微秒级低延时L4/L5级自动驾驶中间件——水杉

自动驾驶中间件水杉，是一款适用于L4/L5级高中低速场景的高性能低延时自动驾驶中间件，同机微秒级的进程间通信且与通信消息数据大小无关，支持流式的发布/订阅通信模式，分布式通信无中心节点，分布式通信总线，自动服务发现，自动匹配链接，自动按需转发，执行权内存空间完全可配置，适用于多进程、多线程、多机间的通信与资源监控；使多进程通信互联如单进程多线程一样简单，具备多进程的优点，且具有单进程多线程的通信速度，任意进程出现问题都不会影响其他进程；纯C++开发不依赖任何第三方库；支持自定义数据协议语言，可自由定义通信数据协议，并由数据协议语言编译器自动生成C++数据协议代码；支持资源监控，可对整个多主机多节点的分布式系统进行资源监控，便于分析系统最优资源配置及调优，即使无经验人员也可以轻松针对不同硬件资源做出最优的资源配置。

下面是两组测试水杉中间件同机进程间通信时延的实验，分别计算了不同通信消息大小下水杉中间件的通信时延大小。两组实验，都未使用水杉自动驾驶中间件的优化配置功能，实验软硬件环境：笔记本处理器Intel® Core™ i7-4710HQ CPU @ 2.50GHz × 8，内大小8GB，操作系统Ubuntu20.04。

图2 消息大小1KB时消息发送数量与平均通信时延

上图2是消息大小1KB时通信次数与平均通信时延，横轴是发送消息数量，纵轴是平均通信时延（单位纳秒）。发送端talker发送的每条消息大小为1KB，共发送308000条，累计发送消息总大小为300.78125MB；接收端接收消息，计算通信时延值并输出，每接收4000条消息计算一次平均通信时延；实验时中间件实际配置128MB内存，实际最大的内存使用量为14.2168MB。

图3 消息大小8MB时消息发送数量与平均通信时延

 上图3是消息大小为8MB时通信数量与平均通信时延的点线图，横轴是发送消息的数量，纵轴是平均通信时延（单位纳秒）。发送端talker发送的每条消息大小为8MB，实验时共212000条消息，累计发送消息总大小为1696000MB；接收端接收消息，计算通信时延值并输出，每发送4000条消息计算一次平均通信时延；实验时中间件实际配置128MB内存，实际最大内存使用量为73.9884MB。

上述两组实验对比表明，水杉自动驾驶中间件可以支持同机微秒级的进程间通信，而且在通信消息大小巨幅增大时通信时延并没有明显增大，是一款可以满足L4/L5级自动驾驶对低通信时延要求的中间件。

水杉自动驾驶中间件微秒级的同机进程间通信性能，可以解耦自动驾驶系统各个模块，不必处于同一个进程，增加自动驾驶系统的可靠性，即使一个模块出问题也不会影响到其他模块；可以大幅减少自动驾驶系统模块间的通信时延，为模块留有更多的计算时间，为L4/L5级自动驾驶系统在不增加硬件成本的情况下使用更复杂的模块算法提供了可能性；也可以在不改变自动驾驶系统模块算法和硬件的情况下，提升自动驾驶系统的计算控制频率，提升自动驾驶系统的安全性可靠性。