光庭信息DDS CP版助力汽车智能化升级

当前，汽车行业正加速向"电动化、智能化、网联化、共享化"迈进，智能网联汽车已成为推动产业升级的核心引擎。随着车辆电子电气架构向区域集中化演进，车载软件复杂度与数据量不断攀升。面向服务的软件架构(SOA)因其灵活性和高效性受到广泛关注，而基于DDS(数据分发服务)的通信中间件凭借其解耦性、高性能和可扩展性，成为实现智能网联汽车通信的理想选择。

一、DDS基本概念

DDS是OMG(Object Management Group，对象管理组织)在2004年发布的一种中间件协议标准。它位于操作系统和用户应用程序之间，屏蔽底层细节。DDS以数据为中心，采用无中心架构，具备丰富的QoS策略，支持松耦合、跨平台和多语言(C/C++、Java、Python等)的实时通信，并有安全规范保障。

DDS 通信的要素包括：

域(Domain)： DDS的通信范围由域定义，域是逻辑上的隔离区域，只有属于同一域的参与者才能进行数据通信。

域参与者(Domain Participant)： 进入域的实体，负责管理域内的资源和通信活动，是DDS系统中的关键组件。

主题(Topic)： 数据的逻辑标识，定义了数据的类型和名称。发布者和订阅者通过主题进行数据的匹配和交换。

发布者(Publisher)： 负责发送数据到指定的主题，通常与数据写入者(Data Writer)配合使用。

订阅者(Subscriber)： 负责接收来自主题的数据，通常与数据读取者(Data Reader)配合使用。

数据写入者(Data Writer)： 发布者的一部分，负责将数据写入到主题中，并将数据分发给订阅者。

数据读取者(Data Reader)： 订阅者的一部分，负责从主题中读取数据，并传递给应用程序。

这些要素共同构成了DDS的发布-订阅模型(参考AUTOSAR_FO_RS_DDS规范)：

△ Figure 1: The DDS logical view

DDS规范中引入了丰富的共22种QoS策略，允许用户根据系统需求自定义数据传输的行为(参考OMG DDS规范)：

△ Figure 2: Supported QoS policies

常见的QoS策略包括：

可靠性(Reliability)：支持“可靠传输”和“尽力而为传输”两种模式。

持久性(Durability)：定义数据消费者是否需要接收数据发布者过去的样本。

历史记录(History)：决定保留历史样本的数量。

优先级(Priority)：为不同数据流设置优先级，确保关键数据的优先传输。

DDS规范通过IDL语言描述数据类型，并支持将其绑定为多种类型语言(C/C++、Java、Python等)，最终通过内部序列化及封装为RTPS报文进行传输。

Type System、Type Representation、Language Binding 和 Data Representation 分别定义了DDS数据类型的描述、标准化形式、编程语言绑定及序列化方式(参考OMG DDS-XTypes规范)：

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

DDS规范支持多通信模式，除了发布/订阅通信模式，也支持请求响应模式和远程过程调用模式(参考OMG DDS-RPC规范)：

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

DDS的信息安全通过身份验证、权限控制、数据加密、事件审计和数据标记等方式实现全面保护(参考OMG DDS-Security规范)：

△ Figure 5: Overall architecture for DDS Security

认证服务插件：认证DDS应用程序，包括在参与者之间执行相互身份验证和建立共享密钥的功能。

访问控制服务插件：对域、主题等实施访问控制。

加密服务插件：维护数据的完整性和机密性，包括加密、解密、哈希、数字签名等。

日志服务插件：支持审计所有DDS安全相关的事件。

数据标记服务插件：提供向数据添加标记的方法。

二、DDS在AUTOSAR CP中的应用及挑战

DDS现广泛应用于航空、航天、国防、金融、通信、汽车等领域，如无人机控制、作战系统、雷达处理和金融系统等。汽车领域的AUTOSAR标准已全面引入DDS技术，其中AUTOSAR AP(Adaptive Platform)标准规范R18-03版本首次引入DDS，而AUTOSAR CP(Classic Platform)标准规范R22-11版本也开始支持DDS。

AUTOSAR CP中的DDS作为一个BSW组件被集成进来，它与其他组件的完整传输路径如下(参考AUTOSAR_CP_SWS_DDS规范)：

△ Figure 6: Dds full transmission path

从传输路径的角度来看，DDS与PduR(PDU路由器)的交互仅提供基于PDU的接口，用于接收和发送PDU数据。在发送端，DDS数据由应用层创建，并以未序列化的形式直接传递到RTE，随后经由LdCom和PduR(上层模块)转发到DDS模块作为PDU，整个过程中数据未发生任何修改或转换;接收端的过程则与之相反。RTE、LdCom和PduR(上层模块)仅承担数据传递的功能，序列化过程完全在DDS BSW内部完成，对AUTOSAR栈完全透明。

它的发送序列图如下(参考AUTOSAR_CP_SWS_DDS规范)：

△ Figure 7: Dds transmission path

它的接收序列图如下(参考AUTOSAR_CP_SWS_DDS规范)：

△ Figure 8: Dds reception path

AUTOSAR CP中的DDS可以支持22种QoS策略的一个子集(甚至可以为空)，没有强制要求实现任何特定的QoS策略，具体支持哪些QoS策略由开发商自定义，每个实体可以通过静态配置定义其自身支持的QoS策略集。

