中間件是位于操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序之間的軟件層。它使系統(tǒng)的應(yīng)用組件能夠更靈活地部署和交互，讓軟件開發(fā)人員專注于開發(fā)其應(yīng)用程序的業(yè)務(wù)邏輯上，而不將精力花費(fèi)在不同軟件組件的連接上。尤其在智能駕駛域中，大量節(jié)點(diǎn)需要進(jìn)行頻繁的信息交互，在多核異構(gòu)的大算力架構(gòu)下，融合來自不同傳感器的感知信息、核內(nèi)通信、跨核通信、跨芯片通信、跨域通信，都需要通信中間件從中協(xié)調(diào)。

2023年3月14-16日，2023第四屆軟件定義汽車論壇暨AUTOSAR中國(guó)日上，華玉通軟聯(lián)合創(chuàng)始人兼研發(fā)副總裁畢曉鵬介紹，行業(yè)內(nèi)主流的通信中間件解決方案之一是DDS，其由對(duì)象管理組織(OMG)進(jìn)行定義，是基于DCPS（以數(shù)據(jù)為中心的發(fā)布訂閱）模型的一種中間件協(xié)議和API標(biāo)準(zhǔn)。

畢曉鵬表示，華玉通軟已推出的“雨燕”通信中間件(SWIFT DDS) 是國(guó)內(nèi)首個(gè)基于OMG DDS標(biāo)準(zhǔn)完全獨(dú)立自主研發(fā)的高性能通信中間件，提供以數(shù)據(jù)為中心、描述分布式網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下數(shù)據(jù)交互行為的實(shí)時(shí)通信服務(wù)，從架構(gòu)到源代碼，完全獨(dú)立自主研發(fā)，未使用開源模塊。他強(qiáng)調(diào)，SWIFT DDS也是國(guó)內(nèi)首個(gè)自主研發(fā)、通過ISO 26262 ASIL-D功能安全產(chǎn)品認(rèn)證的DDS高性能通信中間件。

 華玉通軟聯(lián)合創(chuàng)始人兼研發(fā)副總裁畢曉鵬

以下是演講內(nèi)容整理：

華玉通軟專注于智能駕駛基礎(chǔ)軟件的研發(fā)與創(chuàng)新，希望通過具備完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的底層核心技術(shù)，幫助客戶構(gòu)建多源異構(gòu)數(shù)據(jù)及上層應(yīng)用之間高實(shí)時(shí)、高可靠、高安全的互聯(lián)互通。目前，華玉通軟已經(jīng)推出了基于DDS標(biāo)準(zhǔn)研發(fā)的“雨燕”通信中間件(SWIFT DDS)，并與業(yè)內(nèi)多家OEM和Tier 1達(dá)成了合作。華玉在去年的第三屆論壇上分享了SWIFT DDS的開發(fā)情況，本次則是與大家分享SWIFT DDS在智駕域上應(yīng)用的最新進(jìn)展。

智能駕駛中間件核心價(jià)值：提升效率與構(gòu)建“橋梁”

對(duì)于汽車領(lǐng)域的軟件開發(fā)人員來說，中間件的價(jià)值在于為上層應(yīng)用的開發(fā)提供底層操作系統(tǒng)無法覆蓋的服務(wù)。在軟件定義汽車的背景下，汽車上的軟件結(jié)構(gòu)逐漸演進(jìn)成自下而上的操作系統(tǒng)－中間件－應(yīng)用軟件的分層架構(gòu)。無論底層硬件是SOC還是MCU，硬件之上會(huì)有一層操作系統(tǒng)，如果運(yùn)行了Hypervisor，那么多個(gè)核上可以運(yùn)行多個(gè)獨(dú)立的操作系統(tǒng)。如果在操作系統(tǒng)之上，讓應(yīng)用開發(fā)人員直接開發(fā)應(yīng)用，可能會(huì)面臨很復(fù)雜的問題，比如說開發(fā)者除了調(diào)試自己的應(yīng)用算法之外，還需要解決許多嵌入式的問題，也需要解決底軟和驅(qū)動(dòng)的相關(guān)問題。

中間件的作用由此體現(xiàn)。應(yīng)用開發(fā)人員只需要關(guān)注自己的算法模塊，其它的內(nèi)容，例如通信、調(diào)度、診斷，都可以以服務(wù)調(diào)用的方式通過中間件實(shí)現(xiàn)。簡(jiǎn)而言之，中間件在操作系統(tǒng)和上層應(yīng)用之間作為“橋梁”存在，同時(shí)起到解耦和為上層應(yīng)用提供必要服務(wù)框架的作用。華玉通軟提供的中間件服務(wù)和產(chǎn)品是幫助客戶在已有的底層環(huán)境上，以低成本高效率實(shí)現(xiàn)上層應(yīng)用的開發(fā)、集成與部署。

