全面自研DDS 華玉通軟瞄準全域互通互聯

美國汽車工程師協會(SAE)定義了無人駕駛的六個等級:從完全駕駛員控制的L0級到完全自動駕駛的L5級，對應中國工信部實施的汽車駕駛自動化等級:0到5級。兩個標準的總體分類方法是相似的。級別越高，責任規劃越傾向于從駕駛員向機動車轉變。

圖片來源:SAE官網

因此，自動駕駛系統的安全性成為智能駕駛向更高層次推進的核心挑戰。

要實現高水平的安全，一方面需要部署更多精度更高的傳感器，另一方面需要大的計算能力以及與大計算能力相匹配的底層硬件系統。這些需求正在推動汽車行業從E/E分布式架構向功能域和中央計算架構轉變，汽車功能的集成進一步帶來“硬件融合、軟件定義”的行業呼聲。

什么是“硬件融合，軟件定義”？OEM廠商選擇的芯片類型和域控制硬件平臺趨于標準化，為“軟件定義車輛”提供了前提。OEM基于服務和場景開發軟件，通過OTA實現功能的快速迭代，從而滿足日益多樣化的市場需求。

在這個模型中，中間件扮演著非常重要的角色。對于多核異構底層計算架構，中間件可以提供操作系統無法覆蓋的服務需求，如提供通信、調度、時間同步、診斷等功能；對于應用層，中間件可以提供標準的API接口，簡化了應用開發、集成和重用的難度。

一般來說，中間件是介于操作系統和應用程序之間的軟件層。它使系統的各種組件能夠更靈活地部署和交互，并允許軟件開發人員專注于開發其應用程序的業務邏輯，而不是將精力花費在不同軟件組件的連接上。

華宇通軟聯合創始人畢肖鵬提出，中間件不僅可以實現軟硬解耦，軟件和操作系統解耦，而且是進一步實現軟解耦的關鍵。尤其在智能駕駛功能領域，大量節點需要頻繁的信息交互。在多核異構計算架構下，需要通信中間件來協調來自不同傳感器的感知信息的整合、核間通信、核間通信、芯片間通信和域間通信。

畢肖鵬，華宇軟通聯合創始人

DDS作為通信中間件主流解決方案的優勢

畢肖鵬介紹，目前業界主流的通信中間件解決方案是DDS(Data Distribution Service，數據分發服務)，由對象管理組織OMG定義，是基于DCPS(Data-centric publish and subscribe，以數據為中心的發布和訂閱)模型的中間件協議和API標準。

圖片來源:華宇通軟

首先，DDS強調以數據為中心。不同于其他以消息為中心的通信中間件，DDS可以知道數據類型，控制和共享這些數據，并基于對傳輸內容的理解，為業務邏輯開發者提供靈活的通信邏輯控制方法，如基于內容的過濾。

其次，DDS將提供豐富的QoS(服務質量)配置選項，用戶可以根據具體的智能駕駛應用場景選擇最優的通信策略，如可靠性、耐用性等。

使用QoS的好處是，工程師在面對不同的應用場景時，不必通過代碼練習相應的通信邏輯。比如配置冗余時，不需要協調不同節點之間的邏輯，配置合適的QoS可以幫助訂閱者自動訂閱信息，在主節點和冗余節點之間切換。

QoS是DDS在動態、苛刻和不可預測的復雜環境中提供靈活和自適應的數據傳輸服務的關鍵因素。畢表示，除了協議中的標準配置，華宇軟交換目前已經擴展到60~70種QoS策略服務。

此外，DDS還具有動態發現、高可擴展性、高可擴展性、無單點故障、應用可移植等優點。

DDS的另一個重點是動態發現。動態發現機制大大增強了DDS應用的擴展性和可移植性，實現了大家廣泛需要的“即插即用”。在應用上線或下線之前，不需要通知任何服務提供商或數據交互節點，只需要發布或訂閱自己感興趣的話題，就可以完成話題對應數據的發送和接收。DDS實體(包括參與者與參與者、寫者與讀者)之間的相互發現和匹配都在底層DDS發現機制中實現，最大程度上實現了用戶應用層的解耦。

畢肖鵬認為，大部分非DDS通信中間件只是完成信息從發布者到訂閱者的傳遞，而以數據為中心的DDS可以簡化應用層的邏輯開發或集成，包括通信安全，工程師可以通過配置靈活添加身份認證、讀寫權限、信息加密等安全模塊屬性。

