背景：
本文節(jié)選自由中國(guó)汽車(chē)工程學(xué)會(huì)、中國(guó)智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟發(fā)布的《智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)遠(yuǎn)程升級(jí)（OTA）發(fā)展現(xiàn)狀及建議》，本研究從既保障安全、又鼓勵(lì) OTA 技術(shù)應(yīng)用的目標(biāo)出發(fā)，開(kāi)展 OTA 定義與技術(shù)體系、政策法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀、產(chǎn)業(yè)生態(tài)現(xiàn)狀、安全風(fēng)險(xiǎn)與測(cè)試評(píng)價(jià)等相關(guān)研究，并分析提出發(fā)展建議，以支撐相關(guān)政策法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)制修訂和企業(yè)軟硬件及 OTA技術(shù)研發(fā)，力求為智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)I造良好環(huán)境。OTA 技術(shù)最早應(yīng)用在 PC 電腦和移動(dòng)手機(jī)行業(yè)，近幾年才開(kāi)始在汽車(chē)行業(yè)中 廣泛應(yīng)用。然而車(chē)內(nèi)通訊網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性、汽車(chē)電子系統(tǒng)的碎片化等因素限制著 OTA 技術(shù)整車(chē)范圍普及。本章從 OTA 定義與應(yīng)用場(chǎng)景、OTA 實(shí)現(xiàn)流程和“云-管-端”關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，為行業(yè)從業(yè)者對(duì) OTA 技術(shù)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)、技術(shù)驗(yàn)證和生產(chǎn)工作提供參考。
一、汽車(chē) OTA 定義與應(yīng)用場(chǎng)景
1.1 OTA 定義及分類(lèi)
OTA 是 Over the Air 的縮寫(xiě)，通常指的是遠(yuǎn)程無(wú)線方式，OTA 技術(shù)可以理解為一種遠(yuǎn)程無(wú)線升級(jí)技術(shù)。在無(wú)特別說(shuō)明情況下，本文所指的 OTA 是所有汽車(chē)遠(yuǎn)程升級(jí)的統(tǒng)稱(chēng)。實(shí)現(xiàn) OTA 的基礎(chǔ)是車(chē)輛具備遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)功能，這意味著正是智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)滲透率的快速增長(zhǎng)，推動(dòng)了 OTA 的快速普及。
OTA 的本質(zhì)是通過(guò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)軟件更新，智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)與傳統(tǒng)汽車(chē)的軟件升級(jí)不同之處在于，通過(guò) OTA 技術(shù)，原始設(shè)備制造商（OEM）可以不用通過(guò)售后服務(wù)中心，而是直接遠(yuǎn)程連接目標(biāo)聯(lián)網(wǎng)車(chē)輛，將軟件更新推動(dòng)至待升級(jí)的車(chē)輛。
隨著 OTA 的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，針對(duì)升級(jí)對(duì)象的不同，延伸出來(lái)很多不同的 概念。人們?cè)谡劶?OTA 相關(guān)業(yè)務(wù)時(shí)通常會(huì)在前面增加一個(gè)具體對(duì)象，用于表明使用 OTA 技術(shù)實(shí)現(xiàn)何種功能，比如遠(yuǎn)程軟件升級(jí)、遠(yuǎn)程固件升級(jí)、遠(yuǎn)程配置、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)更新等。然而在一些 OTA 解決方案中，已經(jīng)模糊了不同類(lèi)型遠(yuǎn)程升級(jí)的邊界，將所有可升級(jí)的軟件對(duì)象抽象為軟件簇，而軟件簇包含了從小到配置字信息大到整個(gè)操作系統(tǒng)固件所有顆粒度的對(duì)象。并且，GB《汽車(chē)軟件升級(jí)通用 技術(shù)要求》中對(duì)軟件升級(jí)（Software Update）的定義已經(jīng)涵蓋了下述幾種 OTA 概念（遠(yuǎn)程診斷除外）。
