隨著智能網(wǎng)聯(lián)汽車的迅猛發(fā)展，車內(nèi)通信系統(tǒng)正面臨前所未有的挑戰(zhàn)。海量傳感器、執(zhí)行器和計(jì)算單元之間需要進(jìn)行實(shí)時(shí)、可靠、安全的數(shù)據(jù)交互，特別是在車載以太網(wǎng)逐漸成為主流的背景下，沒有通信中間件的管理已難以滿足這些需求。

目前，SOME/IP作為AUTOSAR定義的車載以太網(wǎng)通信中間件已被廣泛采用，但其在實(shí)時(shí)性、可靠性等方面仍存在局限。而來自分布式計(jì)算領(lǐng)域的DDS（Data Distribution Service，數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)）協(xié)議憑借其強(qiáng)大的功能和優(yōu)勢，已經(jīng)在汽車自動(dòng)駕駛通信中占有一席之地，并有望在更多車載網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域取代SOME/IP。

DDS是一種以數(shù)據(jù)為中心的發(fā)布/訂閱式通信協(xié)議，由對(duì)象管理組織（Object Management Group，OMG）在2003年制定。它專為實(shí)時(shí)性、高可靠性、可擴(kuò)展性、安全性而設(shè)計(jì)，能夠在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中高效地傳輸海量數(shù)據(jù)。DDS在車載以太網(wǎng)通信領(lǐng)域具有多項(xiàng)突出優(yōu)勢：

豐富的QoS(Quality of Service，服務(wù)質(zhì)量)機(jī)制：DDS規(guī)范提供多達(dá)數(shù)十種QoS策略，包括可靠性、實(shí)時(shí)性、持久性、安全性等，用戶可根據(jù)應(yīng)用需求靈活配置，實(shí)現(xiàn)最佳通信效果。

零拷貝通信：DDS支持共享內(nèi)存作為本地通信介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)零拷貝數(shù)據(jù)傳輸，顯著降低CPU負(fù)載，提高通信效率，尤其適用于高帶寬、低延遲的車載以太網(wǎng)環(huán)境。

原生安全機(jī)制：DDS內(nèi)置安全插件，提供身份驗(yàn)證、訪問控制、數(shù)據(jù)加密等功能，保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)臋C(jī)密性、完整性和可用性，滿足智能汽車對(duì)信息安全的高要求。

開放標(biāo)準(zhǔn)：DDS是一個(gè)內(nèi)容開放且持續(xù)更新的國際標(biāo)準(zhǔn)，得到了廣泛的行業(yè)支持，有利于促進(jìn)不同廠商之間的互操作性，推動(dòng)智能汽車生態(tài)系統(tǒng)的建設(shè)。

圖 DDS和SOME/IP協(xié)議對(duì)比

聯(lián)合電子作為領(lǐng)先的汽車電子解決方案提供商，深刻理解智能網(wǎng)聯(lián)汽車對(duì)通信系統(tǒng)的苛刻要求。我們基于DDS協(xié)議，結(jié)合自身在軟件開發(fā)、系統(tǒng)集成等方面的豐富經(jīng)驗(yàn)，推出全方位的車載DDS通信解決方案。該方案涵蓋硬件適配、軟件優(yōu)化和應(yīng)用場景構(gòu)建等多個(gè)層面，旨在幫助汽車制造商構(gòu)建高性能、高可靠性、高安全性的車載以太網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)，加速智能網(wǎng)聯(lián)汽車的研發(fā)和落地。

輕量化：協(xié)議棧瘦身帶來更多可能

DDS協(xié)議雖然功能強(qiáng)大，但其完整的實(shí)現(xiàn)需要消耗較多的系統(tǒng)資源，尤其在資源受限的MCU端，傳統(tǒng)的DDS協(xié)議棧難以部署。為了解決這一問題，聯(lián)合電子車載DDS通信解決方案采用了輕量化DDS協(xié)議棧，通過對(duì)DDS的QoS進(jìn)行裁剪，保留必要的QoS，從而顯著降低協(xié)議棧的資源消耗，使其能夠在MCU等資源受限的設(shè)備上高效運(yùn)行。

此外，我們還創(chuàng)新性地將DDS與TSN（Time-Sensitive Networking，時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)）技術(shù)融合，進(jìn)一步提升通信效率和可靠性。更進(jìn)一步，我們充分利用DDS的分層架構(gòu)，在資源受限的環(huán)境中直接使用較為底層的接口進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)極致輕量化。

QoS優(yōu)化：平衡功能與資源

DDS協(xié)議提供了豐富的QoS策略，但并非所有場景都需要用到全部QoS。在車載通信系統(tǒng)中，不同應(yīng)用對(duì)QoS的需求存在差異。例如，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)可能更關(guān)注實(shí)時(shí)性和可靠性，而車身控制系統(tǒng)則對(duì)資源消耗更為敏感。通過對(duì)DDS的QoS進(jìn)行裁剪，可以根據(jù)具體應(yīng)用場景的需求，保留必要的QoS，去除冗余功能，從而實(shí)現(xiàn)協(xié)議棧的輕量化。

聯(lián)合電子車載DDS通信解決方案在QoS裁剪方面進(jìn)行了深入研究和優(yōu)化，提供多種預(yù)定義的QoS配置方案，涵蓋不同應(yīng)用場景的需求。用戶也可以根據(jù)實(shí)際需求，自定義QoS配置，實(shí)現(xiàn)功能和資源的最佳平衡。