圖片來源:華宇通軟

綜上所述，DDS可以最大程度的幫助用戶實現通信自動化，實現“即插即用”。在工程系統部署和未來架構擴展中，使用DDS可以大大降低整體工作量和系統復雜度。

華宇推出“雨燕”通信中間件，實現全面自研。

……智能網聯時代，車輛從單一個體變成了數字網絡生態的一部分，車路協同、車車通信成為必由之路。繼續使用海外軟件廠商提供的開源DDS和DDS產品，會遇到信息安全方面的潛在挑戰。畢肖鵬認為，在當前國際形勢下，發展關鍵領域的自主研究，實現國內自主可控非常重要。這也是華宇通軟在幾年前就開始在智能駕駛領域部署DDS和開發高性能通信中間件技術的一大驅動因素。

此外，DDS本身技術壁壘較高，華宇軟件的全面自研也將有助于滿足客戶在DDS軟件成型后期工程化階段的定制需求:多核傳輸、不同操作系統下的QoS定制、復雜場景下的穩定性、與AUTOSAR CP和AUTOSAR AP的集成。

圖片來源:華宇通軟

經過多年的技術積累，華宇軟通建立了DDS自研的技術壁壘。畢肖鵬表示，目前華宇通軟推出的“SWIFT DDS”是國內首個基于DDS標準自主研發的高性能通信中間件，提供以數據為中心，描述分布式網絡環境下數據交互行為的實時通信服務。從架構到源代碼，完全自主開發，不使用開源模塊。

“Swift”在操作系統層可以適配Linux、QNX、VxWorks、Android、AUTOSAR AP/CP、FreeRTOS等實時操作系統，硬件層可以適配英偉達Orin、恩智浦S32G、TI TDA4、英飛凌TC39x常用的芯片。華宇提供的Swift通信中間件產品包括核心軟件和工具鏈兩部分。核心軟件主要包括SWIFT DDS-RT的標準版本和DDS Security等協議擴展模塊。工具鏈包括服務和功能，例如數據類型定義、通信系統配置、通信監控、數據包記錄和回放以及自動代碼生成。

除了Swift的標準版，華宇軟件還特別提供了Swift的實時版，供用戶在資源有限的MCU或異構芯片的R核或M核上部署DDS和支持通信。這兩個版本都將提供非削波、全功能DDS邏輯實現和QoS完整性策略。華宇還提供DDS的所有擴展模塊和一整套工具鏈支持，旨在幫助客戶在實際應用中實現軟件全生命周期的高效集成和部署。

“雨燕”通訊中間件產品結構圖圖片來源:華宇軟件

“Swift”的四大優勢旨在全球互聯互通

Swift通信中間件的核心優勢是什么？畢肖鵬圍繞華宇目前在OEM和Tier1的工作實踐做了如下總結:

第一，性能優秀。搭載NVIDIA的芯片進行定量測試。相比DDS開源版本，“雨燕”的延遲更低，數據吞吐量更大，更重要的是多節點運行時，CPU等資源的份額更穩定。

圖片來源:華宇通軟

第二，通信安全。Swift的安全模塊可以幫助客戶實現身份認證、信息加密、訪問控制等多重安全機制，并允許細粒度配置。不需要應用開發工程師自己開發通信安全邏輯，因為可以直接在配置文件中調整安全機制選項，也避免了反復編譯修改代碼帶來的復雜性。

第三，適應能力強。Swift支持多種底層通信模式，包括UDP/IP、TCP/IP、共享內存、零拷貝和核間通信。目前華宇也在推進DDS和TSN的結合。對于汽車平臺生態系統，華域還分別在AUTOSAR CP和AUTOSAR AP上進行了整合，讓客戶可以更加靈活地選擇。

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圖片來源:華宇通軟

第四，落地體驗。畢肖鵬表示，華宇軟件已與多家頭部主機廠和一級企業進行定點合作，在各種硬件平臺和復雜應用場景下開展了Swift通信中間件和工具鏈的實際驗證，并根據客戶需求提供定制化解決方案，積累了豐富的工程經驗。

圖片來源:華宇通軟

畢肖鵬表示，華宇軟件的初衷是專注于智能駕駛基礎軟件的研發和創新。“希望通過完全自主知識產權的底層核心技術，幫助客戶構建新電子電氣架構下的互聯互通。”華宇通軟將基于成熟的“Swift”通信中間件產品，逐步集成包括確定性調度、執行管理、升級管理等中間件模塊，支持不同的操作系統和硬件平臺，為上層應用提供安全、實時的運行環境，并以完全獨立的基礎軟件平臺為軟件定義的汽車提供堅實的底層支持。

