美國(guó)汽車(chē)工程師學(xué)會(huì)(SAE)定義了6個(gè)無(wú)人駕駛等級(jí)：從L0級(jí)的完全駕駛員控制，到L5級(jí)實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)駕駛，正對(duì)應(yīng)中國(guó)工信部實(shí)施的汽車(chē)駕駛自動(dòng)化等級(jí)：0到5級(jí)。兩種標(biāo)準(zhǔn)的整體分級(jí)方法類(lèi)似，級(jí)別越高，責(zé)任規(guī)劃就越傾向從駕駛?cè)宿D(zhuǎn)為機(jī)動(dòng)車(chē)輛。

圖片來(lái)源：SAE官方網(wǎng)站

由此，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的安全性成為智能駕駛向高階推進(jìn)的核心挑戰(zhàn)。

要實(shí)現(xiàn)高等級(jí)的安全性，一方面需要部署數(shù)量更多、精度更高的傳感器，另一方面需要大算力以及同大算力匹配的底層硬件系統(tǒng)。這些需求在驅(qū)動(dòng)汽車(chē)行業(yè)從E/E分布式架構(gòu)轉(zhuǎn)向功能域和中央計(jì)算架構(gòu)，汽車(chē)功能的集成化進(jìn)一步帶來(lái)了“硬件趨同、軟件定義”的行業(yè)呼聲。

什么是“硬件趨同、軟件定義”：OEM所選擇的芯片種類(lèi)和域控硬件平臺(tái)趨于標(biāo)準(zhǔn)化，這為“軟件定義汽車(chē)”提供了前提，OEM基于服務(wù)和場(chǎng)景進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)，通過(guò)OTA實(shí)現(xiàn)功能的快速迭代，從而滿足愈發(fā)多樣的市場(chǎng)需求。

這一模式中，中間件（Middleware）起到非常重要的作用。對(duì)于多核異構(gòu)的底層計(jì)算架構(gòu)而言，中間件可以提供操作系統(tǒng)無(wú)法覆蓋的服務(wù)需求，例如提供通信、調(diào)度、時(shí)間同步、診斷等功能；對(duì)于應(yīng)用層，中間件可以提供標(biāo)準(zhǔn)API接口，簡(jiǎn)化應(yīng)用的開(kāi)發(fā)、集成和復(fù)用難度。

總體而言，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)的各個(gè)組件能夠更靈活地部署和交互，讓軟件開(kāi)發(fā)人員專(zhuān)注于開(kāi)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。

華玉通軟聯(lián)合創(chuàng)始人畢曉鵬提出，中間件不僅可以實(shí)現(xiàn)軟硬解耦、軟件與操作系統(tǒng)解耦，也是進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)軟軟解耦的關(guān)鍵。尤其在智能駕駛功能域中，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(lái)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（Communication Middleware）從中協(xié)調(diào)。

畢曉鵬  華玉通軟聯(lián)合創(chuàng)始人

DDS作為通信中間件主流方案的優(yōu)勢(shì)

畢曉鵬介紹，行業(yè)內(nèi)主流的通信中間件解決方案是DDS（Data Distribution Service），譯為數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)，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)。

圖片來(lái)源：華玉通軟

首先，DDS強(qiáng)調(diào)以數(shù)據(jù)為中心。區(qū)別于其他以消息為中心的通信中間件，DDS能知曉數(shù)據(jù)類(lèi)型、控制和共享這些數(shù)據(jù)，并基于對(duì)傳輸內(nèi)容的理解，為業(yè)務(wù)邏輯開(kāi)發(fā)者提供靈活的通信邏輯的控制方法，例如基于內(nèi)容的過(guò)濾。

第二，DDS會(huì)提供豐富的服務(wù)質(zhì)量QoS（Quality of Service）配置選項(xiàng)，用戶可以根據(jù)具體的智能駕駛應(yīng)用場(chǎng)景選擇最優(yōu)化的通信策略，例如可靠性（Reliability）、持久性（Durability）等。

使用QoS的好處在于：在面對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)景時(shí)，工程師不必通過(guò)代碼實(shí)踐對(duì)應(yīng)的通信邏輯。例如配置冗余時(shí)，不需要協(xié)調(diào)不同節(jié)點(diǎn)間的邏輯，配置適當(dāng)?shù)腝oS即可以幫助訂閱方自動(dòng)訂閱信息，并在主節(jié)點(diǎn)和冗余節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行切換。

