问题

特斯拉选择 Linux 作为车载系统的原因是什么?

回答
特斯拉选择 Linux 作为车载操作系统,这背后其实是一系列深思熟虑的技术和战略考量,而非一时兴起。把这事儿掰开了讲,你会发现,这套系统之所以能深度绑定特斯拉的 DNA,原因远不止“免费”或“开源”那么简单。

首先,稳定性与可靠性是重中之重。汽车,尤其是像特斯拉这样高度集成和自动化的车辆,对系统的稳定性要求达到了近乎苛刻的程度。Linux 内核经过数十年的打磨,在全球范围内被无数服务器、嵌入式设备以及航空航天等关键领域所采用,其稳定性和抗故障能力已经得到了充分的验证。试想一下,车载系统如果时不时死机,或者出现意外重启,那对驾驶安全来说是多么大的隐患?特斯拉需要一个“说一不二”的操作系统,它能确保持续运行,不会因为小问题就崩溃。Linux 的模块化设计和健壮性,恰恰满足了这一点。即使某个驱动程序出了问题,也不太可能导致整个系统瘫痪,而是有更大的几率隔离并继续运行。

其次,高度的定制化能力和灵活性是特斯拉选择 Linux 的另一个关键因素。特斯拉并非仅仅是把一个现成的 Linux 发行版塞进车里,而是将其作为基石,根据自己的独特需求进行了深度定制和开发。

硬件适配的自由度: 特斯拉使用的计算平台是高度定制的,包括其自研的芯片(比如 FSD 芯片)。Linux 对各种硬件架构的支持都非常出色,从 x86 到 ARM,它都能很好地适应。这意味着特斯拉可以更灵活地选择和优化其硬件,并针对这些硬件开发最匹配的驱动程序和系统服务,而不用受制于某个特定硬件厂商的操作系统限制。他们可以根据自己的性能需求和成本目标,自由选择处理器、GPU、内存等核心组件,并确保 Linux 能够高效地驱动它们。
功能的深度集成: 特斯拉的车辆集成了大量的传感器(摄像头、雷达、超声波)、执行器(电机、转向)、通信模块(WiFi、蓝牙、蜂窝网络)、以及用户交互界面(大尺寸触摸屏、语音控制)。Linux 强大的驱动模型和丰富的用户空间工具,使得特斯拉可以轻松地集成和管理这些复杂的软硬件。他们可以编写自己的驱动程序,开发专属的系统服务,实现与其他车载子系统的无缝对接。
用户体验的掌控: 从车辆的启动速度、界面的响应速度,到导航的流畅度、娱乐系统的功能,一切都与操作系统息息相关。Linux 的底层控制能力让特斯拉能够精细调优系统的每一个环节,从而打造出那种“丝滑”的用户体验,这是那些高度封装的操作系统很难做到的。他们可以优化进程调度,管理内存分配,甚至修改内核参数,以达到最佳的性能表现。

第三,开源生态的赋能。虽然特斯拉对 Linux 进行了大量的定制,但它仍然受益于 Linux 庞大而活跃的开源社区。

丰富的软件库和工具: Linux 拥有海量的开源软件库和开发工具,从图形界面框架(如 Qt)到网络通信协议栈,再到各种开发语言的运行时环境,都能为特斯拉的软件开发提供坚实的基础。这极大地降低了开发成本和时间,让特斯拉的工程师可以专注于实现更核心的创新功能,而不是从零开始造轮子。
安全性的持续改进: 开源社区对 Linux 的安全漏洞进行持续的发现和修复。特斯拉可以通过集成最新的安全补丁和更新,快速提高其车载系统的安全性。同时,由于代码的透明性,也更容易进行安全审计和漏洞分析。
社区的支持与创新: 尽管特斯拉有自己的研发团队,但开源社区的集体智慧和创新精神,也可能为特斯拉带来一些意想不到的灵感和解决方案。而且,当遇到一些技术难题时,庞大的开发者社区也意味着更容易找到解决方案或借鉴他人的经验。

第四,网络连接与 OTA 更新的能力。特斯拉的汽车高度依赖网络连接,并且通过 OverTheAir (OTA) 更新来不断迭代和改进车辆的功能。Linux 在网络通信方面的强大支持,以及其良好的系统服务管理能力,非常适合构建一个稳定可靠的网络连接和软件更新机制。

强大的网络栈: Linux 内置了极其完善和高效的网络协议栈,能够轻松处理各种网络连接,包括 WiFi、以太网和蜂窝网络。这对于特斯拉实现车辆联网、数据传输、远程诊断和控制至关重要。
灵活的系统更新: Linux 的软件包管理系统和灵活的服务管理机制,使得特斯拉能够更精细地控制软件更新的过程,确保更新过程的稳定性和安全性。他们可以推送完整的系统更新,也可以只更新特定的驱动程序或应用程序,而不会影响到其他功能的正常运行。这种能力是特斯拉实现“软件定义汽车”的核心。