DDS與TSN融合：提升可靠性與效率

TSN作為一種新興的車載以太網(wǎng)技術(shù)，通過時(shí)間同步、流量調(diào)度、擁塞控制等機(jī)制，為實(shí)時(shí)通信提供了可靠保障。聯(lián)合電子車載DDS通信解決方案創(chuàng)新性地將DDS與TSN技術(shù)融合，如：利用TSN 802.1CB幀復(fù)制和幀消除機(jī)制替換DDS原生的確認(rèn)重傳機(jī)制，實(shí)現(xiàn)可靠數(shù)據(jù)傳輸，從而減少CPU負(fù)載，提升通信效率。

直接調(diào)用底層接口：極致輕量化

DDS協(xié)議采用分層架構(gòu)，分為DCPS（以數(shù)據(jù)為中心的發(fā)布-訂閱）層和RTPS（實(shí)時(shí)發(fā)布-訂閱協(xié)議）層。對(duì)于資源極其受限的MCU等設(shè)備，聯(lián)合電子輕量化DDS通信解決方案支持直接采用RTPS層進(jìn)行通信，省略DCPS層的部分功能，而必要的QOS功能可以通過RTPS層以及TSN協(xié)議功能替代。這種方式可以在保證基本通信功能的前提下，最大限度地降低協(xié)議棧的資源消耗。

DDS協(xié)議棧輕量化給DDS

在ECU上的部署帶來顯著優(yōu)勢：

降低資源消耗：通過QoS裁剪、TSN融合和直接采用RTPS層，輕量化DDS協(xié)議棧顯著降低了內(nèi)存占用和CPU負(fù)載，提升了時(shí)延性能，使其能夠在MCU等資源受限的設(shè)備上高效運(yùn)行。

提升性能：輕量化協(xié)議棧減少了不必要的數(shù)據(jù)處理和傳輸，TSN的加持則進(jìn)一步提升了通信效率和實(shí)時(shí)性。

靈活配置：用戶可以根據(jù)具體應(yīng)用場景的需求，靈活選擇和配置QoS，實(shí)現(xiàn)功能和資源的最佳平衡。

兼容性：輕量化DDS協(xié)議棧仍然兼容標(biāo)準(zhǔn)DDS協(xié)議，保證了與其他DDS設(shè)備的互操作性。

下圖為聯(lián)合電子輕量化DDS協(xié)議棧（LW-DDS）和開源DDS協(xié)議棧Cyclone DDS的性能對(duì)比。

圖 MCU平臺(tái)CPU負(fù)載對(duì)比（2ms發(fā)送間隔）

圖 MCU平臺(tái)輕量化DDS時(shí)延性能對(duì)比

算力共享：智能汽車的未來趨勢

隨著智能駕駛、車載娛樂等功能的日益復(fù)雜，對(duì)車載計(jì)算能力的需求呈指數(shù)級(jí)增長。然而，受限于成本、功耗等因素，簡單地堆砌硬件并非長久之計(jì)。算力共享作為一種創(chuàng)新的解決方案，通過在不同ECU（電子控制單元）之間動(dòng)態(tài)分配和共享計(jì)算資源，實(shí)現(xiàn)資源利用率的最大化，最大化“壓榨”車載控制器的計(jì)算能力。

圖 汽車不同處理器的算力

DDS如何實(shí)現(xiàn)算力共享

DDS以其數(shù)據(jù)為中心、發(fā)布/訂閱的通信模式，為算力共享提供了天然的支撐。

算力需求發(fā)布：需要額外算力的ECU可以發(fā)布算力需求信息，包括所需的計(jì)算類型、數(shù)據(jù)量、實(shí)時(shí)性要求等。

算力資源發(fā)布：擁有空閑算力的ECU可以發(fā)布算力資源信息，包括可提供的計(jì)算類型、性能指標(biāo)等。

任務(wù)接受決策：擁有空閑算力的ECU在收到請(qǐng)求后決策是否接受任務(wù)，并第一時(shí)間反饋任務(wù)狀態(tài)。

數(shù)據(jù)傳輸與結(jié)果返回：任務(wù)相關(guān)的數(shù)據(jù)通過DDS高效、可靠地傳輸?shù)綀?zhí)行ECU，計(jì)算結(jié)果再通過DDS返回給需求方。

DDS在算力共享中的優(yōu)勢

實(shí)時(shí)性：DDS的實(shí)時(shí)通信能力保證了算力需求和資源信息的及時(shí)傳遞，以及任務(wù)調(diào)度和數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡脱舆t。

可靠性：DDS的可靠傳輸機(jī)制確保了任務(wù)數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果的完整性和正確性，避免因數(shù)據(jù)丟失或錯(cuò)誤導(dǎo)致的計(jì)算錯(cuò)誤。

可擴(kuò)展性：DDS的分布式架構(gòu)使其能夠靈活地適應(yīng)車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的變化，支持新增ECU的接入和算力資源的動(dòng)態(tài)調(diào)整。

應(yīng)用場景

自動(dòng)駕駛：在復(fù)雜的駕駛場景中，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)需要處理海量傳感器數(shù)據(jù)，進(jìn)行實(shí)時(shí)感知、決策和控制。通過算力共享，可以將部分計(jì)算任務(wù)分配給其他ECU，減輕主控ECU的負(fù)擔(dān)，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度和穩(wěn)定性。

車載娛樂：車載娛樂系統(tǒng)對(duì)圖形處理、音視頻解碼等計(jì)算能力的需求越來越高。通過算力共享，可以充分利用車內(nèi)其他ECU的空閑資源，提升娛樂系統(tǒng)的性能和用戶體驗(yàn)。

OTA升級(jí)：在進(jìn)行OTA（空中下載）升級(jí)時(shí)，需要對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)和更新，對(duì)計(jì)算能力的需求較高。通過算力共享，可以加快升級(jí)過程，減少車輛停機(jī)時(shí)間。