(以上內容根據華宇軟件聯合創始人畢博士在2022年8月4日由Gaspar和AUTOSAR聯合主辦的第三屆軟件定義汽車論壇暨AUTOSAR中國日上發表的主題演講《高性能通信中間件在智能駕駛中的應用》理解和整理。)美國汽車工程師協會(SAE)定義了無人駕駛的六個等級:從完全駕駛員控制的L0級到完全自動駕駛的L5級，對應的是中國工信部實施的汽車駕駛自動化等級:0到5級。兩個標準的總體分類方法是相似的。級別越高，責任規劃越傾向于從駕駛員向機動車轉變。

圖片來源:SAE官網

因此，自動駕駛系統的安全性成為智能駕駛向更高層次推進的核心挑戰。

要實現高水平的安全，一方面需要部署更多精度更高的傳感器，另一方面需要大的計算能力以及與大計算能力相匹配的底層硬件系統。這些需求正在推動汽車行業從E/E分布式架構向功能域和中央計算架構轉變，汽車功能的集成進一步帶來“硬件融合、軟件定義”的行業呼聲。

什么是“硬件融合，軟件定義”？OEM廠商選擇的芯片類型和域控制硬件平臺趨于標準化，為“軟件定義車輛”提供了前提。OEM基于服務和場景開發軟件，通過OTA實現功能的快速迭代，從而滿足日益多樣化的市場需求。

在這個模型中，中間件扮演著非常重要的角色。對于多核異構底層計算架構，中間件可以提供操作系統無法覆蓋的服務需求，如提供通信、調度、時間同步、診斷等功能；對于應用層，中間件可以提供標準的API接口，簡化了應用開發、集成和重用的難度。

一般來說，中間件是介于操作系統和應用程序之間的軟件層。它使系統的各種組件能夠更靈活地部署和交互，并允許軟件開發人員專注于開發其應用程序的業務邏輯，而不是將精力花費在不同軟件組件的連接上。

華宇通軟聯合創始人畢肖鵬提出，中間件不僅可以實現軟硬解耦，軟件和操作系統解耦，而且是進一步實現軟解耦的關鍵。尤其在智能駕駛功能領域，大量節點需要頻繁的信息交互。在多核異構計算架構下，需要通信中間件來協調來自不同傳感器的感知信息的整合、核間通信、核間通信、芯片間通信和域間通信。

畢肖鵬，華宇軟通聯合創始人

DDS作為通信中間件主流解決方案的優勢

畢肖鵬介紹，目前業界主流的通信中間件解決方案是DDS(Data Distribution Service，數據分發服務)，由對象管理組織OMG定義，是基于DCPS(Data-centric publish and subscribe，以數據為中心的發布和訂閱)模型的中間件協議和API標準。

圖片來源:華宇通軟

首先，DDS強調以數據為中心。與其他以消息為中心的通信中間件不同，DDS可以知道數據類型，控制和共享這些數據，并基于對傳輸內容的理解，為業務邏輯開發者提供靈活的通信邏輯控制方法，如基于內容的過濾。

其次，DDS將提供豐富的QoS(服務質量)配置選項，用戶可以根據具體的智能駕駛應用場景選擇最優的通信策略，如可靠性、耐用性等。

使用QoS的好處是，工程師在面對不同的應用場景時，不必通過代碼練習相應的通信邏輯。比如配置冗余時，不需要協調不同節點之間的邏輯，配置合適的QoS可以幫助訂閱者自動訂閱信息，在主節點和冗余節點之間切換。

QoS是DDS在動態、苛刻和不可預測的復雜環境中提供靈活和自適應的數據傳輸服務的關鍵因素。畢表示，除了協議中的標準配置，華宇軟交換目前已經擴展到60~70種QoS策略服務。

此外，DDS還具有動態發現、高可擴展性、高可擴展性、無單點故障、應用可移植等優點。

DDS的另一個重點是動態發現。動態發現機制大大增強了DDS應用的擴展性和可移植性，實現了大家廣泛需要的“即插即用”。在應用上線或下線之前，不需要通知任何服務提供商或數據交互節點，只需要發布或訂閱自己感興趣的話題，就可以完成話題對應數據的發送和接收。DDS實體(包括參與者與參與者、寫者與讀者)之間的相互發現和匹配都是在底層DDS發現機制中實現的，最大程度上解耦了用戶應用層。

畢肖鵬認為，大部分非DDS通信中間件只是完成信息從發布者到訂閱者的傳遞，而以數據為中心的DDS可以簡化應用層的邏輯開發或集成，包括通信安全，工程師可以通過配置靈活添加身份認證、讀寫權限、信息加密等安全模塊屬性。