智能駕駛中間件需要具備的五種核心價(jià)值：

第一，解耦。其中包括上層應(yīng)用與底層操作系統(tǒng)和底層硬件之間的解耦，以及各個(gè)應(yīng)用之間的解耦。

第二，統(tǒng)一架構(gòu)模型，降低集成復(fù)雜度。

第三，上層開發(fā)者可以更多地關(guān)注應(yīng)用開發(fā)，而不需要考慮底軟和通信等問題。

第四，高度靈活性。中間件需具備動(dòng)態(tài)化、靈活性的配置方式。

第五，中間件最重要的價(jià)值在于提高上層應(yīng)用開發(fā)與部署的效率。

實(shí)現(xiàn)智能駕駛快速量產(chǎn)，DDS需求持續(xù)增長(zhǎng)

基于中間件的價(jià)值，智能駕駛領(lǐng)域中間件的核心需求是通信中間件。

通信中間件是一種軟件技術(shù)，用于在分布式系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)不同模塊之間的數(shù)據(jù)交互。在智能駕駛領(lǐng)域，通信中間件需要滿足多場(chǎng)景的需求，例如：支持各種傳感器設(shè)備的接入，保證海量多元異構(gòu)數(shù)據(jù)的高穩(wěn)定、高實(shí)時(shí)、高安全的傳輸（如點(diǎn)云或攝像頭大數(shù)據(jù)量通信），實(shí)現(xiàn)高頻信號(hào)的實(shí)時(shí)通信等。此外，通信中間件還要考慮數(shù)據(jù)安全、系統(tǒng)擴(kuò)展性和穩(wěn)定性等問題。DDS（Data Distribution Service）就是一種廣泛應(yīng)用于智能駕駛領(lǐng)域的通信中間件解決方案。

根據(jù)與汽車領(lǐng)域不同客戶的廣泛交流，華玉發(fā)現(xiàn)市場(chǎng)在近年來對(duì)DDS的需求呈現(xiàn)出持續(xù)增長(zhǎng)的趨勢(shì)。

例如在2021年，OEM和Tier 1關(guān)注DDS相比于SOME/IP等其他中間件方案的優(yōu)勢(shì)；到了2022年，客戶已經(jīng)比較認(rèn)可DDS在智能駕駛領(lǐng)域的適用性；而到了今年，許多客戶在設(shè)計(jì)新一代軟件架構(gòu)時(shí)，都將DDS作為解決全域通信以及車云通信的首選框架。

那么，為什么越來越多的主機(jī)廠在設(shè)計(jì)軟件架構(gòu)時(shí)選擇DDS作為通信中間件解決方案？

第一，DDS實(shí)現(xiàn)“軟硬解耦”和“軟軟解耦”，提升算法應(yīng)用開發(fā)部署效率。DDS作為一種以數(shù)據(jù)為中心（Data-Centric）和基于發(fā)布訂閱架構(gòu)（Publish-Subscribe）開發(fā)的通信協(xié)議，與傳統(tǒng)的RPC（Remote Procedure Call）模式不同，使用DDS進(jìn)行通信的每個(gè)模塊只需要發(fā)布和訂閱感興趣的數(shù)據(jù)即可，無需關(guān)心數(shù)據(jù)來源或去向，從而實(shí)現(xiàn)了算法模塊之間的解耦。

例如，一個(gè)做路徑規(guī)劃（Planning）的模塊，需要獲取起點(diǎn)信息、終點(diǎn)信息和障礙物信息，進(jìn)行規(guī)劃后需要將規(guī)劃好的路徑發(fā)布給后續(xù)的其它模塊，開發(fā)者只需通過DDS進(jìn)行主題（Topic）的訂閱和發(fā)布操作即可。具體來說，只需要在工程里面加入幾行代碼，分別訂閱“起點(diǎn)”、“終點(diǎn)”和“障礙物”三個(gè)主題，以及發(fā)布“路徑”主題。他們不必關(guān)心這些信息的來源和去向，從而實(shí)現(xiàn)了模塊之間的解耦。

