1 DDS的應用場景

在汽車行業(yè)中，整車的系統(tǒng)架構正在迅速發(fā)展并變得越來越復雜。為了控制這種復雜性并最大限度地提高數據吞吐量，數據分發(fā)服務（DDS） 已成為一種更高效、可擴展且更安全的解決方案。所以多個行業(yè)的聯(lián)盟和標準組織已經開始選擇DDS作為其下一代的系統(tǒng)之間信息交互的底層技術。有很多軟件框架采用了dds的傳輸協(xié)議，這些標準和框架的示例包括用于機載系統(tǒng)的Open Group Future Airborne Capacity Environment （FACE）、用于智能電網的Open Field Message Bus （OpenFMB）、用于醫(yī)療設備的醫(yī)療設備“即插即用”互操作性計劃（MD PnP）和用于機器人的機器人操作系統(tǒng)（ROS 2）。

2 DDS的主要特征

• DDS注重數據，以topic為主；

• 采用點對點、點對多、多對多、無代理發(fā)布/訂閱消息模式，數據發(fā)送和接收流程都有特定的接口。

• 如下圖所示，數據的發(fā)送過程，通過DataWriter對象提供的write方法，把數據傳遞給Publisher對象（多個DataWriter復用Publisher對象），而Publisher負責將數據在網絡上發(fā)送出去。

• 數據的接收過程，通過Subscriber把數據從網絡上接收過來，并把它存儲在對應的DataReader中（多個DataReader復用Publisher對象）。也可以為DataReader注冊一個回調函數來方便應用層接收處理數據，或者使用DataReader提供的read和take方法來輪詢DataReader中的數據



• 有21個QoS服務質量策略。下面是幾種常用的QoS策略：

• DEADLINE:如果希望某個Topic能夠周期更新，可以設置DEADLINE屬性。在數據的發(fā)布方設置DEADLINE，這意味著應用程序必須以小于DEADLINE的周期去更新Topic；而在數據的訂閱方設置DEADLINE，這意味著數據的發(fā)布方必須以小于DEADLINE的周期去發(fā)布Topic。

• LIFESPAN:通過設置LIFESPAN，可以使DataWriter寫入的每個數據樣本都有一個關聯(lián)的“到期時間”，超過該時間后，該數據樣本不再傳送給任何應用程序，并且這些數據將從DataReader緩存中清除。

• HISTORY:設置HISTORY屬性可以讓DataWriter保存并發(fā)送舊的采樣數據，新的DDS節(jié)點如果訂閱了相關的Topic，它不僅能夠接收到數據的當前值，也能收到一部分歷史值，從而了解數據近期的變化趨勢。

• RELIABILITY:為DataWriter設置RELIABILITY屬性，可以使數據實現(xiàn)“可靠”的傳輸，當出現(xiàn)通信錯誤導致數據采樣沒有被接收到時，DataWriter會持續(xù)重傳，直到所有數據被正確接收。

3 AutoSAR的技術概述

AUTOSAR（汽車開放系統(tǒng)架構）是汽車制造商、供應商、軟件和電子供應商的全球合作伙伴關系。它為汽車系統(tǒng)的可互操作軟件架構制定標準。

2004年，AUTOSAR推出了現(xiàn)在被國外主機廠廣泛采用的經典平臺CP，這是一種分層軟件架構，為處理部署在基于微控制器的電子元件單元（ECU）中的時間關鍵型應用程序的開發(fā)、通信和執(zhí)行提供了全面的解決方案。經典平臺利用常見的連接總線，如CAN、LIN或Flexray，提供強大的通信功能。

在過去十年中，基于更強大的微處理器和以太網技術的新型ECU助力了更加智能的車載系統(tǒng)的發(fā)展。為了SOA架構，AUTOSAR推出了自適應平臺，這是一個全新的軟件架構，旨在解決一系列全新的用例。AUTOSAR 自適應中的通信管理 AUTOSAR自適應平臺定義了許多功能集群，從執(zhí)行管理到時間同步、監(jiān)控、診斷和通信管理。

對于通信，AUTOSAR Adaptive 定義了 ara：：com，一個基于 SOA 的標準C++ API。ara：：com 最初基于 SOME/IP，旨在定義一個與底層連接技術無關的 API，提供定義和部署已知服務的方法，并向客戶端應用程序提供API調用，就好像它們是本地的API調用一樣。AUTOSAR服務接口通常使用ARXML定義，ARXML是一種派生自AUTOSAR UML元模型的建模語言。ARXML 解析器分別為客戶端和服務器應用程序的代理和框架生成代碼。在客戶端，應用程序實例化綁定到服務器端運行的服務的代理實例化。每個代理一次只能綁定到一個服務實例，將代理顯式耦合到服務實例。