最后,成本效益。虽然说“免费”是开源软件的一个优势,但对于特斯拉这样的企业而言,更重要的是总拥有成本。使用 Linux 意味着特斯拉无需为操作系统的授权支付高昂的费用,这笔节省下来的资金可以投入到研发和创新中。更重要的是,通过高度的定制化,特斯拉能够根据自己的需求优化硬件和软件的配合,从而在整体上降低系统的开发和维护成本,避免被单一供应商锁定。

总而言之,特斯拉选择 Linux,是将其视为一个高度可定制、稳定可靠、生态丰富且成本效益高的平台。它不仅为特斯拉提供了构建其独特软件体验的坚实基础,更支持了其“软件定义汽车”的愿景,能够随着技术的进步不断迭代和进化,最终为用户带来领先的驾驶体验和持续的功能升级。这是一种深耕技术、拥抱开源、精益求精的战略选择。

网友意见

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这个问题下面的回答比较有意思,大概分为两种观点,一种是说Linux打上RT补丁以后性能不差的,另外一种是说特斯拉根本没用Linux做车载系统,Linux是娱乐用的。

抛开技术问题不谈,有些东西是可以查到的,比如特斯拉到底用没用Linux,答案是肯定的:

自动驾驶用的就是Linux,官方网站说的,这总不会是错的吧?另外特斯拉已经开源了相关的代码:

自动驾驶算不算车载系统?我觉得算。虽然主控这一类的firmware里也可以跑一个轻量级的RTOS,也许特斯拉按照其它答案里说的没在这类硬件上使用OS,但把自动驾驶系统排除在车载系统之外,恐怕不合适吧?

所以,至少有一个结论可以确定:特斯拉用了Linux,而且是在比较核心的系统中用了Linux

至于硬件firmware上用的是什么系统,特斯拉没有公开信息,基本可以排除QNX,freeRTOS,VxWorks这些比较大的RTOS,但世界上RTOS这么多,简易RTOS内核也就几百行代码,整个操作系统都是50~100KB的尺寸,不排除特斯拉自己搞一个简单的。毕竟直接跟硬件打交道的firmware的业务逻辑并不复杂,类似VxWorks这种系统太大了,甚至uCOS都太大了。以火星车为例,主控是用VxWorks,很多探测仪器上用的是uCOS或者没有使用操作系统。

剩下的问题就是Linux实时性好不好的问题了,或者换个说法,Linux是否适用于自动驾驶这种应用场景

我觉得这是商业问题而不是技术问题,当年提出RTOS的场景是:在一些硬件性能不足而可靠性要求高的场合,要满足重要业务优先调度的原则。比如飞机、卫星这些芯片性能比民用芯片差很多的硬件上。但车载硬件性能并不差,因为车载系统的环境远远不如卫星和飞机那么恶劣,完全可以用上相对更好的硬件(相对于卫星来说)。所以,实时性不足,拿硬件性能弥补,这种是完全可行的,毕竟并不是所有的应用场景都需要百纳秒以内的抖动时延。

有人说打了RT补丁以后,Linux实时性也很好,这里我觉得是很多人对实时系统不了解,RTOS,既包括RT,也包括OS,内核调度器是RT了,驱动都是原来的驱动,那么整个系统的延迟仍然很大,所以RTOS的实时设计理念不仅仅是调度器、中断这些,还包括实时文件系统,实时网络协议栈,实时设备驱动等等。所以仅仅是一个RT补丁还远远不够,甚至文件系统、网络协议栈都需要重写,我对RT-Linux了解不多,但我不认为RT-Linux把这些都做了改造。

所以,传统RTOS厂商(包括一些车厂)批判特斯拉不够安全,这不是没道理的,即使是RT-Linux,要把整个软件生态改造成RTOS的设计,都是不现实的。所以特斯拉的自动驾驶平台的实时性是存疑的(特斯拉自己说改造过,,在我前面的第一个链接里有说明:Throughput, latency, correctness and determinism are the main metrics we optimize our code for)。对于自动驾驶系统来说,使用Linux的好处就是比传统的RTOS更容易获得自动驾驶的解决方案,毕竟Linux的API和运行库比传统的RTOS要丰富的多,使用Linux必然要比传统RTOS更节约成本。

回到前面的观点,现在的硬件的性能已经很强大了,RTOS是否还是必要的?这个问题更多的是商业问题:特拉斯(马斯克)是一个喜欢打破传统的厂商(个人),传统厂商不愿意做变革,特斯拉愿意。至于这其中的风险,是需要时间来考验的,当然了,任何新生事物都需要时间来考验。

另外,SpaceX的火箭上都用Linux了,至少说明Linux在某些场景跟传统的RTOS比起来不差。而且中国的商业火箭,听说也用的是Linux做主控。

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