02.中間件

中間件的任務(wù)就是負(fù)責(zé)各類(lèi)應(yīng)用軟件模塊之間的通信以及對(duì)系統(tǒng)資源的調(diào)度。其中中間件絕大部分的功能是通信，因此通常我們說(shuō)的中間件也就是通信中間件。

隨著傳感器的數(shù)量增加，數(shù)據(jù)來(lái)源增多，多元異構(gòu)數(shù)據(jù)在芯片之間、各任務(wù)進(jìn)程之間的高效、穩(wěn)定傳遞需要引入通信中間件。通信中間件包括點(diǎn)到點(diǎn)、消息隊(duì)列和發(fā)布/訂閱三種工作模式。

點(diǎn)到點(diǎn)模式具有很強(qiáng)的時(shí)間和空間耦合性，使得通信靈活性受到很大限制；消息隊(duì)列模式通過(guò)一個(gè)消息隊(duì)列來(lái)傳遞消息，解決了通信雙方時(shí)間和空間松耦合的問(wèn)題，但不能實(shí)現(xiàn)消息消費(fèi)者通信的異步，并且還存在服務(wù)器瓶頸和單點(diǎn)失效的問(wèn)題，可靠性得不到保障；發(fā)布/訂閱模型中，發(fā)布者和訂閱者通過(guò)主題相關(guān)聯(lián)，雙方不必知道對(duì)方在何處，也不必同時(shí)在線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了通信雙方在時(shí)間、空間和數(shù)據(jù)通信上的多維松耦合，并且能夠減少網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，提高通信效率，也提高開(kāi)發(fā)人員的工作效率。

現(xiàn)在常用的通信中間件SOME/IP與DDS都采用了發(fā)布/訂閱模式，實(shí)現(xiàn)通信雙方在時(shí)間、空間和數(shù)據(jù)通信上的多維松耦合。

SOME/IP

SOME/IP的全稱(chēng)為：Scalable service-Oriented MiddlewarE over IP，是一種面向服務(wù)的傳輸協(xié)議。嚴(yán)格地說(shuō)，SOME/IP不是一款特定的產(chǎn)品，而是一種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。其最早由寶馬在2011年開(kāi)發(fā)，并在2013年集成進(jìn)AUTOSAR 4.1中。其對(duì)內(nèi)存需求較小，但僅提供一種用于選擇UDP與TCP的“可靠性”QoS設(shè)置，其同時(shí)支持Adaptive AUTOSAR與Classic AUTOSAR。

開(kāi)源版的SOME/IP則是由Genivi協(xié)會(huì)來(lái)維護(hù)的，由 C++ 編寫(xiě)，目前主要實(shí)現(xiàn)了 SOME/IP 的通信和服務(wù)發(fā)現(xiàn)功能，并在此基礎(chǔ)上增加了少許的安全機(jī)制。

目前SOME/IP中間件提供商有AUTOSAR工具鏈廠(chǎng)商，包括Vector、ETAS、EB等國(guó)外公司，國(guó)內(nèi)的也有包括普華基礎(chǔ)軟件，經(jīng)緯恒潤(rùn)、東軟等。

DDS

DDS全稱(chēng)為Data Distribution Service (數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù))，由對(duì)象管理組(OMG)發(fā)布和維護(hù)，是一個(gè)中間件協(xié)議和API標(biāo)準(zhǔn)，采用發(fā)布/訂閱體系架構(gòu)，強(qiáng)調(diào)以數(shù)據(jù)為中心，提供豐富的QoS服務(wù)質(zhì)量策略，以保障數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)、高效、靈活地分發(fā)，可滿(mǎn)足各種分布式實(shí)時(shí)通信應(yīng)用需求。

其廣泛應(yīng)用于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，DDS對(duì)內(nèi)存需求大，體量較大，需要人為地進(jìn)行項(xiàng)目級(jí)的裁剪，在服務(wù)策略方面，DDS支持22種QoS策略，每種策略都可以應(yīng)用在不同的角色上，而針對(duì)同一角色，可單獨(dú)使用一種QoS，也可以組合使用多種QoS策略。

在2018年，DDS被首次引入Adaptive AUTOSAR，作為可選的通信中間件之一。018年3月，DDS的主要提供者RTI公司宣布，AUTOSAR AP的最新版本（版本18-03）已經(jīng)具有DDS標(biāo)準(zhǔn)的完整網(wǎng)絡(luò)綁定，但是目前還不支持Classical AUTOSAR。