圖片來源:華宇通軟

綜上所述，DDS可以最大程度的幫助用戶實現通信自動化，實現“即插即用”。在工程系統部署和未來架構擴展中，使用DDS可以大大降低整體工作量和系統復雜度。

華宇推出“雨燕”通信中間件，實現全面自研。

……智能網聯時代，車輛從單一個體變成了數字網絡生態的一部分，車路協同、車車通信成為必由之路。繼續使用海外軟件廠商提供的開源DDS和DDS產品，會遇到信息安全方面的潛在挑戰。畢肖鵬認為，在當前國際形勢下，發展關鍵領域的自主研究，實現國內自主可控非常重要。這也是華宇通軟在幾年前就開始在智能駕駛領域部署DDS和開發高性能通信中間件技術的一大驅動因素。

此外，DDS本身技術壁壘較高，華宇軟件的全面自研也將有助于滿足客戶在DDS軟件成型后期工程化階段的定制需求:多核傳輸、不同操作系統下的QoS定制、復雜場景下的穩定性、與AUTOSAR CP和AUTOSAR AP的集成。

圖片來源:華宇通軟

經過多年的技術積累，華宇軟通建立了DDS自研的技術壁壘。畢肖鵬表示，目前華宇通軟推出的“SWIFT DDS”是國內首個基于DDS標準自主研發的高性能通信中間件，提供以數據為中心，描述分布式網絡環境下數據交互行為的實時通信服務。從架構到源代碼，完全自主開發，不使用開源模塊。

“Swift”在操作系統層可以適配Linux、QNX、VxWorks、Android、AUTOSAR AP/CP、FreeRTOS等實時操作系統，硬件層可以適配英偉達Orin、恩智浦S32G、TI TDA4、英飛凌TC39x常用的芯片。華宇提供的Swift通信中間件產品包括核心軟件和工具鏈兩部分。核心軟件主要包括SWIFT DDS-RT的標準版本和DDS Security等協議擴展模塊。工具鏈包括服務和功能，例如數據類型定義、通信系統配置、通信監控、數據包記錄和回放以及自動代碼生成。

除了Swift的標準版，華宇軟件還特別提供了Swift的實時版，供用戶在資源有限的MCU或異構芯片的R核或M核上部署DDS和支持通信。這兩個版本都將提供非削波、全功能DDS邏輯實現和QoS完整性策略。華宇還提供DDS的所有擴展模塊和一整套工具鏈支持，旨在幫助客戶在實際應用中實現軟件全生命周期的高效集成和部署。

“雨燕”通訊中間件產品結構圖圖片來源:華宇軟件

“Swift”的四大優勢旨在全球互聯互通

Swift通信中間件的核心優勢是什么？畢肖鵬圍繞華宇目前在OEM和Tier1的工作實踐做了如下總結:

第一，性能優秀。搭載NVIDIA的芯片進行定量測試。相比DDS開源版本，“雨燕”的延遲更低，數據吞吐量更大，更重要的是多節點運行時，CPU等資源的份額更穩定。

圖片來源:華宇通軟

第二，通信安全。Swift的安全模塊可以幫助客戶實現身份認證、信息加密、訪問控制等多重安全機制，并允許細粒度配置。不需要應用開發工程師自己開發通信安全邏輯，因為可以直接在配置文件中調整安全機制選項，也避免了反復編譯修改代碼帶來的復雜性。

第三，適應能力強。Swift支持多種底層通信模式，包括UDP/IP、TCP/IP、共享內存、零拷貝和核間通信。目前華宇也在推進DDS和TSN的結合。對于汽車平臺生態系統，華域還分別在AUTOSAR CP和AUTOSAR AP上進行了整合，讓客戶可以更加靈活地選擇。

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圖片來源:華宇通軟

第四，落地體驗。畢肖鵬表示，華宇軟件已與多家頭部主機廠和一級企業進行定點合作，在各種硬件平臺和復雜應用場景下開展了Swift通信中間件和工具鏈的實際驗證，并根據客戶需求提供定制化解決方案，積累了豐富的工程經驗。

圖片來源:華宇通軟

畢肖鵬表示，華宇軟件的初衷是專注于智能駕駛基礎軟件的研發和創新。“希望通過完全自主知識產權的底層核心技術，幫助客戶構建新電子電氣架構下的互聯互通。”華宇通軟將基于成熟的“Swift”通信中間件產品，逐步集成包括確定性調度、執行管理、升級管理等中間件模塊，支持不同的操作系統和硬件平臺，為上層應用提供安全、實時的運行環境，并以完全獨立的基礎軟件平臺為軟件定義的汽車提供堅實的底層支持。

(以上內容根據華宇軟件聯合創始人畢博士在2022年8月4日由Gaspar和AUTOSAR聯合主辦的第三屆軟件定義汽車論壇暨AUTOSAR中國日上發表的主題演講《高性能通信中間件在智能駕駛中的應用》理解和整理。)

標簽：DS發現合創

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