自动驾驶（八十八）---------通讯之SOMEIP

一实相印2024-07-29 20:13

1. 什么是SOME/IP

服务导向架构（SOA，Service-Oriented Architecture）是一种设计软件系统的方法，强调通过可重用的服务来实现系统的松散耦合。每个服务是独立的功能单元，可以被不同的应用程序使用。这些服务通过标准化的接口和协议进行通信和数据交换。其特点是：

  1. 松散耦合：服务之间是独立的，减少了组件之间的依赖性，便于系统的扩展和维护。
  2. 可重用性：服务可以被多个应用程序重复使用，提高了代码的重用性和开发效率。
  3. 互操作性：基于标准化的接口和协议（如SOAP、REST、SOME/IP等），不同平台和技术的系统可以相互通信。
  4. 分布式：服务可以部署在不同的物理位置和网络环境中，通过网络进行通信。
  5. 灵活性：可以根据需求动态组合和配置服务，适应不同的业务需求。
  6. 可维护性：独立的服务可以单独开发、测试和部署，便于系统的维护和升级。

作为SOA基于服务的软件架构，通讯方式自然选择网络层的协议进行通信比较好，这样方便进行SOA的动态配置，支持服务的动态发现和调用，因此一般选SOMEIP作为SOA的通讯方式。

SOME/IP是一种基于IP的通信协议，实现分布式服务之间的通信和数据传输。其特点是：

  1. 标准化：SOME/IP是为汽车电子系统设计的标准化通信协议，支持服务发现、方法调用和事件通知，符合SOA的标准化要求。

  2. 高性能：SOME/IP设计用于满足汽车电子系统的实时性和高带宽需求，具有高效的数据传输能力。

  3. 服务导向：SOME/IP支持服务导向的通信模式，便于实现SOA架构中的服务发现和动态配置。

  4. 可靠性：SOME/IP具有强大的错误处理和恢复机制，确保通信的可靠性和稳定性。

  5. 扩展性：基于IP协议的SOME/IP可以方便地扩展和集成到不同的网络和系统中，适应不断变化的业务需求。

2. SOME/IP的原理和组件

SOME/IP作为一种应用层协议，运行在TCP/IP协议栈之上，SOME/IP协议定义了服务发现、方法调用和事件通知等机制，传输层使用TCP或UDP协议进行数据传输。

工作流程如下：

  1. 服务注册，服务端在启动时，通过广播或多播方式向网络中的其他设备宣布自己的服务，并注册到服务发现模块。

  2. 服务发现，客户端在需要使用某个服务时，通过广播或多播方式发送服务发现请求，寻找可用的服务。

3. 方法调用，客户端发现服务后，发送请求消息，调用服务端提供的方法。服务端接收到请求后，处理请求并返回响应消息。

  1. 事件通知，服务端可以发布事件，通知客户端某些状态或数据的变化。客户端订阅特定服务的事件，接收事件消息。

  2. 高效的数据封装，SOME/IP定义了消息的封装格式，包括消息头和消息负载，确保数据能够高效传输。消息头包含服务ID、实例ID、方法ID等信息，便于消息的解析和处理。

3. 实例代码

以下是一个简单的SOME/IP客户端和服务端示例，展示了基本的服务发现、方法调用和事件通知过程。

在SOME/IP中，IP地址和端口通常通过配置文件进行管理。以下是一个示例配置文件**vsomeip.json**，其中包含了IP地址和端口的设置：

cpp 复制代码 
{
    "unicast": "192.168.0.100",  // 本地IP地址
    "netmask": "255.255.255.0",  // 子网掩码
    "gateway": "192.168.0.1",    // 网关
    "applications": [
        {
            "name": "Service",  // 应用名称
            "id": "0x1234",     // 应用ID
            "instance": "0x5678",  // 实例ID
            "service": "0x4321",  // 服务ID
            "eventgroups": [
                {
                    "group_id": "0x00",  // 事件组ID
                    "events": [
                        {
                            "event_id": "0x0421"  // 事件ID
                        }
                    ]
                }
            ],
            "port": 30490,  // 服务端口
            "protocol": "UDP"  // 传输协议
        }
    ],
    "routing": {
        "protocol": "UDP",  // 路由协议
        "port": 30509,  // 路由端口
        "routing_manager": true  // 是否启用路由管理器
    }
}

