隨著汽車加速電氣化的步伐，作為交通工具的汽車，逐漸由機(jī)械驅(qū)動(dòng)的機(jī)器向軟件驅(qū)動(dòng)的電子產(chǎn)品過(guò)渡，業(yè)內(nèi)人士普遍認(rèn)為，汽車將會(huì)成為下一個(gè)移動(dòng)智能終端。在這個(gè)趨勢(shì)下，汽車產(chǎn)品和內(nèi)部系統(tǒng)的競(jìng)爭(zhēng)法則都將改寫。整車企業(yè)以往的技術(shù)工程核心是發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱，而展望未來(lái)，在車聯(lián)網(wǎng)的平臺(tái)下，給汽車配置足夠強(qiáng)大的感應(yīng)器、SoC級(jí)芯片，以及相匹配的運(yùn)算能力，顯得越來(lái)越重要。汽車上軟件代碼行數(shù)像滾雪球一樣不斷增長(zhǎng)，目前市面上的量產(chǎn)車通常是在50-60個(gè)ECU上運(yùn)行著2,000-3,000萬(wàn)行代碼，豪華車型甚至?xí)@個(gè)這個(gè)數(shù)量上翻倍。這些代碼控制著從娛樂(lè)系統(tǒng)到安全和動(dòng)力系統(tǒng)的所有功能，這意味著整車的復(fù)雜度升高。和硬件相比，軟件迭代快得多，很容易做到個(gè)性化設(shè)計(jì)，同時(shí)也亟需進(jìn)行系統(tǒng)化管理。如果說(shuō)消費(fèi)者對(duì)汽車OTA（Over-The-Air）技術(shù)還有點(diǎn)陌生的話，他們對(duì)智能手機(jī)的在線升級(jí)功能一定是熟悉并使用過(guò)的。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)汽車OTA技術(shù)就是通過(guò)遠(yuǎn)程完成對(duì)車載軟件的升級(jí)，可以快速修復(fù)缺陷、開啟新功能等等。傳統(tǒng)的車輛維修和軟件更新，采用的是線下店維修和召回的模式，而OTA技術(shù)具備減少召回成本、快速響應(yīng)安全需求、提升用戶體驗(yàn)等多種優(yōu)勢(shì)，從擴(kuò)大覆蓋范圍和降低管理復(fù)雜度上來(lái)看，必然是未來(lái)智能汽車的必然選擇。如下圖所示，OTA技術(shù)也是從萌芽階段、到娛樂(lè)系統(tǒng)和互聯(lián)模塊本身再到動(dòng)力總成和安全系統(tǒng)，再到未來(lái)可能的汽車的核心運(yùn)算單元（各個(gè)區(qū)塊的域控制器）。
圖：OTA技術(shù)在車輛上的應(yīng)用進(jìn)程
OTA 技術(shù)要求對(duì)整車電氣架構(gòu)進(jìn)行大范圍的調(diào)整，因此對(duì)原有的架構(gòu)而言存在很大的改革挑戰(zhàn)，另外網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題也是目前沒(méi)辦法立刻推行該項(xiàng)技術(shù)的顧慮因素。
圖：整車內(nèi)汽車電子的層級(jí)
OTA主要分為FOTA（Firmware- Over-The-Air，固件在線升級(jí)）和SOTA（Software-Over-The-Air，軟件在線升級(jí)）兩類。前者是對(duì)固件下載安裝鏡像，是一個(gè)系統(tǒng)性更新；后者是對(duì)部分應(yīng)用層軟件的迭代更新。在汽車電子領(lǐng)域， FOTA 與 SOTA 界限比較模糊，通常將 HU 中的 APP 更新稱為SOTA，將其他 ECU 的更新甚至于所有更新統(tǒng)稱為 OTA。汽車OTA架構(gòu)主要包含云端服務(wù)器和車輛終端組建兩部分，如下圖所示：
（1）OTA云端服務(wù)器：為車載終端提供OTA服務(wù)，主要管理各個(gè)軟件供應(yīng)商的原始固件升級(jí)軟件。出于安全考慮，需要構(gòu)建一個(gè)獨(dú)立的子模塊，負(fù)責(zé)OTA服務(wù)平臺(tái)的安全，包括密鑰證書管理服務(wù)、數(shù)據(jù)加密服務(wù)、數(shù)字簽名服務(wù)等。 （2）車輛終端OTA組件：對(duì)升級(jí)包進(jìn)行合法性驗(yàn)證，適配安全升級(jí)流程。汽車OTA流程主要分為三步：管理和生成更新包、分發(fā)更新包、安裝更新包。具體如下：
（1）管理和生成相關(guān)的更新包文件：云端服務(wù)器是負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)整個(gè)OTA過(guò)程的主要單元，它不僅要確定更新哪些車輛，是否與車輛建立可靠的連接（生成一個(gè)可靠的可信通道）并實(shí)時(shí)掌握消息，然后把固件包或者更新包從軟件庫(kù)里面提取出來(lái)，確定分發(fā)包的更新順序，管理整個(gè)進(jìn)程，并在完成后校驗(yàn)。
