當(dāng)前，汽車行業(yè)正加速向"電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化、共享化"邁進(jìn)，智能網(wǎng)聯(lián)汽車已成為推動產(chǎn)業(yè)升級的核心引擎。隨著車輛電子電氣架構(gòu)向區(qū)域集中化演進(jìn)，車載軟件復(fù)雜度與數(shù)據(jù)量不斷攀升。面向服務(wù)的軟件架構(gòu)(SOA)因其靈活性和高效性受到廣泛關(guān)注，而基于DDS(數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù))的通信中間件憑借其解耦性、高性能和可擴展性，成為實現(xiàn)智能網(wǎng)聯(lián)汽車通信的理想選擇。

一、DDS基本概念

DDS是OMG(Object Management Group，對象管理組織)在2004年發(fā)布的一種中間件協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。它位于操作系統(tǒng)和用戶應(yīng)用程序之間，屏蔽底層細(xì)節(jié)。DDS以數(shù)據(jù)為中心，采用無中心架構(gòu)，具備豐富的QoS策略，支持松耦合、跨平臺和多語言(C/C++、Java、Python等)的實時通信，并有安全規(guī)范保障。

DDS 通信的要素包括：

域(Domain)： DDS的通信范圍由域定義，域是邏輯上的隔離區(qū)域，只有屬于同一域的參與者才能進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

域參與者(Domain Participant)： 進(jìn)入域的實體，負(fù)責(zé)管理域內(nèi)的資源和通信活動，是DDS系統(tǒng)中的關(guān)鍵組件。

主題(Topic)： 數(shù)據(jù)的邏輯標(biāo)識，定義了數(shù)據(jù)的類型和名稱。發(fā)布者和訂閱者通過主題進(jìn)行數(shù)據(jù)的匹配和交換。

發(fā)布者(Publisher)： 負(fù)責(zé)發(fā)送數(shù)據(jù)到指定的主題，通常與數(shù)據(jù)寫入者(Data Writer)配合使用。

訂閱者(Subscriber)： 負(fù)責(zé)接收來自主題的數(shù)據(jù)，通常與數(shù)據(jù)讀取者(Data Reader)配合使用。

數(shù)據(jù)寫入者(Data Writer)： 發(fā)布者的一部分，負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)寫入到主題中，并將數(shù)據(jù)分發(fā)給訂閱者。

數(shù)據(jù)讀取者(Data Reader)： 訂閱者的一部分，負(fù)責(zé)從主題中讀取數(shù)據(jù)，并傳遞給應(yīng)用程序。

這些要素共同構(gòu)成了DDS的發(fā)布-訂閱模型(參考AUTOSAR_FO_RS_DDS規(guī)范)：

△ Figure 1: The DDS logical view

DDS規(guī)范中引入了豐富的共22種QoS策略，允許用戶根據(jù)系統(tǒng)需求自定義數(shù)據(jù)傳輸?shù)男袨?參考OMG DDS規(guī)范)：

△ Figure 2: Supported QoS policies

常見的QoS策略包括：

可靠性(Reliability)：支持“可靠傳輸”和“盡力而為傳輸”兩種模式。

持久性(Durability)：定義數(shù)據(jù)消費者是否需要接收數(shù)據(jù)發(fā)布者過去的樣本。

歷史記錄(History)：決定保留歷史樣本的數(shù)量。

優(yōu)先級(Priority)：為不同數(shù)據(jù)流設(shè)置優(yōu)先級，確保關(guān)鍵數(shù)據(jù)的優(yōu)先傳輸。

DDS規(guī)范通過IDL語言描述數(shù)據(jù)類型，并支持將其綁定為多種類型語言(C/C++、Java、Python等)，最終通過內(nèi)部序列化及封裝為RTPS報文進(jìn)行傳輸。

Type System、Type Representation、Language Binding 和 Data Representation 分別定義了DDS數(shù)據(jù)類型的描述、標(biāo)準(zhǔn)化形式、編程語言綁定及序列化方式(參考OMG DDS-XTypes規(guī)范)：

△ Figure 3: Example Type Representation, Language Binding, and Data Representation

DDS規(guī)范支持多通信模式，除了發(fā)布/訂閱通信模式，也支持請求響應(yīng)模式和遠(yuǎn)程過程調(diào)用模式(參考OMG DDS-RPC規(guī)范)：

△ Figure 4: Conceptual View of Remote Procedure Call over DDS

DDS的信息安全通過身份驗證、權(quán)限控制、數(shù)據(jù)加密、事件審計和數(shù)據(jù)標(biāo)記等方式實現(xiàn)全面保護(hù)(參考OMG DDS-Security規(guī)范)：