服务端代码：

cpp 复制代码 
#include <vsomeip/vsomeip.hpp>
#include <iostream>

class SomeIPServer {
public:
    SomeIPServer() : app_(vsomeip::runtime::get()->create_application("Service")) {}

    bool init() {
        app_->init("vsomeip.json");  // 初始化时加载配置文件
        app_->register_message_handler(SERVICE_ID, INSTANCE_ID, METHOD_ID,
            std::bind(&SomeIPServer::on_message, this, std::placeholders::_1));
        app_->register_state_handler(
            std::bind(&SomeIPServer::on_state, this, std::placeholders::_1));
        app_->offer_service(SERVICE_ID, INSTANCE_ID);
        return true;
    }

    void start() {
        app_->start();
    }

private:
    void on_message(const std::shared_ptr<vsomeip::message> &msg) {
        std::shared_ptr<vsomeip::payload> payload = msg->get_payload();
        std::string message(payload->get_data(), payload->get_data() + payload->get_length());
        std::cout << "Received message: " << message << std::endl;

        // Sending a response
        std::shared_ptr<vsomeip::message> response = vsomeip::runtime::get()->create_response(msg);
        std::string response_message = "Hello from the server!";
        std::shared_ptr<vsomeip::payload> response_payload = vsomeip::runtime::get()->create_payload();
        response_payload->set_data(reinterpret_cast<const vsomeip::byte_t *>(response_message.data()), response_message.size());
        response->set_payload(response_payload);
        app_->send(response);
    }

    void on_state(vsomeip::state_type_e state) {
        if (state == vsomeip::state_type_e::ST_REGISTERED) {
            app_->offer_service(SERVICE_ID, INSTANCE_ID);
        }
    }

    std::shared_ptr<vsomeip::application> app_;
    const vsomeip::service_t SERVICE_ID = 0x4321;
    const vsomeip::instance_t INSTANCE_ID = 0x5678;
    const vsomeip::method_t METHOD_ID = 0x0421;
};

int main() {
    SomeIPServer server;
    if (server.init()) {
        server.start();
    }
    return 0;
}

客户端代码实例：

cpp 复制代码 
#include <vsomeip/vsomeip.hpp>
#include <iostream>

class SomeIPClient {
public:
    SomeIPClient() : app_(vsomeip::runtime::get()->create_application("Client")) {}

    bool init() {
        app_->init("vsomeip.json");  // 初始化时加载配置文件
        app_->register_message_handler(SERVICE_ID, INSTANCE_ID, METHOD_ID,
            std::bind(&SomeIPClient::on_message, this, std::placeholders::_1));
        app_->register_state_handler(
            std::bind(&SomeIPClient::on_state, this, std::placeholders::_1));
        return true;
    }

    void start() {
        app_->start();
    }

    void send_request() {
        std::shared_ptr<vsomeip::message> request = vsomeip::runtime::get()->create_request();
        request->set_service(SERVICE_ID);
        request->set_instance(INSTANCE_ID);
        request->set_method(METHOD_ID);

        std::string request_message = "Hello from the client!";
        std::shared_ptr<vsomeip::payload> request_payload = vsomeip::runtime::get()->create_payload();
        request_payload->set_data(reinterpret_cast<const vsomeip::byte_t *>(request_message.data()), request_message.size());
        request->set_payload(request_payload);

        app_->send(request);
    }

private:
    void on_message(const std::shared_ptr<vsomeip::message> &msg) {
        std::shared_ptr<vsomeip::payload> payload = msg->get_payload();
        std::string message(payload->get_data(), payload->get_data() + payload->get_length());
        std::cout << "Received response: " << message << std::endl;
    }

    void on_state(vsomeip::state_type_e state) {
        if (state == vsomeip::state_type_e::ST_REGISTERED) {
            send_request();
        }
    }

    std::shared_ptr<vsomeip::application> app_;
    const vsomeip::service_t SERVICE_ID = 0x4321;
    const vsomeip::instance_t INSTANCE_ID = 0x5678;
    const vsomeip::method_t METHOD_ID = 0x0421;
};

int main() {
    SomeIPClient client;
    if (client.init()) {
        client.start();
    }
    return 0;
}
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