1.1.1 遠(yuǎn)程軟件升級(jí)(SOTA)
SOTA（Software Over-The-Air），即遠(yuǎn)程軟件升級(jí)，是指在操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上對(duì)應(yīng)用程序進(jìn)行遠(yuǎn)程升級(jí)。SOTA 通過(guò)遠(yuǎn)程下載并給車(chē)輛安裝“應(yīng)用程序升級(jí)包”，來(lái)實(shí)現(xiàn)控制器功能的一個(gè)“增量”更新， 一般應(yīng)用于娛樂(lè)系統(tǒng)和智駕系統(tǒng)。
SOTA 一般涉及應(yīng)用層小范圍的功能局部更新，不包括汽車(chē)核心系統(tǒng)，對(duì)整 車(chē)性能和安全影響較小，升級(jí)前置條件要求較低。SOTA 的增量更新策略， 可以大幅減小升級(jí)包文件大小、從而節(jié)約網(wǎng)絡(luò)流量和存儲(chǔ)空間。
1.1.2 遠(yuǎn)程固件升級(jí)(FOTA)
FOTA（Firmware Over-The-Air），即遠(yuǎn)程固件升級(jí)，是指囊括車(chē)輛底層算法至頂層應(yīng)用的綜合升級(jí)，在不改變車(chē)輛原有配件的前提下，通過(guò)遠(yuǎn)程下載并寫(xiě)入新的固件程序進(jìn)行設(shè)備升級(jí)。FOTA 包括驅(qū)動(dòng)、系統(tǒng)、功能、應(yīng)用等的升級(jí)，與硬件的更換沒(méi)有關(guān)系。
FOTA 涉及車(chē)輛的核心系統(tǒng)，包括但不限于汽車(chē)動(dòng)力控制系統(tǒng)、底盤(pán)電子系 統(tǒng)、自動(dòng)駕駛系統(tǒng)、車(chē)身控制系統(tǒng)等核心零部件的控制系統(tǒng)，可以改變車(chē)輛的充放電、動(dòng)能回收、加速性能、輔助駕駛系統(tǒng)邏輯等與深度駕控有關(guān)的體驗(yàn)。理論上所有支持固件更新的電子控制單元（ECU）都可以涵蓋在 FOTA 范圍中。
1.1.3 遠(yuǎn)程配置(COTA)
COTA（Configuration Over-The-Air），即遠(yuǎn)程配置，是指通過(guò) OTA 的方式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程修改配置字，以達(dá)到修改軟件功能配置的目的。配置字是一組以數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)碼(DID)方式存儲(chǔ)在 ECU 上的數(shù)據(jù)，可通過(guò)診斷指令進(jìn)行讀取和修改。它根據(jù)特定的編碼規(guī)則與車(chē)輛功能特征碼一一對(duì)應(yīng)，通過(guò)配置可判斷車(chē)輛的功能配置，軟件可根據(jù)配置實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。遠(yuǎn)程配置常見(jiàn)的應(yīng)用場(chǎng)景是遠(yuǎn)程開(kāi)啟和關(guān)閉某項(xiàng)功能，例如軟件訂閱功能。
1.1.4 遠(yuǎn)程診斷/遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)更新(DOTA)
DOTA 有兩種常見(jiàn)解釋?zhuān)?/span>
DOTA(Data Over-The-Air)，即遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)更新，是指一些獨(dú)立于軟件程序存在的數(shù)據(jù)包的更新，比如，地圖數(shù)據(jù)、語(yǔ)音數(shù)據(jù)和算法模型數(shù)據(jù)等。這類(lèi)更新的特點(diǎn)是數(shù)據(jù)量比較大，更新流程相對(duì)獨(dú)立，比如，地圖數(shù)據(jù)通常由地圖應(yīng)用自行更新，而數(shù)據(jù)量也可能高達(dá)幾 G 到幾十G。
