一、汽车OTA技术简介

在日常的用车过程中诸君是否已经有过对车辆软件进行远程升级的体验了呢？即使有部分小伙伴还未有过汽车方面的相关经历，但对于远程升级应该也不会陌生，因为在日常的手机、电脑的使用过程中，升级更新应该已经是常有的事情了。

与手机、电脑等消费类电子一样，在汽车发展日益智能化、网联化的当下，汽车软件的功能变得日益强大且多样，而如何将这些新的软件安全、稳定且高效的推送给用户则成为了主机厂们研究的新课题。在很长的一段时间内，通过对手机等移动终端的相关技术的引入与研究，最终远程升级技术在汽车领域的应用得以发展并铺开。该技术的应用贯穿了汽车软件整体架构，向上可更新应用软件、云服务，向下可迭代底层软件、数据，通过纵向跨越软件的不同层次，深刻影响汽车软件的开发方式和更新迭代周期。

图1 车辆使用周期中通过OTA技术更新软件

汽车OTA（Over-the-air，空中下载技术）技术按照功能实现的不同可将其分两类，即SOTA（Software-over-the-air，软件在线升级）和FOTA（Firmware-over-the-air，固件在线升级）。

图2 汽车OTA技术分类

SOTA：是在如AUTOSAR AP、Android等操作系统的基础上对某一控制单元的应用程序或软件部分功能模块进行升级，由于是局部应用或软件的升级更新，因此对于整车的整体性能的影响较小，例如UI界面、车载地图、人机交互界面或者是其他单一的功能。

FOTA：相较于SOTA其所涉及的功能范围更广，是在不改变车辆原有配件的前提下，通过写入新的固件程序进行产品的升级，比如新增自动驾驶功能、更新整个座舱系统等。

但SOTA与FOTA在功能定义上并没有一个明确的界限，若一定要分的话，那就简单理解为FOTA涉及的范围是系统级的更新，SOTA是某软件的局部功能更新。从应用现状来看，目前仅有少数车型能够提供整车FOTA，大部分还是应用SOTA技术对车辆的部分功能进行更新迭代。

从技术层面对比的话，FOTA涉及整车核心功能的系统性更新，对整车性能影响较大，升级过程对时序、稳定性、安全性要求极高，也是由于FOTA的应用够深层次改变汽车控制系统、管理系统及性能表现，因此相比于SOTA在技术实现上难度更大。

二、汽车OTA发展

汽车OTA技术的发展按照在整车上的应用范围划分，可将其分为三大阶段：整车不可升级阶段、部分可升级阶段和全车可升级阶段。

图3 OTA技术发展三大阶段

整车不可升级阶段：顾名思义处于该阶段的车子一旦售出，其软件便处于“绝对”冻结状态，若无软件相关的重大缺陷，在整车的生命周期中不会再有升级的服务。但由于位于此阶段的汽车其搭载的ECU基本上不具备OTA功能，因此即使是出现软件相关的问题，由于不可在线更新，故而只能通过召回的方式对相关控制器总成进行更换。

注：正常情况下，更换下来的控制器总成是不可二次利用的。

部分可升级阶段：当前车企主要处于该阶段并往前发展的态势，其应用技术可归类于SOTA。限制于整车电子电气架构的发展，该阶段的整车可实现某些主要零部件或功能的软件升级，但不同产品的升级方式也存在差异，如：

1）以T-BOX为媒介，实现ECU层面的软件升级。该方式主要应用在分布式电子电气架构向域集中式架构发展的和部分域架构的汽车上，是当前大多数车型在进行远程更新时所应用的技术。此方式先是通过云端将软件升级包发送至车内的T-BOX，再通过T-BOX将相关的软件下载至需要更新的ECU中，这个过程诸君可以简单的将T-BOX理解为一种‘刷写工具’，其流程大体如下：

图4 传统OTA技术

2）基于操作系统直接对ECU层面的软件进行升级。该方式无需再通过T-Box这个零件便可对软件进行更新，较之“以T-BOX为媒介”的应用，在技术上更进了一步，同时其软件更新效率也更高，当前主要应用于座舱、局部功能等软件的更新中，过程如下：

图5 基于Android、AUTOSAR AP的SOTA升级

该技术在座舱可视化方面的实际应用之一，如下图所示，可适时更新相关产品，以提高用户的用车体验。

图6 某车型为应景节日推送座舱开机屏保

全车可升级阶段：随着电子电气架构朝着中央集成发展，在面向服务的SOA的支持下，汽车软件系统被集成于中央计算单元之中，应用软件原子化为各种服务和组合，车企可根据需要实时对整车软件进行更新迭代。同时在此阶段下的汽车属性已发生变化，用户端或可根据个人需要随时进行储备软件的更新。该阶段应用更多的或为FOTA或更加强大的远程技术。

图7 SOA让整车升级成为可能

三、汽车OTA主要作用

传统汽车其发展的重点主要是在硬件、结构以及内饰舒适性等方面，对于软件的认知、重视程度还未上浮，因此在此阶段的车辆功能主要专注于驾驶以及安全等方面。正由于软件功能简单、占比小、复杂度低，因此由软件引发的问题便相对较少。可一旦软件出现问题，由于并不具备OTA的功能，因此其唯一的做法便是召回更换，这对于主机厂而言所需付出的成本是非常高的，因此OTA首要解决的便是为软件Bug的修复所带来的成本问题。诸君可回想一下当初的按键手机与如今的智能手机在软件上的更新频次，便可类比出现如今的汽车与以前的汽车在软件更新上的差别了。