（2）分發(fā)并檢查：服務(wù)器會(huì)做加密渠道分發(fā)更新包，而在車輛端有個(gè)計(jì)算能力強(qiáng)大并有足夠存儲(chǔ)空間的控制器進(jìn)行下載、驗(yàn)證和解密，相對(duì)應(yīng)的，與服務(wù)器也有作業(yè)管理器負(fù)責(zé)報(bào)告當(dāng)前狀態(tài)和錯(cuò)誤信息， 每個(gè)更新作業(yè)都有一個(gè)用于跟蹤使用情況的作業(yè)ID。
（3）更新和刷新安裝：為了防止車輛刷新時(shí)死機(jī)，通常整車企業(yè)在決定FOTA前需要做完備的方案，比如通過(guò)聯(lián)網(wǎng)模塊（如儀表板、中控臺(tái)等）實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)更新文件刷入ECU進(jìn)程的監(jiān)控，每一步操作都會(huì)監(jiān)控整個(gè)機(jī)制是否完整，并且能保證隨時(shí)停止和重新寫入。只要對(duì)應(yīng)的ECU存在可以運(yùn)行的導(dǎo)引程序，那就保證了車輛和服務(wù)器對(duì)整個(gè)過(guò)程的控制，并把刷死機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)降到最低。完成最后的準(zhǔn)備工作后，ECU將重新啟動(dòng)，代理和服務(wù)器之間將持續(xù)連接，服務(wù)器可以獲得當(dāng)前更新狀態(tài)的最新信息。車企在OTA的發(fā)力及標(biāo)準(zhǔn)推進(jìn)
汽車企業(yè)都在努力構(gòu)建自己的OTA的架構(gòu)和功能，形成自己的標(biāo)準(zhǔn)。特斯拉在2012年首次使用OTA技術(shù)，升級(jí)娛樂(lè)、自動(dòng)駕駛、動(dòng)力、電池等模塊；之后至2018年前后，豐田、大眾、福特、沃爾沃先后采用對(duì)娛樂(lè)系統(tǒng)、導(dǎo)航等推出OTA在線系統(tǒng)更新，以及在實(shí)時(shí)車況診斷的基礎(chǔ)上升級(jí)為預(yù)警提醒等。2019年之后年上汽、廣汽、一汽、長(zhǎng)安、豐田、大眾、寶馬等海內(nèi)外整車廠紛紛成立軟件部門(公司)，發(fā)力智能駕駛數(shù)字化業(yè)務(wù)，見下表。
2020年以來(lái)，隨著以特斯拉為代表的多家新造車勢(shì)力推出新款智能電動(dòng)汽車，OTA技術(shù)已在新車型上升級(jí)車機(jī)系統(tǒng)方面得到普遍應(yīng)用。比如，特斯拉從 2020 年初至今，共進(jìn)行了19次OTA更新，在所有的車企中升級(jí)頻次最高，最新一次是 今年6月通過(guò)OTA實(shí)施召回，優(yōu)化巡航控制功能。國(guó)內(nèi)新勢(shì)力代表蔚來(lái)、理想、小鵬等，也通過(guò) OTA 同步推送新功能，提升充電效率，優(yōu)化駕駛輔助，修復(fù)車機(jī)系統(tǒng)BUG等。未來(lái)，隨著汽車智能化程度不斷提升，預(yù)計(jì)召回問(wèn)題中超過(guò)50%以上是軟件問(wèn)題，OTA生態(tài)的構(gòu)建將顯著降低這部分召回成本。咨詢機(jī)構(gòu)IHS曾預(yù)測(cè)，汽車制造商從OTA軟件更新中節(jié)省的成本將從2015年的27億美元增長(zhǎng)到2022年的350億美元。從全球范圍來(lái)看，各個(gè)國(guó)家、地區(qū)以及主要的國(guó)際性聯(lián)盟，都在嘗試制定OTA標(biāo)淮。2016年12月，由英國(guó)和日本作為主席國(guó)，成立了專門的汽車信息安全標(biāo)準(zhǔn)任務(wù)組UN Task Force on Cyber security and OTA issues (CS/ OTA)，圍繞汽車網(wǎng)絡(luò)安全、數(shù)據(jù)保護(hù)和軟件升級(jí)OTA三部分開展國(guó)際法規(guī)及標(biāo)準(zhǔn)的制定工作，國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU—SG17）也全面與參與了該任務(wù)組的相關(guān)工作。中國(guó)各行業(yè)專家也在中國(guó)汽車技術(shù)研究中心的組織下參與了該任務(wù)組的部分工作，并有相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)建議提案。從2017年1月1日起，國(guó)標(biāo)《電動(dòng)汽車遠(yuǎn)程服務(wù)與管理系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》（GB/T 32960.1-2016）規(guī)定，新生產(chǎn)的全部新能源汽車安裝車載終端，通過(guò)企業(yè)監(jiān)測(cè)平臺(tái)對(duì)整車及動(dòng)力電池等關(guān)鍵系統(tǒng)運(yùn)行安全狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和管理。