此外ROS 2和Cyber RT的底層都使用了開(kāi)源的DDS，將DDS作為最重要的通信機(jī)制。

全球范圍內(nèi)，DDS的最大供應(yīng)商是RTI(Real-Time Innovations)，它同時(shí)也是OMG組織董事會(huì)的成員，從2004年開(kāi)始負(fù)責(zé)主持DDS工作組的工作，包括DDS標(biāo)準(zhǔn)的制定，目前已經(jīng)成為這個(gè)行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者，對(duì)DDS標(biāo)準(zhǔn)有足夠的權(quán)威。其DDS產(chǎn)品為為RTI Connext DDS，占據(jù)絕大部分市場(chǎng)。

除此之外，還有一些開(kāi)源的DDS，其也是根據(jù)OMG官方的DDS標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)的，但源代碼開(kāi)放。

在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域比較有影響力的開(kāi)源DDS是由RTI原核心團(tuán)隊(duì)成員在歐洲創(chuàng)辦的eProsima公司推出的FastDDS。在eProsima將FastDDS的源代碼開(kāi)放出來(lái)后，用戶(hù)可以直接在github上免費(fèi)下載。但FastDDS使用起來(lái)比較麻煩，這個(gè)時(shí)候，用戶(hù)就需要通過(guò)向eProsima支付費(fèi)用來(lái)取得支持。

OpenDDS 由位于圣路易斯和鳳凰城的的Object Computing的 ACE/TAO 團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)，它和FastDDS具有一定的相似性——兩者都是基于RTPS實(shí)現(xiàn)的，面向數(shù)據(jù)的通信框架，遵循的是同一標(biāo)準(zhǔn)。這類(lèi)框架的典型特征是去中心化，支持QoS機(jī)制，支持實(shí)時(shí)通信。通常會(huì)綁定如protobuf等序列化工具。

在許多情況下，F(xiàn)astDDS 、OpenDDS可以跟RTI的Connnext DDS互操作/通信。當(dāng)然，具體還得看場(chǎng)景。比如開(kāi)源DDS支持的的QoS有 23個(gè)，大家都用這23個(gè)QOS交互，那就能互操作；如果Connext用的是超出這23個(gè)自定義范圍的QoS，那么開(kāi)源DDS就解析不了。此外，如果用的是OMG沒(méi)開(kāi)源的DDS工具，那也沒(méi)法互操作。

目前來(lái)看SOME/IP相較于DDS在汽車(chē)領(lǐng)域，有先發(fā)優(yōu)勢(shì)。DDS雖然功能完善，而且在其他領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，但是在汽車(chē)行業(yè)，車(chē)規(guī)是最重要的。另外SOME/IP是直接針對(duì)汽車(chē)場(chǎng)景設(shè)計(jì)的，而DDS應(yīng)用在汽車(chē)場(chǎng)景需要進(jìn)行剪裁和適配，這里相較于SOME/IP，工作量又多了很多。最重要的一點(diǎn)是，由于現(xiàn)在大部分車(chē)載控制器的開(kāi)發(fā)都是基于AUTOSAR來(lái)做的，目前SOME/IP同時(shí)支持AP和CP，而DDS目前還只能在AP上運(yùn)行。

SOME/IP和DDS中間件除了上述提到的AUTOSAR工具廠(chǎng)商和RTI及開(kāi)源可以提供外，國(guó)內(nèi)還有一些企業(yè)也提供相關(guān)的產(chǎn)品，比如百度Apollo提供的Cyber RT，它在Apollo 3.5中正式加入。Cyber RT和ROS2很像， 其底層也是使用了一個(gè)開(kāi)源版本的DDS。

另外華玉通軟（Greenstone）成立于2020年，專(zhuān)注于基礎(chǔ)軟件的研發(fā)和創(chuàng)新，為智能汽車(chē)和智能駕駛提供完全自主可控的操作系統(tǒng)、高度可擴(kuò)展的基礎(chǔ)軟件平臺(tái)和定制化解決方案。去年發(fā)布了國(guó)內(nèi)首個(gè)基于DDS標(biāo)準(zhǔn)完全自主研發(fā)的通信中間件—— “雨燕”通信中間件，“雨燕”通信中間件提供20多種QoS機(jī)制，為不同場(chǎng)景需求提供靈活的服務(wù)質(zhì)量管理。在通信安全上，“雨燕”通信中間件提供身份認(rèn)證、數(shù)據(jù)信息加密、敏感信息保護(hù)等多種安全保障，確保數(shù)據(jù)不會(huì)丟失、延滯，也不會(huì)被篡改或是竊取。

當(dāng)前其可適配LiNUX、VxWorks、QNX、AUTOSAR CP、FreeRTOS等多種車(chē)載操作系統(tǒng)，并已成功部署在地平線(xiàn)‘征程’系列、賽靈思ZU5、英偉達(dá)Xavier、芯馳G9X以及英飛凌TC397等多個(gè)平臺(tái)上，