QoS是DDS在動(dòng)態(tài)化、高要求、不可預(yù)測(cè)的復(fù)雜環(huán)境中提供靈活適應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)的關(guān)鍵因素。畢曉鵬表示，除協(xié)議中的標(biāo)準(zhǔn)配置外，華玉通軟目前已經(jīng)拓展到60~70種QoS策略服務(wù)。

此外，DDS還具備動(dòng)態(tài)發(fā)現(xiàn)、高可擴(kuò)展性、高可伸縮性、無(wú)單點(diǎn)失效、應(yīng)用程序可移植性等優(yōu)勢(shì)。

DDS另一個(gè)重點(diǎn)是動(dòng)態(tài)發(fā)現(xiàn)（Dynamic Discovery），動(dòng)態(tài)發(fā)現(xiàn)機(jī)制大大增強(qiáng)了DDS應(yīng)用程序的擴(kuò)展性和移植性，實(shí)現(xiàn)大家廣泛需求的"即插即用"，應(yīng)用程序上線或下線前，無(wú)需告知任何服務(wù)方或數(shù)據(jù)交互節(jié)點(diǎn)，只需要發(fā)布或訂閱自己感興趣的主題，即可完成對(duì)于該主題對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。DDS實(shí)體之間（包括Participant與Participant之間、Writer與Reader之間）的相互發(fā)現(xiàn)和匹配，全部在底層的DDS發(fā)現(xiàn)機(jī)制中實(shí)現(xiàn)，用戶應(yīng)用層面實(shí)現(xiàn)最大程度的解耦。

畢曉鵬認(rèn)為，非DDS其他通信中間件大多數(shù)只完成了信息從發(fā)布方傳輸?shù)接嗛喎降墓ぷ鳎詳?shù)據(jù)為中心的DDS更能簡(jiǎn)化應(yīng)用層的邏輯開(kāi)發(fā)或集成，包括通信安全方面，工程師也可通過(guò)配置的方式靈活地加入身份認(rèn)證、讀寫(xiě)權(quán)限、信息加密等安全模塊屬性。

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總結(jié)來(lái)說(shuō)，DDS可以幫助用戶最大程度實(shí)現(xiàn)通信自動(dòng)化，做到"即插即用"，在工程化系統(tǒng)部署和未來(lái)架構(gòu)擴(kuò)展時(shí)，使用DDS可以大幅降低整體工作量和系統(tǒng)復(fù)雜度。

華玉推出“雨燕”通信中間件 實(shí)現(xiàn)全面自研

智能網(wǎng)聯(lián)時(shí)代，車(chē)機(jī)從單獨(dú)的個(gè)體轉(zhuǎn)化為數(shù)字網(wǎng)絡(luò)生態(tài)的一部分，車(chē)路協(xié)同、車(chē)車(chē)通信成為必經(jīng)之路，繼續(xù)使用開(kāi)源DDS和海外軟件商提供的DDS產(chǎn)品在信息安全方面會(huì)遭遇潛在的挑戰(zhàn)。畢曉鵬認(rèn)為，當(dāng)前的國(guó)際形勢(shì)之下，在關(guān)鍵領(lǐng)域發(fā)展自研，實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)自主可控是非常重要的事情，這也是華玉通軟幾年前開(kāi)始布局DDS，發(fā)展智能駕駛領(lǐng)域高性能通信中間件技術(shù)的一大驅(qū)動(dòng)因素。

此外，DDS本身有很高的技術(shù)壁壘，華玉通軟實(shí)現(xiàn)全面自研，也有助于在DDS軟件成型后期的工程化階段滿足客戶的定制化需求：多核傳輸、不同操作系統(tǒng)、不同場(chǎng)景下的QoS定制、復(fù)雜場(chǎng)景下的穩(wěn)定性、以及與AUTOSAR CP和AUTOSAR AP的集成等要求。

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經(jīng)過(guò)多年的技術(shù)積累，華玉通軟已經(jīng)建立了DDS自研的技術(shù)壁壘。畢曉鵬表示，華玉通軟目前推出的“雨燕”通信中間件(SWIFT DDS) 是國(guó)內(nèi)首個(gè)基于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(kāi)源模塊。

“雨燕”在操作系統(tǒng)層可適配Linux，QNX，VxWorks，Android，AUTOSAR AP/CP以及FreeRTOS等實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，硬件層可適配N(xiāo)vidia Orin、NXP S32G、TI TDA4、Infineon TC39x等車(chē)廠常用芯片。華玉提供的“雨燕”通信中間件產(chǎn)品包括核心軟件和工具鏈兩個(gè)部分，核心軟件主要包括標(biāo)準(zhǔn)版本“雨燕”、“雨燕”實(shí)時(shí)版本（SWIFT DDS-RT）以及DDS Security等協(xié)議擴(kuò)展模塊，工具鏈包含數(shù)據(jù)類(lèi)型定義、通信系統(tǒng)配置、通信監(jiān)控、錄包回放、代碼自動(dòng)生成等服務(wù)和功能。