△ Figure 5: Overall architecture for DDS Security

認(rèn)證服務(wù)插件：認(rèn)證DDS應(yīng)用程序，包括在參與者之間執(zhí)行相互身份驗證和建立共享密鑰的功能。

訪問控制服務(wù)插件：對域、主題等實施訪問控制。

加密服務(wù)插件：維護(hù)數(shù)據(jù)的完整性和機密性，包括加密、解密、哈希、數(shù)字簽名等。

日志服務(wù)插件：支持審計所有DDS安全相關(guān)的事件。

數(shù)據(jù)標(biāo)記服務(wù)插件：提供向數(shù)據(jù)添加標(biāo)記的方法。

二、DDS在AUTOSAR CP中的應(yīng)用及挑戰(zhàn)

DDS現(xiàn)廣泛應(yīng)用于航空、航天、國防、金融、通信、汽車等領(lǐng)域，如無人機控制、作戰(zhàn)系統(tǒng)、雷達(dá)處理和金融系統(tǒng)等。汽車領(lǐng)域的AUTOSAR標(biāo)準(zhǔn)已全面引入DDS技術(shù)，其中AUTOSAR AP(Adaptive Platform)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范R18-03版本首次引入DDS，而AUTOSAR CP(Classic Platform)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范R22-11版本也開始支持DDS。

AUTOSAR CP中的DDS作為一個BSW組件被集成進(jìn)來，它與其他組件的完整傳輸路徑如下(參考AUTOSAR_CP_SWS_DDS規(guī)范)：

△ Figure 6: Dds full transmission path

從傳輸路徑的角度來看，DDS與PduR(PDU路由器)的交互僅提供基于PDU的接口，用于接收和發(fā)送PDU數(shù)據(jù)。在發(fā)送端，DDS數(shù)據(jù)由應(yīng)用層創(chuàng)建，并以未序列化的形式直接傳遞到RTE，隨后經(jīng)由LdCom和PduR(上層模塊)轉(zhuǎn)發(fā)到DDS模塊作為PDU，整個過程中數(shù)據(jù)未發(fā)生任何修改或轉(zhuǎn)換;接收端的過程則與之相反。RTE、LdCom和PduR(上層模塊)僅承擔(dān)數(shù)據(jù)傳遞的功能，序列化過程完全在DDS BSW內(nèi)部完成，對AUTOSAR棧完全透明。

它的發(fā)送序列圖如下(參考AUTOSAR_CP_SWS_DDS規(guī)范)：

△ Figure 7: Dds transmission path

它的接收序列圖如下(參考AUTOSAR_CP_SWS_DDS規(guī)范)：

△ Figure 8: Dds reception path

AUTOSAR CP中的DDS可以支持22種QoS策略的一個子集(甚至可以為空)，沒有強制要求實現(xiàn)任何特定的QoS策略，具體支持哪些QoS策略由開發(fā)商自定義，每個實體可以通過靜態(tài)配置定義其自身支持的QoS策略集。

AUTOSAR CP中的DDS規(guī)范存在一些功能上的限制，這些限制包括：不支持動態(tài)發(fā)現(xiàn)、不支持AP與CP之間的RPC(遠(yuǎn)程過程調(diào)用)通信、不支持共享內(nèi)存通信，以及不支持及時發(fā)送和及時接收功能。這些限制在一定程度上影響了DDS在AUTOSAR CP中的靈活性和應(yīng)用范圍，尤其是在與AP平臺的互通性方面顯得不夠友好。

例如，AP平臺如果采用動態(tài)發(fā)現(xiàn)機制，則要求通信雙方都支持動態(tài)發(fā)現(xiàn)功能，而DDS在CP中不支持動態(tài)發(fā)現(xiàn)，這就導(dǎo)致了跨平臺通信的障礙。此外，AP平臺上的Method方法通常采用RPC方式進(jìn)行交互，但由于CP中的DDS不支持RPC通信，這使得兩者之間無法實現(xiàn)無縫對接。這些限制給DDS在AUTOSAR CP中的使用帶來了挑戰(zhàn)，也迫使開發(fā)者需要尋找替代方案或調(diào)整集成方式。基于這些原因，DDS在AUTOSAR CP中還有一種通過CDD(復(fù)雜驅(qū)動)的集成方式，可以在一定程度上彌補這些功能上的不足。

展望未來，DDS在AUTOSAR CP中的發(fā)展?jié)摿薮?。然而，由于CP平臺通常面臨資源受限等問題，DDS的集成需要在多個方面進(jìn)行優(yōu)化，例如接口適配、性能提升和資源優(yōu)化等。這些調(diào)整對于DDS在CP平臺的成功應(yīng)用至關(guān)重要，同時也為開發(fā)者提出了新的技術(shù)挑戰(zhàn)。

三、光庭信息在DDS CP版的實戰(zhàn)經(jīng)驗

光庭信息針對AUTOSAR CP平臺面臨的動態(tài)發(fā)現(xiàn)缺失、跨平臺通信壁壘、資源受限等核心挑戰(zhàn)，通過多項技術(shù)優(yōu)化與創(chuàng)新，自主研發(fā)了DDS CP版本。其主要特性有：