第二，DDS具有更加靈活的QoS配置，這也是DDS受到客戶歡迎的原因之一。

DDS的每個(gè)QoS都是為實(shí)際場(chǎng)景設(shè)計(jì)的，例如當(dāng)需要配置冗余時(shí)，如果用DDS做通信架構(gòu)，只需要在配置文件里面改變Ownership的QoS配置，不需要在代碼端進(jìn)行任何修改或重新編譯。再例如需要關(guān)注周期性信息的時(shí)效性時(shí)，只需要配置Deadline這個(gè)QoS，再在對(duì)應(yīng)的回調(diào)函數(shù)中設(shè)置對(duì)于數(shù)據(jù)逾期的處理邏輯即可。

第三，DDS具有可移植性和互操作性兩大特點(diǎn)。首先，在DDS標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議中，它對(duì)上層提供統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)接口，不同廠商的DDS產(chǎn)品都遵循相同的接口規(guī)范，便于應(yīng)用的移植；其次，DDS對(duì)下層具備互操作性，不同廠商的DDS產(chǎn)品之間可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換和聯(lián)通。

總結(jié)而言，DDS越來越受到行業(yè)市場(chǎng)青睞的核心原因，是其可以滿足智能汽車軟件開發(fā)過程中所遇到的通信需求，包括諸如動(dòng)輒幾十個(gè)進(jìn)程之間的復(fù)雜場(chǎng)景下的數(shù)據(jù)通信、軟硬件解耦、通信可靠性和安全性等問題。更重要的是，DDS可以幫助主機(jī)廠以更短的時(shí)間、更低的成本，快速完成算法和應(yīng)用的開發(fā)及部署，進(jìn)一步加快智能汽車的大規(guī)模量產(chǎn)，滿足市場(chǎng)日益變化和更加多元的需要。

國(guó)產(chǎn)自主可控，SWIFT DDS應(yīng)運(yùn)而生

面對(duì)國(guó)內(nèi)智能汽車行業(yè)對(duì)于DDS產(chǎn)品的日益增長(zhǎng)的需求，華玉發(fā)布了國(guó)內(nèi)首個(gè)基于DDS標(biāo)準(zhǔn)完全自主研發(fā)的高性能通信中間件——“雨燕”通信中間件（SWIFT DDS）。SWIFT DDS在整個(gè)開發(fā)過程中沒有參考任何開源代碼，實(shí)現(xiàn)了100%自主創(chuàng)新，在歷經(jīng)3年多時(shí)間的打磨后，成為非常成熟、穩(wěn)定的商業(yè)化DDS產(chǎn)品，并在與眾多客戶的合作過程中得到了驗(yàn)證。去年SWIFT DDS通過了ISO 26262 ASIL-D級(jí)功能安全認(rèn)證，也成為了國(guó)內(nèi)首個(gè)自主研發(fā)并通過該認(rèn)證的DDS產(chǎn)品。

SWIFT DDS的核心優(yōu)勢(shì)包括以下幾點(diǎn)：

首先，SWIFT DDS強(qiáng)大的產(chǎn)品性能優(yōu)勢(shì)。SWIFT DDS支持SOC+MCU雙版本，同其他開源產(chǎn)品相比，SWIFT DDS在延遲性、吞吐性、底層通信方式支持、CPU性能、內(nèi)存占用等方面的表現(xiàn)更加優(yōu)異，可以在常見的車載以太網(wǎng)下保持穩(wěn)定高效地運(yùn)行，并且隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)增加，性能仍然保持穩(wěn)定，避免了開源產(chǎn)品經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)的多節(jié)點(diǎn)崩潰或者運(yùn)行緩慢等問題。除產(chǎn)品本身之外，華玉也按照DDS標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)了一套完整的DDS功能包，包括QoS策略配置、DDS擴(kuò)展模塊和DDS工具等。

第二，跨系統(tǒng)與跨平臺(tái)。SWIFT DDS的底層對(duì)硬件和操作系統(tǒng)進(jìn)行抽象，目前已適配過市場(chǎng)上主流的車載操作系統(tǒng)和平臺(tái)，包括Linux、VxWorks、QNX、FreeRTOS、AUTOSAR AP、AUTOSAR CP、CyberRT、ROS2等多種操作系統(tǒng)；同時(shí)已成功部署在地平線“征程”系列、賽靈思ZU5、英偉達(dá)Orin、芯馳G9X、NXP S32G2、TI TDA4以及英飛凌TC397等芯片上。對(duì)于資源有限的MCU或者實(shí)時(shí)核上部署DDS，華玉提供全功能的實(shí)時(shí)版本SWIFT DDS-RT，同時(shí)可根據(jù)不同系統(tǒng)集成方案中對(duì)于通信的具體需求進(jìn)行優(yōu)化，兼顧資源占用和性能效率，并提供及時(shí)、專業(yè)、貼心的技術(shù)服務(wù)和售后保障。