AUTOSAR CP中的DDS规范存在一些功能上的限制，这些限制包括：不支持动态发现、不支持AP与CP之间的RPC(远程过程调用)通信、不支持共享内存通信，以及不支持及时发送和及时接收功能。这些限制在一定程度上影响了DDS在AUTOSAR CP中的灵活性和应用范围，尤其是在与AP平台的互通性方面显得不够友好。

例如，AP平台如果采用动态发现机制，则要求通信双方都支持动态发现功能，而DDS在CP中不支持动态发现，这就导致了跨平台通信的障碍。此外，AP平台上的Method方法通常采用RPC方式进行交互，但由于CP中的DDS不支持RPC通信，这使得两者之间无法实现无缝对接。这些限制给DDS在AUTOSAR CP中的使用带来了挑战，也迫使开发者需要寻找替代方案或调整集成方式。基于这些原因，DDS在AUTOSAR CP中还有一种通过CDD(复杂驱动)的集成方式，可以在一定程度上弥补这些功能上的不足。

展望未来，DDS在AUTOSAR CP中的发展潜力巨大。然而，由于CP平台通常面临资源受限等问题，DDS的集成需要在多个方面进行优化，例如接口适配、性能提升和资源优化等。这些调整对于DDS在CP平台的成功应用至关重要，同时也为开发者提出了新的技术挑战。

三、光庭信息在DDS CP版的实战经验

光庭信息针对AUTOSAR CP平台面临的动态发现缺失、跨平台通信壁垒、资源受限等核心挑战，通过多项技术优化与创新，自主研发了DDS CP版本。其主要特性有：

1灵活的集成方式

支持BSW(基础软件)和CDD(复杂驱动)两种集成方式，可根据不同应用场景的特点与需求，灵活选择集成方式，为开发者提供了极大的便利。例如，在一些对规范兼容性要求较高的场景中，采用BSW集成方式，能更好地契合AUTOSAR规范，且相较于CDD方式，资源占用更少，可有效保障系统在有限资源下的稳定运行;而在一些功能复杂、需要高度定制化的场景下，CDD集成方式则能更好地发挥作用，满足特定的业务逻辑需求。

2动态发现与静态配置双支持

不仅兼容OMG DDSI-RTPS标准的动态发现机制，可在运行时自动发现网络中的参与者和主题，提高系统的灵活性与可扩展性，还支持静态配置，开发者能够根据实际需求进行灵活选择。静态配置在简化系统设置、提高开发效率方面具有优势;而动态发现机制在网络拓扑结构经常变化的复杂场景中，能让系统自动适应变化，确保通信的顺畅进行。

3资源与内存优化

采用创新的内存管理策略，充分考量CP平台资源受限的特性，通过一系列有效手段，显著降低了内存占用，保障系统在资源有限的情况下仍能高效稳定运行。例如在处理大量数据时，可避免内存相关问题对系统性能的影响。

4传输性能提升

通过分段统计传输延时进行优化，精确掌握数据在传输过程中的各个阶段的时间消耗，进而针对性地进行优化。同时，支持异步多任务多核处理模式，充分利用多核处理器的性能优势，实现了业内领先的吞吐性能，可快速处理各类实时数据，满足不同场景下对数据传输速度的严苛要求。

5灵活的QoS支持

提供静态功能宏开关控制，并通过光庭信息CP工具链将DDS模块与其他模块进行联动配置。开发者可以根据具体的业务需求，灵活设置不同数据的QoS策略，实现对数据传输的精细控制。比如，对于车辆行驶过程中的关键安全数据，可设置高可靠性、高优先级的QoS 策略，确保数据的准确及时传输;而对于一些非关键的娱乐数据，则可适当降低QoS要求，以节省系统资源。

6RPC功能支持

基于 OMG DDS-RPC规范，在CP平台成功实现RPC功能，并通过AP与CP及第三方DDS的互操作性测试。这一成果有效解决了AP与CP之间的通信障碍，使得不同平台之间能够实现无缝对接，为汽车智能化系统的跨平台协同工作提供了有力支持。例如，在智能座舱与自动驾驶域之间的通信中，RPC功能可实现高效的数据交互和远程调用，提升整个汽车智能系统的协同性能。

7完善的工具链支持

提供性能测试、资源监测、录制回放、代码生成与配置工具等一系列完善的工具链，全面支持用户开发需求。性能测试工具能够帮助开发者准确评估系统在不同负载下的性能表现，及时发现性能瓶颈并进行优化;资源监测工具可实时监控系统资源的使用情况，确保系统在资源有限的条件下稳定运行;录制回放工具方便开发者对系统运行过程中的数据进行记录和分析，便于问题排查和系统优化;代码生成与配置工具则能大大提高开发效率，减少人工编码错误。

DDS作为面向服务的通信中间件，凭借其松耦合、高性能和可扩展性，正成为智能网联汽车通信架构的关键技术。作为“AI+汽车软件”行业领军者，光庭信息通过自主研发的DDS CP版，为行业提供了高性能、低资源占用的解决方案，助力汽车智能化升级。未来，我们期待与业界生态伙伴共同探索，推动DDS技术在汽车领域的更广泛应用。