Amiya · 2021年03月30日

车载操作系统(十二):智能手机发展沿革

往期回顾

车载操作系统(一):软件定义汽车

车载操作系统(二):车控操作系统

车载操作系统(三):智能座舱操作系统

车载操作系统(四):国内外车载OS布局

车载操作系统(五):AUTOSAR规范

车载操作系统(六):域控制器

车载操作系统(七):虚拟化(Hypervisor)

车载操作系统(八):系统级芯片(SoC)

车载操作系统(九):功能安全等级(ASIL)

车载操作系统(十):特斯拉的商业逻辑

车载操作系统(十一):Symbian启示录

前言:十年演进,智能手机被重新定义

追溯巨头的演化历程,智能手机经历了“交互的起点->颠覆与迭代->生态的终局”三大阶段。

苹果以屏幕为突破口,凭借超大屏幕+多点触控的双重创新,赋予了手机在“视觉+触觉”能力上的质变,颠覆了传统的人机交互方式,重新定义了智能手机;Android系手机作为跟随者,则实现了智能手机的全面普及。自2007年开始,在移动互联网迅猛发展的背景下,用户对手机应用需求的井喷,驱动其不断成为移动场景下的“万能工具”。追溯巨头的演化历程,智能手机经历了“交互的起点->颠覆与迭代->生态的终局”三大阶段

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交互的起点:智能手机的触碰革命

触控革命开启了手机人机交互的新模式,屏幕成为手机创新突破口。

2007年,苹果推出第一代iPhone,率先围绕屏幕进行UI创新性设计,增强图形界面的色彩与呈像,使其显示屏的像素分辨率突破了当时320×240的最高标准,攀升至320×480。同时,苹果又创新性地采用了多点触控技术,改变了智能手机最初以键盘、触笔为主的UX(User Experience,用户体验)交互模式,使屏幕条目的移动取决于手指滑动的速度,人机交互的方式得以革新。

苹果的视网膜显示屏技术与三星的魔焕炫屏将屏幕显示提升至全新高度,交互体验进一步攀升。苹果在2010年推出的划时代产品——iPhone4中率先使用Retina显示屏,屏幕分辨率更为细腻,达到960×640,重塑了高清分辨率屏幕标准;而Android系厂商作为跟随者也随之采取了多点触控技术进行屏幕的创新。其中,三星率先采用了魔焕炫屏,实现了显示层、触控感应层和外覆玻璃层之间的无缝贴合,多点触控更加灵敏,图形界面的色彩还原与对比度增强。此外,由于交互模式的改变,手机的实体键盘已不复存在,手机屏幕也获得了明显的延展空间,并向“全面屏”趋势发展(截止目前,智能手机的屏占比已高达99%)。智能手机已全面实现了“视觉+触觉”的交互体验。

颠覆与迭代:软硬件和生态的全面革新

作为支撑智能手机运行的核心支点,手机架构经历了“机械定义->硬件定义->软硬件共同定义->生态定义”的演化过程。

从功能手机到智能手机的迭代,其背后伴随着硬件功能的革新与应用软件的创新,而手机架构作为支撑其运行的核心支点,也相应****经历了“机械定义->硬件定义->软硬件共同定义->生态定义”的演化过程

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1)从机械定义到硬件定义,智能手机初见雏形

伴随着移动互联网的诞生,由机械定义的传统功能手机不断扩充其应用以迎合用户需求的井喷,“智能手机”的概念开始出现在大众视野。但对于传统功能手机而言,受制于单一内核芯片架构的局限性,若要新增应用功能,则需要升级基带芯片以获得更强的CPU能力,同时需要在基带芯片上重新编写和执行新的应用程序,而由此带来最直接的问题就是拉长了手机的验证周期,且大幅增加了开发成本。因此,智能手机架构的升级率首先以硬件为着力点,从传统的单一内核芯片架构向基带处理器+应用处理器架构迭代,以实现手机通信功能(基带处理器处理)与多媒体应用(应用处理器处理)功能的分离,消除了可能由应用产生的软件缺陷,并导致处理器失效的风险。手机架构实现升级突破,开启了智能手机的“硬件定义时代”。