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)公共服務(wù)領(lǐng)域車輛相關(guān)安全狀態(tài)信息要上傳至地方監(jiān)測(cè)平臺(tái)，從中也會(huì)產(chǎn)生OTA需求。2020年11月，國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督總局發(fā)布《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)汽車遠(yuǎn)程升級(jí)(OTA)技術(shù)召回監(jiān)管的通知》明確指出，車企"采用 OTA 方式對(duì)已售車輛開展技術(shù)服務(wù)活動(dòng)的"，要向市監(jiān)總局備案;而"采用OTA方式消除汽車產(chǎn)品缺陷、實(shí)施召回的"，要制定召回計(jì)劃、向市監(jiān)總局備案，并依法履行召回主體責(zé)任。今年（2021年）6月4日，市監(jiān)總局又發(fā)布《汽車遠(yuǎn)程升級(jí) (OTA)技術(shù)召回備案的補(bǔ)充通知》。
很多人對(duì)于汽車OTA的認(rèn)知來(lái)源于手機(jī)OTA，從技術(shù)特點(diǎn)上來(lái)看確實(shí)有類似之處，但真正在實(shí)施過(guò)程中，兩者還是有很大的區(qū)別，特別是安全問(wèn)題。舉個(gè)例子，手機(jī)在進(jìn)行OTA升級(jí)時(shí)，如果升級(jí)不成功，最差的情況不過(guò)是手機(jī)變“磚頭”，而汽車情況則大不一樣，稍有不慎就是車損人傷。在FOTA流程中，主要存在傳輸風(fēng)險(xiǎn)和升級(jí)包篡改風(fēng)險(xiǎn)。終端下載升級(jí)包的傳輸流程中，攻擊者可利用網(wǎng)絡(luò)攻擊手段，如中間人攻擊，將篡改偽造的升級(jí)包發(fā)送給車載終端，如果終端在升級(jí)流程中同時(shí)缺少驗(yàn)證機(jī)制，那么被篡改的升級(jí)包即可順利完成升級(jí)流程，達(dá)到篡改系統(tǒng)、植入后門等惡意程序的目的。攻擊者還可能對(duì)升級(jí)包進(jìn)行解包分析，獲取一些可利用的信息，如漏洞補(bǔ)丁等，升級(jí)包中關(guān)鍵信息的暴露會(huì)增加被攻擊的風(fēng)險(xiǎn)。
所以汽車OTA必須要在一個(gè)合適的時(shí)間、合適的地點(diǎn)以及車輛合適的狀態(tài)下進(jìn)行升級(jí)。這就要求車企制定相應(yīng)的升級(jí)策略，以盡可能安全、經(jīng)濟(jì)的方式來(lái)開展這項(xiàng)操作。OTA技術(shù)對(duì)于整車企業(yè)而言，其實(shí)也存在推廣之后承擔(dān)出現(xiàn)問(wèn)題的風(fēng)險(xiǎn)，前文也提過(guò)，這是制約整車企業(yè)推動(dòng)OTA技術(shù)在車輛上應(yīng)用發(fā)展的一大障礙。隨著信息安全技術(shù)的導(dǎo)入，這部分工作將會(huì)變成整車企業(yè)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合的發(fā)展。
OTA的意義在于提供不斷升級(jí)更新的服務(wù)，通過(guò)軟件的下載與更新，實(shí)現(xiàn)越來(lái)越多的可能性。OTA本身不是新興的概念和技術(shù)，已在手機(jī)等娛樂(lè)電子產(chǎn)品上廣泛應(yīng)用，對(duì)智能汽車來(lái)說(shuō)，還是一個(gè)未來(lái)技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)方向，用戶需求和車企售后維護(hù)都需要它。如果汽車廠沒(méi)有掌握OTA的解決方案，很快就會(huì)被邊緣化，因?yàn)闊o(wú)法持續(xù)更新軟件、沒(méi)有辦法做雙向的溝通跟交流，沒(méi)有辦法快速提供服務(wù)和應(yīng)用供車主選擇使用。這項(xiàng)技術(shù)將隨著整車企業(yè)對(duì)軟件能力、網(wǎng)絡(luò)能力、產(chǎn)品全生命周期需求的把握，變得越來(lái)越重要。作者 朱玉龍 。資深電動(dòng)汽車電子工程師，在從事新能源汽車電子化工作，目前的主要工作職責(zé)是跟蹤汽車動(dòng)力電池模塊及電池系統(tǒng)的新技術(shù)發(fā)展，支持新技術(shù)導(dǎo)入在電池系統(tǒng)對(duì)標(biāo)、工程設(shè)計(jì)、部件研發(fā)、工程驗(yàn)證的工作。在智能電動(dòng)汽車領(lǐng)域有非常深入的認(rèn)知，對(duì)于中國(guó)當(dāng)前汽車產(chǎn)業(yè)鏈的情況有做深入和長(zhǎng)期的跟蹤。個(gè)人開設(shè)了《汽車電子設(shè)計(jì)》和知乎專欄。
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