第三，提供完整的工具鏈。為了客戶更加方便地使用SWIFT DDS產(chǎn)品，華玉研發(fā)了一整套DDS工具鏈。用戶可使用界面交互的方式進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)類型的定義，DDS網(wǎng)絡(luò)配置，QoS配置，代碼自動(dòng)生成，DDS實(shí)時(shí)監(jiān)控以及錄包回放等功能。這一整套工具鏈可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于DDS使用的全面覆蓋。

圖片來源：華玉通軟

第四，SWIFT DDS支持多種通信方式，包括UDP、TCP、共享內(nèi)存、零拷貝、IPC核間通信等。用戶可以根據(jù)自己的需求，在配置文件中動(dòng)態(tài)選擇合適的通信方式。

SWIFT DDS最大的核心優(yōu)勢(shì)之一，是去年12月獲得了ISO 26262 ASIL-D級(jí)功能安全認(rèn)證。這意味著作為國(guó)內(nèi)首個(gè)自主研發(fā)且通過功能安全認(rèn)證的商用DDS產(chǎn)品，SWIFT DDS可以為主機(jī)廠和Tier 1在開發(fā)智能駕駛通信系統(tǒng)軟件架構(gòu)上提供更加可靠的安全保障，滿足客戶在量產(chǎn)階段對(duì)軟件功能安全的嚴(yán)苛要求。

SWIFT DDS作為成熟、穩(wěn)定、且進(jìn)入商用化的DDS產(chǎn)品，已經(jīng)得到了客戶和市場(chǎng)的認(rèn)可，并在智駕域、智能座艙域的多個(gè)場(chǎng)景中得到了驗(yàn)證和應(yīng)用，滿足整個(gè)域內(nèi)以及域間通信的場(chǎng)景，包括智能駕駛域芯片間的通信、域內(nèi)通信、域間通信，以及不同算法模塊之間溝通的需求，為智能汽車更快、更安全的量產(chǎn)提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

推出完整SWIFT DDS工具鏈，提升客戶使用便捷性

為了提升SWIFT DDS在使用中的便捷性，華玉開發(fā)了完整SWIFT DDS工具鏈，包括SWIFT DDS Configurator, Code Generator, Shape Demo, Monitor, Recorder&Replay, Automated Test Platform等。其中客戶最為關(guān)注的是以下幾個(gè)工具。

第一，SWIFT DDS Shape Demo通過交互圖形界面的形式可向用戶展示華玉DDS SWIFT中間件的完整通信過程，支持多種QoS配置，也支持與第三方廠商DDS的互聯(lián)互通，幫助客戶快速了解DDS協(xié)議內(nèi)容，熟悉其發(fā)布-訂閱模式，展示SWIFT DDS高質(zhì)量服務(wù)，并驗(yàn)證SWIFT DDS的互操作性。

第二個(gè)是SWIFT DDS Monitor工具，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)DDS系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并以圖形化的形式展示和列舉所有DDS節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài)以及每一層Entity的細(xì)節(jié)信息，其主要作用是在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，對(duì)于DDS通信狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和診斷。

此外，華玉的SWIFT DDS Recorder & Replay工具，可以實(shí)現(xiàn)域內(nèi)DDS通信數(shù)據(jù)的錄制和存儲(chǔ)，并在后期需要時(shí)進(jìn)行回放，支持倍速播放的方式，滿足客戶在離線狀態(tài)下對(duì)于通信場(chǎng)景的仿真或者對(duì)于通信數(shù)據(jù)的需求。

除了SWIFT DDS以外，華玉還推出了完全自主研發(fā)的“云雀”執(zhí)行管理中間件，為主機(jī)廠在系統(tǒng)程序及資源管理方面提供自主可控且具有高度可擴(kuò)展性的解決方案，基于“以服務(wù)為中心”的設(shè)計(jì)思想，通過完善的程序生命周期管理和健康管理，保證系統(tǒng)運(yùn)行的高度安全性。未來，針對(duì)智能汽車行業(yè)的需求，華玉將陸續(xù)研發(fā)其他核心中間件模塊，進(jìn)一步打造完整的智能駕駛基礎(chǔ)軟件平臺(tái)，為客戶提供更加多元、精準(zhǔn)和可靠的基礎(chǔ)軟件解決方案。

（以上內(nèi)容來自華玉通軟聯(lián)合創(chuàng)始人兼研發(fā)副總裁畢曉鵬于2023年3月14日-16日在2023第四屆軟件定義汽車論壇暨AUTOSAR中國(guó)日發(fā)表的《智駕域中間件的思考與應(yīng)用》主題演講。）

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