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2)软硬件共同定义,丰富智能手机应用

依托于3G网络的落地,移动互联网的发展迎来了鼎盛时期,用户对于手机功能的需求爆发。智能手机作为移动互联网入口的最佳载体,其终端价值也在潜移默化中,从最初的通信及基础应用转移至多样化的场景化应用能力,但该项能力的提升必然会极大程度增加手机的功耗。此时,“硬件定义时代”的基带处理器+应用处理器架构已无法满足智能手机对于多应用、低功耗的要求。因此,手机架构进一步升级,推动了智能手机从“硬件定义时代”跨入“软硬件共同定义时代”:

  • 硬件架构:从基带处理器+应用处理器架构向多核处理器架构演进。将基带处理器与应用处理器集成于单一芯片内,以实现芯片集成、功能分离,从而降低软硬件设计的复杂性、减少功耗及硬件制造成本。目前,除了苹果、三星等厂商能自研芯片外,其它手机厂商多与联发科、高通、海思等芯片厂商进行合作。
  • 软件架构:软件功能以应用程序形式存在,操作系统趋于标准化。智能手机的通信应用与多媒体应用在硬件定义时代已实现了彻底的分离,而在后续的迭代中,智能手机则复刻了PC的软件体系,使得各种应用(包括最基本的窗口管理器)均以应用程序的形式存在。在操作系统方面,作为应用软件的基础,根据源代码与系统框架的不同大致可划分为封闭型(iOS)与开放型(Android),根据美国著名的市场调查公司StatCounter的数据,Android凭借开放性的特点,占据了市场的绝对份额(2021年3月市占率高达72%)。

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全新的软硬件架构不仅降低了软硬件设计上的复杂性,同时也提高了功能的可扩展性,但却使移动设备的管理难度加大。智能手机功能的日益丰富使其出现卡顿、崩溃、数据丢失等风险,并导致故障手机召回成本激增。在此背景下,OTA(Over-the-Air,空中下载)技术应运而生,主要分为FOTA(Firmware Over-The-Air,固件升级)与SOTA(Software Over-the-Air,应用程序升级)。

  • FOTA:通过移动通信接口对内存数据进行远程管理,并根据其升级流程获得最新补丁和安全算法,以此来提升系统性能;
  • SOTA:对应用程序软件包进行远程升级,同时在软件厂商对应用增加新的服务功能时,后续可再通过OTA的升级方式更新功能获得最佳体验。

通过OTA升级,手机可以实现性能+应用的双重升级,加快了手机的迭代周期,降低了召回成本。

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3)生态定义,形成强大的用户粘性

苹果以“自研芯片+iOS操作系统+手机”一体式的模式,构建独特的闭环生态,以避免兼容性差异等常态化问题,实现从“自研芯片+iOS操作系统+应用软件”的完美适配,大幅提升系统的稳定性。

FOTA能力是苹果手机经久不衰的制胜法宝。通过FOTA技术,苹果用户摆脱了过去仅允许连接iTunes才能进行系统更新的限制,使其第一时间在联网状态下就能完成iOS系统的在线升级,以获得更强的手机性能。同时,在苹果闭环生态下,苹果能够快速捕捉到系统中存在的安全漏洞,并通过FOTA方式及时推送给用户以实现在线修补,从而保证手机的高度安全。目前,iPhone可支持至少5-6年iOS版本的更新,参考国外知名博主iAppleBytes的实测结果,即使老款iPhone 6S也仍能运行最新的iOS 14系统,且性能依旧能保持较高水平。

苹果独特的闭环体系有效保证了在SOTA方式下手机的安全。基于苹果独特的闭环生态,应用软件开发商仅能通过苹果提供的工具包进行应用开发,并在其严格的审核机制下才能推出应用功能。同时,苹果也维持着严格的“硬性机制”,仅开放App Store单一的下载渠道。而在此机制下,不仅为用户构建了高质量的应用生态圈,还有效降低了可能由第三方软件所带来的安全隐患,以保证用户通过SOTA方式进行应用下载/更新过程中的信息安全。