1靈活的集成方式

支持BSW(基礎(chǔ)軟件)和CDD(復(fù)雜驅(qū)動)兩種集成方式，可根據(jù)不同應(yīng)用場景的特點與需求，靈活選擇集成方式，為開發(fā)者提供了極大的便利。例如，在一些對規(guī)范兼容性要求較高的場景中，采用BSW集成方式，能更好地契合AUTOSAR規(guī)范，且相較于CDD方式，資源占用更少，可有效保障系統(tǒng)在有限資源下的穩(wěn)定運行;而在一些功能復(fù)雜、需要高度定制化的場景下，CDD集成方式則能更好地發(fā)揮作用，滿足特定的業(yè)務(wù)邏輯需求。

2動態(tài)發(fā)現(xiàn)與靜態(tài)配置雙支持

不僅兼容OMG DDSI-RTPS標(biāo)準(zhǔn)的動態(tài)發(fā)現(xiàn)機制，可在運行時自動發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的參與者和主題，提高系統(tǒng)的靈活性與可擴展性，還支持靜態(tài)配置，開發(fā)者能夠根據(jù)實際需求進(jìn)行靈活選擇。靜態(tài)配置在簡化系統(tǒng)設(shè)置、提高開發(fā)效率方面具有優(yōu)勢;而動態(tài)發(fā)現(xiàn)機制在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)經(jīng)常變化的復(fù)雜場景中，能讓系統(tǒng)自動適應(yīng)變化，確保通信的順暢進(jìn)行。

3資源與內(nèi)存優(yōu)化

采用創(chuàng)新的內(nèi)存管理策略，充分考量CP平臺資源受限的特性，通過一系列有效手段，顯著降低了內(nèi)存占用，保障系統(tǒng)在資源有限的情況下仍能高效穩(wěn)定運行。例如在處理大量數(shù)據(jù)時，可避免內(nèi)存相關(guān)問題對系統(tǒng)性能的影響。

4傳輸性能提升

通過分段統(tǒng)計傳輸延時進(jìn)行優(yōu)化，精確掌握數(shù)據(jù)在傳輸過程中的各個階段的時間消耗，進(jìn)而針對性地進(jìn)行優(yōu)化。同時，支持異步多任務(wù)多核處理模式，充分利用多核處理器的性能優(yōu)勢，實現(xiàn)了業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的吞吐性能，可快速處理各類實時數(shù)據(jù)，滿足不同場景下對數(shù)據(jù)傳輸速度的嚴(yán)苛要求。

5靈活的QoS支持

提供靜態(tài)功能宏開關(guān)控制，并通過光庭信息CP工具鏈將DDS模塊與其他模塊進(jìn)行聯(lián)動配置。開發(fā)者可以根據(jù)具體的業(yè)務(wù)需求，靈活設(shè)置不同數(shù)據(jù)的QoS策略，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)傳輸?shù)木?xì)控制。比如，對于車輛行駛過程中的關(guān)鍵安全數(shù)據(jù)，可設(shè)置高可靠性、高優(yōu)先級的QoS 策略，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確及時傳輸;而對于一些非關(guān)鍵的娛樂數(shù)據(jù)，則可適當(dāng)降低QoS要求，以節(jié)省系統(tǒng)資源。

6RPC功能支持

基于 OMG DDS-RPC規(guī)范，在CP平臺成功實現(xiàn)RPC功能，并通過AP與CP及第三方DDS的互操作性測試。這一成果有效解決了AP與CP之間的通信障礙，使得不同平臺之間能夠?qū)崿F(xiàn)無縫對接，為汽車智能化系統(tǒng)的跨平臺協(xié)同工作提供了有力支持。例如，在智能座艙與自動駕駛域之間的通信中，RPC功能可實現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)交互和遠(yuǎn)程調(diào)用，提升整個汽車智能系統(tǒng)的協(xié)同性能。

7完善的工具鏈支持

提供性能測試、資源監(jiān)測、錄制回放、代碼生成與配置工具等一系列完善的工具鏈，全面支持用戶開發(fā)需求。性能測試工具能夠幫助開發(fā)者準(zhǔn)確評估系統(tǒng)在不同負(fù)載下的性能表現(xiàn)，及時發(fā)現(xiàn)性能瓶頸并進(jìn)行優(yōu)化;資源監(jiān)測工具可實時監(jiān)控系統(tǒng)資源的使用情況，確保系統(tǒng)在資源有限的條件下穩(wěn)定運行;錄制回放工具方便開發(fā)者對系統(tǒng)運行過程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和分析，便于問題排查和系統(tǒng)優(yōu)化;代碼生成與配置工具則能大大提高開發(fā)效率，減少人工編碼錯誤。

DDS作為面向服務(wù)的通信中間件，憑借其松耦合、高性能和可擴展性，正成為智能網(wǎng)聯(lián)汽車通信架構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)。作為“AI+汽車軟件”行業(yè)領(lǐng)軍者，光庭信息通過自主研發(fā)的DDS CP版，為行業(yè)提供了高性能、低資源占用的解決方案，助力汽車智能化升級。未來，我們期待與業(yè)界生態(tài)伙伴共同探索，推動DDS技術(shù)在汽車領(lǐng)域的更廣泛應(yīng)用。