[首發于智駕最前沿微信公眾號]在智能網聯與生成式AI技術深度融合的浪潮下，汽車操作系統已經從最初的簡單資源管理平臺，演化為承載感知決策、執行控制與安全防護的智能化中樞。理想汽車自主研發的星環OS（HaloOS），基于“資源集中與共享、極致性能、快速迭代、高安全性”四大設計原則，打通了底層硬件與上層智能應用的隔閡，為自動駕駛技術提供了強大而可靠的系統底座。

在過去的幾十年里，汽車操作系統的發展與汽車電子電氣架構的演變緊密相隨。自20世紀70年代電子燃油噴射與ABS系統引入ECU（電子控制單元）以來，汽車功能數量呈爆炸式增長，傳統分散式ECU治理帶來軟件割裂與線束復雜度急劇提升。進入21世紀后期，域集中化架構與AUTOSAR Classic/Adaptive平臺逐步成為行業標配，單車ECU數量從幾十個降低到約十個，但功能差異與跨域協同依然受限。伴隨著生成式AI與大模型技術的落地，車輛對算力與網絡帶寬需求急劇攀升，單一域操作系統難以滿足全車多場景機器人級的智能化訴求。因此，構建一款“一體化全域協同”的汽車操作系統成為行業共識，也是星環OS應運而生的時代背景。

星環OS的核心架構可比喻為人體系統，智能駕駛OS如“大腦”進行復雜決策、智能車控OS如“小腦”執行精準控制、通信中間件VBS如“神經系統”承擔高效數據傳輸、信息安全子系統如“免疫系統”維護全局安全。這四大子系統互為支撐，通過全局任務調度與統一協議棧，保障從傳感器到執行器的端到端確定性與超低抖動。算力與網絡資源在中央管理，實現跨域算力池化與服務共享；軟件模塊高度解耦，通過統一API與中間件，實現軟硬分離與快速迭代；安全體系從芯片根信任到應用層縱深防御，全面杜絕惡意攻擊與數據泄露。

通信中間件VBS（Vehicle?Bus?System）是星環OS的神經中樞，支撐全車數百個主題(topic)的實時通信。VBS?Pro版通過無鎖化設計、跨進程零拷貝與自適應序列化技術，實現了多核多進程環境下的高帶寬與低延時傳輸；VBS?Lite版則采用輕量級協議、傳輸通道合并與邏輯端點虛擬化，滿足資源受限MCU的部署需求。二者共用統一協議層，無需在以太網、CAN與共享內存協議間手動切換，大幅簡化工程化管理。結合E2E校驗、丟包重傳與多路冗余傳輸機制，VBS確保關鍵安全指令在車規級環境下的可靠到達與穩定性能。

智能車控OS（VCOS）是面向動力與底盤控制場景的實時操作系統，通過軟硬解耦與全鏈路優化，實現了高安全、高實時的車控業務保障。其芯片抽象層對CPU、驅動與編譯工具鏈進行多維度建模，使芯片適配周期從數月縮短至約四周；微秒級中斷處理與搶占式優先級調度結合全局尋優時序分析工具，確保端到端硬實時性能在多核異構環境中可預測；自主研發的確定性網絡協議棧與輕量化通信層，將跨域服務訪問延遲降低90%，接近本地訪問水平；通過資源消耗建模與池化優化，VCOS持續壓縮存儲與CPU開銷，相較行業領先方案節省30%資源成本。

智能駕駛OS專注于智能感知與決策鏈路的端到端確定性與高性能。其圖像預處理子系統能夠根據多路攝像頭配置動態規劃到硬件IP的處理流水線，最大限度減少從攝像頭采集到圖像可用的延時；AI推理子系統則結合多層級算力預編排與子模型并行、優先級調度和時空資源調度等多種策略，實現不同場景下的推理實時性與資源利用平衡；通過構建異構計算任務圖并精確映射底層硬件單元，系統確保從傳感到規劃再到控制的全鏈路可回放確定性。此外，基于可編程調度模型與智能內存分級卸載的定制化Linux內核，為復雜算法與高負載場景提供了可靠的內核支持；配套實時健康診斷框架，可快速定位軟硬件故障并執行多級容災處理，保障行車安全。