除“雨燕”標(biāo)準(zhǔn)版之外，華玉通軟專(zhuān)門(mén)提供“雨燕”實(shí)時(shí)版本，供用戶在資源有限的MCU上或者異構(gòu)芯片的R核或者M(jìn)核上進(jìn)行DDS的部署和通信支持。兩個(gè)版本都會(huì)提供無(wú)裁剪、全功能的DDS邏輯實(shí)現(xiàn)以及QoS完整策略。華玉同時(shí)提供DDS所有擴(kuò)展模塊，以及整套工具鏈支撐，旨在幫助客戶在實(shí)際應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)軟件全生命周期的高效集成和部署。

“雨燕”通信中間件產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖 圖片來(lái)源：華玉通軟

“雨燕”四大優(yōu)勢(shì) 瞄準(zhǔn)全域互通互聯(lián)

“雨燕”通信中間件的核心優(yōu)勢(shì)為何？畢曉鵬圍繞華玉目前與OEM、Tier1進(jìn)行的工作實(shí)踐，進(jìn)行了以下總結(jié)：

第一，性能優(yōu)秀。搭載英偉達(dá)的芯片進(jìn)行定量化測(cè)試，對(duì)比開(kāi)源版本的DDS，“雨燕”延遲更低、數(shù)據(jù)吞吐量更大，更關(guān)鍵的是，多節(jié)點(diǎn)運(yùn)行時(shí)CPU等資源占有率更加穩(wěn)定。

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第二，通信安全?！坝暄唷钡陌踩K可以幫助客戶實(shí)現(xiàn)身份認(rèn)證、信息加密、讀寫(xiě)權(quán)限控制等多重安全機(jī)制，并允許進(jìn)行細(xì)顆粒度的配置。無(wú)需應(yīng)用開(kāi)發(fā)工程師再自行開(kāi)發(fā)通信安全邏輯，由于安全機(jī)制選項(xiàng)可直接在配置文件中進(jìn)行調(diào)整，也免去了修改代碼反復(fù)編譯帶來(lái)的復(fù)雜度。

第三，適配性強(qiáng)?！坝暄唷睂?duì)多種底層通信方式提供支持，包括UDP/IP, TCP/IP, 共享內(nèi)存，零拷貝以及核間通信，目前華玉也正在推進(jìn)DDS和TSN的結(jié)合。對(duì)于汽車(chē)平臺(tái)生態(tài)系統(tǒng)，華玉也分別在AUTOSAR CP和AUTOSAR AP上進(jìn)行了集成，供客戶更靈活地進(jìn)行選擇。

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第四，落地經(jīng)驗(yàn)。畢曉鵬表示，華玉通軟目前已經(jīng)同多家頭部OEM和Tier 1企業(yè)進(jìn)行定點(diǎn)合作，在多種硬件平臺(tái)和復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)景下進(jìn)行了“雨燕”通信中間件和工具鏈的實(shí)踐驗(yàn)證，并根據(jù)需求為客戶提供定制化的解決方案，積累了豐富的工程經(jīng)驗(yàn)。

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畢曉鵬說(shuō)，華玉通軟的初衷是專(zhuān)注于智能駕駛基礎(chǔ)軟件的研發(fā)與創(chuàng)新，“希望通過(guò)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)建新電子電器架構(gòu)下的互聯(lián)互通”?；谝呀?jīng)成熟的“雨燕”通信中間件產(chǎn)品，華玉通軟會(huì)陸續(xù)融入包括確定性調(diào)度、執(zhí)行管理、升級(jí)管理等中間件模塊，支持不同的操作系統(tǒng)和硬件平臺(tái)，對(duì)上層應(yīng)用提供安全實(shí)時(shí)的運(yùn)行環(huán)境，用完全自主的基礎(chǔ)軟件平臺(tái)為軟件定義汽車(chē)提供堅(jiān)實(shí)的底層支撐。

（以上內(nèi)容根據(jù)華玉通軟聯(lián)合創(chuàng)始人畢曉鵬博士于2022年8月4日由蓋世汽車(chē)、AUTOSAR組織聯(lián)合主辦的2022第三屆軟件定義汽車(chē)論壇暨AUTOSAR中國(guó)日發(fā)表的《高性能通信中間件在智能駕駛中的應(yīng)用》主題演講進(jìn)行理解和整理。）

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