作为智能手机操作系统领域的开源生态重塑者,Android则通过开放硬件+开源软件的合体,形成“芯片+操作系统+应用+终端”的联盟合作。由于自身软硬件能力的缺乏,Android采取了与苹果不同的战略模式:联合手机制造商、软件开发商、芯片制造商等多方势力,共同成立OHA(Open Handset Alliance,开放手持设备)联盟,并基于Android源代码构建包含操作系统、中间件、应用程序在内的开源软件框架,以实现Android系统与不同手机终端及芯片间的兼容与适配,形成从“芯片+操作系统+应用+终端”的Android联盟生态。

虽然Android通过FOTA能力赋予了手机更强的性能,但也存在较为明显的安全隐患。Android系手机通过FOTA能力驱动其系统在线升级,推动手机性能实现优化。以OPPO为例,在2020年9月24日的OPPO开发者大会,OPPO官方宣称,用户可通过FOTA方式将系统更至最新的ColorOS 11,以获得手机性能的优化(资源利用率提高45%、系统响应速度提高32%、帧率稳定性提高17%)。但从安全性角度看,受到Android系统碎片化影响,手机厂商对于系统中所存在的漏洞修复滞后(根据测评结果显示,Android系手机与Android官方版本更新周期时间差至少60天),存在明显安全隐患。根据CVE Details发布的全球软件产品安全漏洞报告显示,2019年Android系统以414处漏洞高居榜首,而苹果iOS系统未进入前15。

生态优势和SOTA能力是Android能够与苹果进行正面抗衡的重要原因。在基于Android独特的开源策略下,以“联盟式”的组合打法成为其最大的亮点:一方面通过与手机厂商的合作实现了Android系统的快速普及,实现了应用软件在不同终端中的良好兼容;另一方面基于开放性原则兼容了更多的应用软件开发商,应用矩阵也更丰富。对于用户而言,通过SOTA方式即能实现应用软件在不同终端以及不同渠道的获取(渠道可以是官方应用商城,也可以是腾讯应用宝、360等第三方应用平台)。

生态的终局:智能手机演化成场景化工具

通过与现实生活中的真实场景的连接,改变了手机仅作为线上应用载体的属性,使其逐步成为万能的“场景化工具”。

硬件性能饱和+标准化趋势加剧,智能手机硬件创新迎来瓶颈期。在“软硬件共同定义时代”,手机的硬件架构已经完全适配于移动互联网浪潮下智能化的发展,其硬件性能已完全能够支撑功能与应用的同时运行。以苹果的单核性能为例,根据Benchmark公布的数据显示,近年来其性能提升增速稳定维持在20%左右,硬件性能增长乏力。此外,智能手机的屏幕、摄像头、外观设计等硬件呈现出千篇一律的设计,硬件的差异化也在逐渐缩小。

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OTA升级不仅实现了智能手机生态的定义,还奠定了其软件收费的可能性。随着手机在硬件能力上的完备且趋同,其系统软件的流畅性,以及应用生态的“迭代效率及丰富程度”就成为了手机厂商之间竞争的关键。在此阶段,OTA技术的具备就显得至关重要:一方面,通过FOTA能够实现手机系统性能的提升,以具备承载更多应用的能力;另一方面,SOTA将不断丰富“应用商城的产品矩阵”,从而完善手机的应用生态。随着OTA能力的完备及成熟,智能手机迎来了“生态定义”的黄金时期,并带来手机厂商在盈利模式上的跃升,其模式也将从传统的硬件售卖,转变为“硬件+软件”收费的价值升维(软件收入包括:应用产品的收入分成、广告费等)。

与真实场景互联,智能手机成为万能的“场景化工具”。除了提供个性化、集成化的生活、娱乐、消费等软件服务外,智能手机与智能家居、智能汽车和可穿戴设备等终端的组合搭载,实现了与现实生活中的真实场景的连接,彻底打破了时间、空间的限制,打通了线上、线下的边界,也改变了手机仅作为线上应用载体的属性,使其逐步成为万能的“场景化工具”。

作者:欧珊瑚
来源:https://mp.weixin.qq.com/s/7QPKcq2c0olMVXsehVahDg
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