者极其精简的、厂商专有的实时操作系统。域集中/智能化阶段（2000年代初~2022)：随着车功能持续爆炸式增长，理想星环OS技术架构白皮书v1.0ECU数量急剧膨胀，这便推动了EE架构的域集中化，各个域内部的操作系统独立发展：车辆控制域（如动力、底盘、车身）：AUTOSAR CP(ClassicPlatform)逐步成为主流框架，提供规范化的接口与组件，将车控软件的开发流程标准化。智能驾驶域：负责环境感知、决策规划与执行控制，特点是多传感器融合所带来的数据密集与A!算法所带来的计算密集。因此操作系统需要支持高性能的异构计算，常采用QNX、Linux与AUTOSAR AP(AdaptivePlatform)结合。【第三阶段：空间机器人时代(2022~)】随着人工智能，特别是大语言模型等生成式A|技术的快速发展并向汽车领域渗透，车上的算力需求和软件复杂性指数级增长。因此硬件层面正朝着中央计算架构演进，软件层面正朝着整车各个域应用A!化、一体化发展。该变化正驱动着汽车操作系统的革命：。从Smart到Intelligence的跨越：随着先进Al技术在汽车领域的深度融合，汽车操作系统正经历从“Smat”到“Intelligence”的跨越。这一转变要求操作系统需具备“Native for Al'”的特性一能够智能地调度和管理CPU、GPGPU、NPU等异构计算资源，确保高性能、确定性与安全性；通过隔离机制保障不同安全等级、不同实时性要求的功能可靠共存；提供标准化的AP!和工具链，支撑上层A!应用的敏捷开发与快速迭代，让AI成为驱动汽车不断进化的内生动力。。面向“通用空间智能操作系统”的进化：智能驾驶功能需要汽车在物理世界中安全、可靠、实时地运行，这使其成为空间机器人理念的最早、最大规模的落地场景之一。能够满足这种极致复杂场景的操作系统，其技术栈具备超越智能汽车本身的通用性。智能汽车操作系统有潜力成为“通用空间智能操作系统”，以面向未来更广泛的机器人、具身智能体等需要与物理世界深度交互的复杂A!系统。理想星环OS技术架构白皮书v1.02.星环OS技术架构星环OS是一款面向AI智能化业务的整车操作系统，以全域协同、软硬结合为创新内核，树立性能、安全、成本及效率的行业标杆，奠定空间机器人时代的系统基石。。资源集中与共享：算力池化、通信以太网化、全域调度、服务共享极致性能：混合系统中关键链路的端到端实时性、确定性、可靠性快速迭代：软硬解耦、软软解耦、服务化设计、定制化工具高安全性：原生安全的体系化纵深安全防护，保护隐私数据和控车指令业务软件智能车控发工具链硬件星环OS由以下四个重要部分组成，可以比作人的大脑、小脑、神经系统和免疫系统。智能驾驶系统定位是车辆的大脑控制系统，它可以处理复杂思维过程，保证智能驾驶又快又好的工作。设计的重点在于“智慧”：通过任务调度、图像处理等优化措施，让A!“思维敏捷”，跑得更快更稳。·通过虚拟化技术实现算力共享，让一块芯片安全地同时处理多个任务，实现“一心多用”。智能车控系统定位是车辆小脑控制系统，它负责车辆的肢体控制，快速执行车理想星环OS技术架构白皮书v1.0辆的各种基础控制命令（比如开关车灯、调节空调、控制电机等）。设计的重点在于"灵活"：·通过灵活架构适配，支持不同品牌、不同架构的芯片，实现MCU供应选择自由，缩短新MCU上车时间。关键性能指标与资源优化指标均做到了业界领先，让多个功能共享同一块硬件成为可能，支撑灵活降本。系统配套有自动配置工具、PC端硬件模拟器工具以及覆盖资源、性能、诊断的一整套分析工具，实现研发效率跃升。。通信中间件定位是车辆的神经系统，负责在域内与域间传递信息，完成车内各个模块（比如刹车、屏幕、雷达)之间的高效、可靠通信。设计重点在于“通畅”：·效率上，统一了车内大大小小多种设备的应用层通信协议，实现“车同轨、书同文”，做到了各域通信解耦，提升效率。·可靠性上，实现了关键特性、核心指标与资源优化均实现业界领先，结合双通道备份等技术大幅提升通信可靠性。0信息安全系统定位是智能汽车的免疫系统，用来保护用户隐私数据和车控指令。通过软硬件协同实现，构建系统全面的安全体系，达成四个安全目标：系统完整性保护、数据加密与保护、身份认证与权限管控和可信执行环境，实现了原生安全的纵深防御体系。星环OS的四大支柱并非独立模块，而是构成一个深度融合、协同运作的有机整体一恰如人体的不同系统协调一致，共同支撑高级智能行为。