除了成本之外，由于汽车智能化的发展以及车企之间的竞争，对于已上市的汽车常需要更新新的功能以提高用户的用车体验，因此‘时用时新’对于汽车OTA而言是绝对不可忽略的重要一环。就如上文介绍到的‘节日应景开机体验’，这对于用户而言就是一种惊喜体验不是吗。

另外，在以前的文章中我们也有聊到车企未来的盈利模式将会包含汽车功能软件的销售，而此收费软件功能的推送便是以OTA技术为基础的扩张服务，除了我们常聊的智能驾驶方面的收费功能外，有些车企在座舱的体验上亦有推出个性化服务，如某车企的‘座舱数字宠物’，这对于提升座舱内人员的用车体验是有利的。

图8 座舱数字宠物

对以上所述内容以下图总结：

图9 汽车OTA主要作用

四、汽车OTA升级流程

在整车的OTA过程中，其核心内容包括软件包研制、升级任务定义、车端版本下载和刷新等部分。升级过程一般可分为三步，首先将需要更新的软件上传到OTA管理平台，然后OTA管理平台通过无线传输技术将软件传到车辆端，最后车辆端通过确认后自动完成软件的更新动作。在上述的过程中，通过‘业务’所在区域的不同可将其划分为三部分即：主机厂IT系统、云端和车端，如下图所示：

图10 汽车OTA系统链

在上图系统链中，车端与主机厂的IT系统之间也有交互，主要是通过车端的OTA与主机厂的IT系统之间可以形成整合，以此来实现车、厂信息化系统的统一建设。

五、汽车OTA关键技术

汽车OTA技术的应用必须以主机厂主，通过整车层面整体布局，从安全、有效、可靠等维度出发，以保证用户的OTA体验。在当前技术状态之下，域集中/域融合电子电气架构正向着中央集成发展，为了尽可能的实现整车的OTA，不同的域控制器都需要布局OTA功能，因此OTA软件在设计时的模块化、可移植化等分布式技术就变得尤为关键。

图11 分布式的OTA软件部署

但整车在进行OTA升级时，用户的用车环境各不相同，为了防止异常情况的发生而导致升级失败，因此过程的可靠性则成为了影响用户体验的决定性因素。为了确保升级的可靠性，在技术的应用上通常需从多方面入手：

1）断电续传技术。在从云端下载数据包时，将升级包切分为多个小的、有效的数据块，每次下载之后软件可自动记录当前最新的块序号，并对已下载的部分进行存储，当遇到突发断电情况时，更新随之停止，当断电恢复后，可从从最新的块序号开始下载，以此方式来实现断电续传。

图12 将软件包切分

2）支持回滚的A/B面升级策略。在车端的控制单元中，先向备用目录刷写版本包，刷写成功后再重启切换加载位置，通过这种方式实现A/B块升级策略。如果升级后出现问题，可以确保快速安全回滚，从而防止控制单元变砖。

单理解便是，芯片中有两个区，一个是应用区，一个是备用区，当更新开始时，先向备用区更新软件，更新成功则切换应用区，如果失败了，则用应用区恢复备用区。

3）升级回退。可恢复到升级前的版本并支持同一版本的重复升级。如手机系统升级到IOS 15.3，然后自己用不惯，可再回退到前一个版本。这是为了应对升级后不确定是否真的升级完成，或者升级存在问题再或者是单纯的不想用等情况。

4）差分升级。在汽车OTA技术的应用过程中，差分算法技术被广泛应用，该方式又称“增量升级”，从‘增量’上我们很好理解，便是在升级时并不会把所有的文件全部进行替换，而只是替换那些需要更新的文件。差分升级与整包升级相比，升级包的大小减少，从而下载的时间更短，但是其在升级过程中对数据的处理会更为复杂，且流程控制上需要更严谨，需要软件开发方具备更强的开发能力。

5）无感升级技术。为了增强用户的用车体验，在某些系统功能升级时，用户无需任何操作且不会影响到用户当下的用车，此种方式被称为‘无感升级’。这种升级方式常用于车辆的智能设备，目前市场上多数案例还是集中体现在座舱域上，如上文的‘七夕界面’便是无感升级的体现。

此方式对于控制器的要求较高，需要有A/B两套均可正常工作的系统分区。例如，在域控制器内进行内存分区，一个区用于升级，一个区用于车辆正常运行，可实现在A系统正常提供各种应用功能的情况下，去升级B系统，从而在升级期间不影响车辆使用。

6）高安全性、高带宽通信技术以及信息安全技术。在汽车OTA的过程中，车、云以及车内控制器的交互成为汽车OTA稳定、高效、安全的基础，因此如以太网等高效、安全的车载通信技术的应用得以普及。但随着OTA技术应用的推行，信息安全在开发及应用过程中更需被考虑到。

另外，对于汽车OTA技术的应用，并非软件升级之后就结束了，在主机厂方面，车企的数据存储中心对于用户数据的安全性（信息泄露、灾害备份等）建设应得以重视。