虛擬化引擎LiVisor是星環OS面向集中式AI計算平臺的關鍵組件，通過軟硬聯合定制化實現高效隔離與共享。基于靜態分區技術，LiVisor以物理CPU為粒度綁定vCPU，通過Stage?2?MMU和白名單機制對內存與外設進行硬隔離，杜絕跨虛擬機資源爭搶與越界訪問。為解決傳統virtio半虛擬化導致的30%~40% I/O性能損耗，系統重構vhost控制面并引入VM?ExitLess增強方案，消除上下文切換帶來的額外時延。共享內存零拷貝通信與vCPU-pCPU一對一靜態綁定、大頁預映射及中斷直通等技術協同，使虛擬機運行性能與實時性接近原生水平；三級并行啟動與精細休眠喚醒策略，以及外設級、VM級與系統級的三級低功耗模式，確保“上車即用”與能耗控制雙重體驗。

信息安全子系統為星環OS構筑了從硬件根信任到應用層的多層防護體系。軟硬結合的密碼學算法庫涵蓋對稱加解密、非對稱簽名、密鑰交換與哈希算法等，性能較純軟件實現提升4倍，實現了端到端傳輸加密與透明存儲加密；信任根從安全硬件啟動加載第一階段Bootloader，逐級簽名驗證內核與固件，防止篡改與回退攻擊；基于PKI的動態證書體系與精細化權限管控，確保只有經過授權的應用才能訪問關鍵資源；TEE安全環境在隔離世界中管理硬件根密鑰，為敏感代碼與數據提供芯片級隔離保護，即便非安全世界遭受攻擊，也無法破解安全核心。

在創新場景應用方面，星環OS的技術優勢得到充分驗證。在傳感器跨域共享案例中，系統通過確定性網絡與資源服務化框架，將跨控制器IMU與攝像頭的遠端訪問時延從傳統10ms以上壓縮至1ms以內，成功打破“數據孤島”，顯著降低硬件成本與線束復雜度；在AEB/AES緊急制動與避讓場景中，通過全車高精度時間同步、全局協同調度與關鍵任務隔離，系統端到端反應時延較傳統方案縮減約50%，抖動降低至原先的1/5，為高速行駛下的生命安全贏得寶貴距離；在通信鏈路安全防護中，內置PKI證書、應用簽名與數據加密等內建機制，有效抵御惡意注入與中間人攻擊，確保車內網絡環境的可信與高效。

星環OS將于2025年4月底分階段開源，采用Apache?License授權，旨在打破行業“重復造輪子”困局，通過生態共建實現車企、芯片廠商與上下游伙伴的互利共贏。車企可借助星環OS在大規模自有車隊實測中不斷迭代的系統質量，縮短AI功能落地與量產周期；芯片廠商則可借助星環OS原生適配ARM、TriCore、RISCV等主流架構的能力，加速新芯片上車驗證與量產。開放生態中，星環OS有望超越智能汽車場景，成為通用空間智能操作系統的基座，推動自動駕駛與機器人領域的深度融合與技術演進。

由此可見，理想星環OS通過軟硬深度協同、端到端確定性保障、縱深安全防護與快速迭代能力，構建了一個面向未來的汽車操作系統底座。它不僅滿足了當下自動駕駛對實時性和安全性的嚴苛要求，更為“空間機器人時代”打下堅實基礎。隨著開源生態的不斷完善與產業鏈的廣泛參與，星環OS有望引領汽車智能化進入全新階段，驅動行業向更高可靠性、更強智能化、更深安全性方向邁進。

審核編輯 黃宇