以通信中间件这条“高速神经系统”为脉络，星环OS确保了智驾系统的复杂决策能够高效、可靠地传递给车控系统精准执行，同时保证了各个传感器与处理单元间的数据畅通无阻。基于这种一体化架构，星环OS能够提供超越单个模块能力的系统级保障。例如，在确定性方面，通过全局任务调度、优先级管理以及确定性通信机制，星环OS能够保障从传感器感知、智驾“大脑”决策，到车控“小脑”最终执行的端到端任务链路具有可预测的稳定低时延，即使在多任务高并发的复杂工况下依然表现稳定可靠，这对于智理想星环OS技术架构白皮书v1.0能驾驶的安全性和平顺性至关重要。同样地，在安全性方面，信息安全“免疫系统”并非孤立运行，而是贯穿于整个操作系统。统一的安全架构将身份认证、权限管控、完整性保护和数据加密等措施系统性地应用于所有组件、接口和通信链路中，结合可信执行环境和硬件安全模块(HSM)的底层支持，实现了从硬件可信根到上层应用，从系统启动到运行时的全方位、多层次纵深防御，有效抵御跨模块、跨系统的攻击渗透。正是这种高度协同的有机整体性，使得星环OS不仅仅是功能的集合，更是一个能够全局优化、统一管理、系统性安全保障的强大平台，为智能汽车提供兼具高性能、高安全、高效率的核心支撑，并逐步构建未来空间机器人的坚实系统基座。3.核心系统介绍3.1通信中间件3.1.1系统说明星环OS通信总线(VBS,Vehicle Bus System)是专为智能汽车领域打造的高效数据交互通信平台。该平台依托标准化的通信协议、模块化架构以及卓越的实时数据传输能力，为整车电子电气系统构建起一条实时且可靠的信息高速公路。凭借这一平台，智能驾驶、动力控制、信息娱乐、主动安全等关键服务得以实现无缝协同，为智能汽车的高效运行与功能拓展提供坚实保障。通信中间件的系统架构如下图所示：理想星环OS技术架构白皮书v1.0业务软件硬发工具鞋以太同CAN共享内存3.1.2核心技术特性3.1.2.1支持全域统一部署新一代电子电气架构给车载通信中间件带来两大技术难题：一方面，智能驾驶系统要求海量传感器数据能在毫秒级内确定性传输；另一方面，车控域芯片算力与存储空间有限，却需部署管理数百个通信主题(topc)。当前行业内的通信中间件仅能在限定域场景下解决部分问题，导致车载场景全域系统部署时通信协议割裂，工程化管理与维护成本很高。星环OS通信中间件基于车载场景实现定制化的DDS通信协议，实现面向MCU的轻量化设计，构建起真正全域统一的通信基座，核心特点如。VBS Pro版本：运用无锁化设计与自适应序列化/反序列化等技术，实现跨进程零拷贝数据传输，提升数据传输效率；通过发送端消息过滤与定频消息去重理想星环OS技术架构白皮书v1.0等机制，有效减少无效数据传输。。VBS Lite版本：借助自定义通信协议、传输通道智能合并、逻辑通信端点等技术创新，降低对系统内存占用，满足了各类资源受限MCU部署场景需求。。通用特性：VBS Pro版本与VBS Lite版本均采用统一的跨域数据传输协议，这使得全域通信无需进行复杂的多协议间交互，简化了通信流程，提升了系统整体的兼容性与易用性。中央计算控制器智能座舱控制器MCUMCUSoCVBS-LiNVBS-LieVI5-Pro区域控制器区域控制器MCUMCUVBS-LteVBS-Liw3.1.2.2多传输协议自适应在车载汽车领域，业务功能部署存在无序性，而且底层介质协议呈现多样化，涉及以太网、CAN、共享内存等多种介质。在传统方案中，针对每种传输介质都需要定制独立的协议栈，应用程序也必须分别适配不同的协议栈，这无疑大幅增加了开发的复杂性与成本。为了解决上述难题，星环OS通信中间件设计实现了多传输协议自适应方案，支撑业务使用统一接口层，底层可在跨芯片、芯片内异构核之间、核内多进程之间部等不同场最下，自适应匹配到底层以太网、CAN、共享内存等传输介质上，从而有效简化开发流程，具体如下图所示：理想星环OS技术架构白皮书v1.010VBS APIVBS Framework协议传输自适应统一传输接口抽象跨芯片通信UDP+RTPSCAN传输UOP-RTPS共享内存共享内存传输传输指针传递封装内存动指针传通therneCAN3.1.2.3可靠性机制增强星环OS通信中间件不仅支持E2E校验、丢包重传、按序到达以及网络拥塞控制等基础传输可靠性保障机制，还实现了多路冗余传输方案、共享内存异常无感恢复等可靠性增强方案，确保关键指令（如主动安全相关指令）能够可靠到达，同时实现传输低延迟，以适应严苛的车规级环境。