DOTA(Diagnostic Over-The-Air)，即遠(yuǎn)程診斷，通過(guò)云平臺(tái)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集監(jiān)控，主動(dòng)性地檢查汽車(chē)系統(tǒng)異常問(wèn)題，為遠(yuǎn)程問(wèn)題修復(fù)與人工問(wèn)題修復(fù)提供決策依據(jù)。遠(yuǎn)程診斷的觸發(fā)方式有兩種，一種是用戶(hù)在車(chē)輛上發(fā)現(xiàn)異常狀況的響應(yīng)式；另一種是周期性收集通訊網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用程序、硬件效能、使用操作記錄、系統(tǒng)程序等狀態(tài)信息，利用大數(shù)據(jù)后臺(tái)分析監(jiān)測(cè)故障。
1.1.5 其他類(lèi)型(XOTA)
隨著汽車(chē)智能化程度越來(lái)越高，除了車(chē)輛本身軟件的升級(jí)外，還可能會(huì)涉及 到外部智能設(shè)備交互功能的軟件更新，比如，智能鑰匙、AR 設(shè)備等。目前有些企業(yè)和組織將所有與車(chē)輛相關(guān)聯(lián)的軟件升級(jí)統(tǒng)稱(chēng)為 XOTA，即 Everything Over-The-Air 的意思。
1.2 OTA 應(yīng)用場(chǎng)景
1.2.1 車(chē)輛生命周期維度
從開(kāi)發(fā)者編譯生產(chǎn)出目標(biāo)版本軟件，到該軟件更新至目標(biāo)硬件設(shè)備上的全過(guò) 程涉及多個(gè)階段。在不同的階段，受產(chǎn)品形態(tài)和生產(chǎn)環(huán)境限制，所適用的軟件更新目的和手段也有所不同，如下表 2- 1 所示。目前，大部分車(chē)企的 OTA 主要集中在售后軟件更新，但不論是從效率上還是成本上 OTA 都體現(xiàn)出了巨大的優(yōu)勢(shì)。隨著 OTA 應(yīng)用越來(lái)越成熟，從單一的售后升級(jí)場(chǎng)景向更多的應(yīng)用場(chǎng)景發(fā)展是的必然趨勢(shì)。
表 2-1 車(chē)輛生命周期維度的軟件更新應(yīng)用
1.2.2 軟件運(yùn)營(yíng)管理維度
從軟件運(yùn)營(yíng)管理的維度 OTA 的典型應(yīng)用場(chǎng)景如下表 2-2 所示。
表 2-2 軟件運(yùn)營(yíng)管理維度的軟件更新典型應(yīng)用場(chǎng)景
二、 汽車(chē) OTA 技術(shù)體系
2.1 OTA 實(shí)現(xiàn)流程
汽車(chē)軟件更新的本質(zhì)是將供應(yīng)商或者 OEM 內(nèi)部開(kāi)發(fā)部門(mén)編譯出來(lái)的軟件或 者數(shù)據(jù)替換當(dāng)前車(chē)輛 ECU 中的版本，以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的特定功能。因此，汽車(chē)軟件升級(jí)所需要的核心工作是建立遠(yuǎn)程傳輸鏈路并實(shí)現(xiàn) OEM 云端系統(tǒng)遠(yuǎn)程更新車(chē)輛 ECU 中的軟件數(shù)據(jù)。同時(shí)，為了準(zhǔn)確、安全、可靠地完成 ECU 軟件的更新，OTA 系統(tǒng)需要云端管理系統(tǒng)對(duì)軟件、升級(jí)對(duì)象進(jìn)行管理，以實(shí)現(xiàn)人工操作到自動(dòng)化的轉(zhuǎn)變；車(chē)端系統(tǒng)需要完成軟件數(shù)據(jù)的接收和分發(fā)工作，并保證無(wú)專(zhuān)業(yè)技師操作情況下的安全升級(jí)。
圖 2-1：OTA 實(shí)現(xiàn)流程(來(lái)源 AutoSAR)
圖2-1 是一個(gè)典型的 OTA 系統(tǒng)框架，包含了三個(gè)基本要素，即云端的 OTA 平臺(tái)、車(chē)端 OTA 主控、OTA 對(duì)象。其中：OTA 云平臺(tái)負(fù)責(zé) OTA 升級(jí)包管理、車(chē)輛管理及 OTA 發(fā)布等功能，車(chē)端 OTA 主控負(fù)責(zé)從 OTA 云平臺(tái)下載升級(jí)包并將其刷寫(xiě)到目標(biāo) ECU ，OTA 升級(jí)對(duì)象即最終軟件刷寫(xiě)的主體，從主控接收軟件并完成自身軟件更新。OTA 的基本實(shí)現(xiàn)流程（圖2-1）可歸納為下表 2-3 所示步驟。
表 2-3 OTA 的基本實(shí)現(xiàn)流程
轉(zhuǎn)自汽車(chē)電子與軟件