Ara：：com 服務提供以下資源：

1）事件 - 通知客戶端應用程序服務器端觸發(fā)的事件。

2）方法 - 公開客戶端應用程序可以調用的遠程方法。

3）字段 - 提供客戶端應用程序可以使用遠程 getter 和 setter 修改的數據值。客戶端也可以訂閱字段值更改。

4 AUTOSAR與DDS的集成

采用DDS的最新組織之一是AUTOSAR，那怎怎么把AUTOSAR 自適應平臺和DDS 網絡綁定，來把DDS 及其豐富的服務質量 （QoS） 策略集引入 AUTOSAR 面向服務的體系結構 （SOA） 中，從而實現(xiàn)新的互操作性方案，其中 AUTOSAR 系統(tǒng)可以集成到基于 DDS 數據總線的大型系統(tǒng)系統(tǒng)中。但是將DDS集成到AUTOSAR自適應平臺中 DDS 和 ara：：com 在架構層面呈現(xiàn)出明顯的差異。Ara：：com 基于純面向服務的體系結構，其中客戶端（即代理）和服務器（即服務實例）緊密耦合。DDS 引入了以數據為中心的發(fā)布-訂閱模型，該模型通過提供用于通信的邏輯數據總線來有效地分離發(fā)布者和訂閱者。但是，DDS 以數據為中心的發(fā)布-訂閱模型非常靈活，通常被認為是一種超級模式，可用于實現(xiàn)發(fā)布-訂閱以及其他模式，例如請求-答復和隊列。因此，DDS可以使用DDS系列規(guī)范中已有的機制來遵循ara：：com和AUTOSAR自適應平臺的語義。下面，我們將介紹實現(xiàn)這些概念的基本機制。

1. 耦合服務實例和代理 ：
   正如我上面提到的，在實例化時，代理只能綁定到特定的服務實例。在 DDS 術語中，這意味著訂閱者應用程序只能從特定的發(fā)布者應用程序接收數據。此類語義要求發(fā)布者和訂閱者之間的特殊耦合，這可以通過分區(qū)和內容篩選器等機制實現(xiàn)。為了限制內容篩選器所需的處理和資源量，DDS 網絡綁定使用分區(qū)將代理與服務實例綁定。每個 ara：：com 服務實例在以服務 ID 命名的特定分區(qū)上發(fā)布數據，每個代理使用以它們綁定的服務 ID 命名的分區(qū)訂閱數據。如果要訂閱不同 ara：：com 服務實例發(fā)布的數據，本機 DDS 應用程序或工具可以訂閱“*”字符定義的分區(qū)。2.映射事件、方法和字段 為了將事件、方法和字段映射到 DDS 概念（如主題和服務），我們利用了 OMG DDS 和 RPC over DDS 規(guī)范中定義的機制。使用這些機制：

• 事件映射到常規(guī)主題Topic。這種映射只需通過訂閱使用適當分區(qū)表示事件的相應 DDS 主題即可。
• 方法映射到 DDS 服務方法。每個 ara：：com 服務實際上都由一個 DDS 服務組成，該服務公開客戶端應用程序可以調用的所有方法。
• 映射到 DDS 服務的 getter 和 setter 方法的字段遵循與常規(guī)方法相同的機制。字段通知映射到提供當前字段值的常規(guī)主題。為處理通信而創(chuàng)建的所有主題和 DDS 實體都可以根據相應的 QoS 策略進行配置。

2. DDS 網絡綁定為 ara：：com 提供了一個全面的連接解決方案，DDS引入了：

• 確定性實時通信，使用 DDS 可靠性協(xié)議和其他 QoS 策略，例如實時性和截止時間。可配置的數據分發(fā)，使用其豐富的 QoS 策略集。
• 安全通信，利用 DDS 安全標準及其細粒度的安全功能?？蓴U展和可插拔的基礎設施，基于獨立于傳輸的線路協(xié)議，可以有效地部署在共享內存、UDP 和 TCP 之上。
• 最重要的是，DDS 網絡綁定使 AUTOSAR 自適應應用程序能夠與現(xiàn)有和未來的 DDS 系統(tǒng)進行互操作。