其中多路冗余传输方案的原理如下图所示：WriterE2EReoder3.1.2.4多层级安全防护星环OS通信中间件基于车载场进行安全防护增强，实现三级安全防护，如下所示：。设备级：采用一机一密PK身份认证机制，确保非法设备无法探测到授权设备所提供的服务，从源头上阻止非授权设备接入网络，保障设备层面的安全。理想星环OS技术架构白皮书v1.011。应用级：通过对通信实体应用进行权限控制，只有经过签名的可信应用之间才能键立通信，有效防止非可信应用干扰或窃取通信数据，保障通信过程的安全性与可靠性。数据级：运用会话级数据加密技术，即使报文被中间人截获，由于缺乏有效的解密密钥，也无法获取原文内容，全方位保障数据在传输过程中的保密性。三级安全防护3.2智能车控OS3.2.1系统说明智能车控OS(VCOS:Vehicle Control Operating System)是面向车辆控制的操作系统，支撑智能汽车高安全、高实时的核心车控业务部署。系统通过硬实时调度架构确保动力控制、底盘控制等关键任务精准响应，实现感知与决策系统的高效协同，构建从硬件到软件的全链路安全防护体系。智能车控OS在实时性、确定性和功能安全等维度显著领先业内系统，并配备覆盖开发调试、仿真验证的可视化工具链，有效提升车企在智能控制系统开发、测试及迭代的效率。智能车控OS的系统架构如下图所示：理想星环OS技术架构白皮书v1.012安全特性SIMCortex-A/R/M3.2.2核心技术特性3.2.2.1全方位软硬解耦智能车控系统硬件选型的复杂性曾是制约快速迭代的瓶颈，为应对这一挑战，智能车控OS采用了彻底的软硬件解耦策略。内部设计实现了一个逻辑清晰、交互间接的芯片抽象层，通过多维度抽象建模（覆盖CPU、驱动、编译等），有效屏蔽了底层硬件差异，为上层系统提供了一致且稳定的视图。这种“隔离”设计使得适配新硬件时，把原本需要的绝大部分修改被提取到抽象层内部，并借助自动化代码生成工具，适配工作量被大幅削减。这使得车企能够将过去长达数月的芯片适配周期缩短至4周，显著提升了芯片选择灵活性，为供应链的韧性提供了坚实保障，架构原理图如下：理想星环OS技术架构白皮书v1.013实时安全RTOSCPU支持花片适配显3.2.2.2寻优算法保障硬实时在复杂的跨域分布式场景中，会出现各种端到端实时性不达标的状况。智能车控OS在传统硬实时内核上进行了进一步强化，并借助一体化工具链和全局寻优算法支撑，进一步提升跨系统交互的端到端实时性，其核心能力如下：。硬实时内核：实现了微秒级中断处理和任务切换，保证极低且可预测的中断延迟与切换开销；基于抢占式优先级调度策略，最大限度减少任务阻塞与不确定性。。一体化工具链：提供端到端时序分析与验证功能，协助开发者在设计阶段分析复杂系统的实时性表现；基于全局寻优算法生成最优系统配置，并确保系统可以按照优化后系统配置执行，将“事后调试”转化为“设计阶段保障”。控转向德化工具ARMRSC-V时序分所工具3.2.2.3全链路压缩通信时延完成一次远端服务访问过程中，从协议传输层和系统任务调度层中各个环节处理理想星环OS技术架构白皮书v1.014都会影响到最终用户接口访问时延。因此智能车控OS内部基于自研确定性网络、轻量化协议栈、协议栈多核部署等关键技术，大幅缩短了远端访问时延。在跨域控制器传感器资源共享的部分典型场景下，端到端访问时延减少90%，实现与本地设备基本一致的访问效果，优化效果如下：Core-0Core-N3.2.2.4多维度存储资源优化传统OS通过一些零散功能点做存储资源优化，没有形成全流程闭环的优化逻辑，难以持续迭代优化。智能车控OS通过建立资源消耗模型，借助智能车控OS的资源分析工具，并结合资源池化诸多优化机制，形成全流程可持续的优化方案，将OS的资源开销相比行业领先方案优化30%，具体方案与效果如下图所示：3.2.2.5轻量级安全隔离传统操作系统常采用内核级纵向隔离不仅资源开销大，且高度依赖特定硬件功能，例如复杂的MMU配置等。智能车控OS创新地在解耦底层硬件特殊功能的依赖基础上，构建了一套轻量级软件解耦框架。该框架实现了核与核、系统软件间、以及应用层级间的三种纵向隔离机制，充分满足车载业务在功能隔离与独立复位方面的核心需求，通过最大化的轻量化设计，实现隔离安全性与资源效率间的最佳平衡，具体原理理想星环OS技术架构白皮书v1.015