[MICROSAR Adaptive] --- Communication Management

0 引言

本期会介绍communicationmanagement通信管理，首先介绍它的特点使用方式，然后介绍模型中的相关元素和c++代码中的相关API，最后我们实现一个应用程序，他有两个Executable组成，一个是提供服务的provider，另一个是使用这个服务的consumer。

1 communication management通信管理的特点使用方式

从一个adaptive application的视角来看，它能利用的接口可以分为三类，第一类是posix 51和c++标准库中的API；第二类是adaptive platform上的可以直接使用的API，如果要用到这类app 那么链接相应的库即可；第三类是要通过communication management即ara::com来间接使用的API。在adaptive platform 上，应用程序应当使用ara::com来通信并使用服务。服务可能是由用户的另一个应用程序提供的，也可能是由adaptive platform提供的。

1.1 ara::com简介

提到通信，我们知道在物联网/机器人等领域，已经有多种通信API了，如DDS等。为什么在autoser adaptive platform上我们又要制定一个通信API的规范呢? ara::com有什么特点吗?
首先，在API的设计，ara::com与底层通信协议解耦，他对some-ip协议有很好的支持，同时也有使用其他协议的灵活性；其次，他对事件驱动和轮循这两种风格都有良好的支持；另外，ara::com支持静态的和动态的服务 实例选择。在ara::com的设计中还考虑到了端到端保护等安全方面的需求。

ara::com采用经典的Proxy/Skeleton模式，首先用某种IDL(接口描述语言)来描述一个服务，然后从这个描述生成service Skeleton和service Proxy。
Skeleton在服务端使用，它是一个c++抽象类，我们继承这个类，使用它的成员函数，实现它里面的纯虚函数。
Proxy在客户端使用，它是一个普通的c++类，我们组合这个类的对象，使用它的成员函数。

1.2 port简介

在建模的时候，想让software component和外界通信，我们就在他身上添加port。
主要有两种port：pport和rport，分别用来提供服务和使用服务。在这里P代表provided，R代表required。就像编程语言中的变量有类型一样，port也有类型 称为PortInterface。PortInterface 是抽象的，我们实际上使用一些具体的类型。例如ServiceInterface/PersistencyInterface等等。

PortInterface 就是对服务的接口的定义，不难看出这类元素起的就是IDL(接口描述语言)的作用，PortInterface有namespace，用于避免名字冲突。

1.3 servicientface

接下来我们看一种具体的portantface，也就是servicientface，一个servicentface就定义了一个service，也就是服务，他可以有一些Method/Event/Field， 也就是方法/事件/字段组成。

• method就是可以被远程调用的函数，和通常的rpc远程过程调用是一样的；
• event是一种从服务端向客户端传递信息的机制，和通常的发布订阅模式是一样的；
• field代表一个持续存在的值，客户端可以get/set这个值，或者subscribe这个值的变化 ，一个被配置为有getter setter和notify的field，其实就相当于两个method加上一个event。

field在任意时刻都应当有具体的值，所以 显然field必须要有初始值，而event就没有初始值。我们用servicinterface定义了一个服务之后，可以有多个服务实例都提供这个服务。显然，每个服务实例应当具有某种特殊的id，让我们能区分他们，能精确的找到某个服务实例，这个id就是instanceidentify。在各种具体的通信中间件中都有这个概念。例如，some-ip使用一个16位无符号整数来区分服务的实例，而DDS则使用一个字符串来区分服务的实例。在代码中我们将服务实例id的细节封装在ara::com::instanceidentifier 类中，它里面包含的数据基本上就相当于一个字符串，使用的具体中间件不同，这个字符串的格式不同。

在AUTOSRA adaptive Platform的方法论中，应用程序的开发者不应当关心instanceidentifier里的内容。因为使用哪种具体的中间件，是在部署阶段确定的。应用程序的开发者不应当对instanceidentifier的内容和格式做任何假设。应用开发者应当使用ara::com::instanceidentifier这个类，在本期我们很快就会在代码中接触到它。

2 建模

接下来开始建模，首先对数据类型进行建模，在的Davinci Developer Adaptive中创建一个新项目时，我们可以在选择导入文件的这一步，勾选copy autosar standard types into project。

这样一来，标准的c++基础数据类型就会被导入项目中，可以直接使用。这包括bool, float, double以及一些固定宽度的整数类型。在dashboard中找到data type editor，我们可以在这里对各种数据类型进行建模，例如，array,vector,struct, enum 等等。

创建好需要的数据类型后，就可以创建service interface来描述一个服务。我们想创建如下图的一个服务

接下来创建excuteable, software component和port。对于服务的provider和consumer 我们分别创建以下元素。在本期中我们选择使用some-ip来进行实际的通信。在计算机网络的tcp-ip模型中，它位于传输层之上，它本身使用tcp或udp协议，它的具体内容是autosa标准的一部分，请参阅相关文档。
在microsaradaptive的实现中，每个machine上应当有一个专门的soem-ip守护进程，来负责实现some-ip通信，所以我们需要为此建模。 例如，我们可以手动创建相应的excuteable, software component，process元素。在Davinci Develop Adaptive中，我们也可以在使用application design center时，自动生成与some-ip守护进程相关的这些元素。

接下来对我们machine-design进行建模
在上一集中我们创建machine的时候，就已经创建过我们machine-design，但是还没有在里面做过任何配置，它里面主要包含网络相关的配置信息，这些配置通常是从一些意义架构设计工具里导出的。具体而言，在machine-design中含有EthernetCommunicationConnector， 它描述machine的网络连接情况。例如，它含有指向networkEndPoint的引用，而一个networkEndPoint就表示一个网络地址，例如 ip地址，在networkEndPoint中，我们可以进行ipv4/ipv6地址的配置，以ipv4地址为例 我们可以配置它的地址，子网掩码，获取地址的方法等等。例如 fixed表示固定地址（也就是要手动分配），dhcpv4表示通过dhcp协议获取地址。

networkEndPoint本身并不能独立存在，它被包含在一层EhternetPhysicalChannel中，而一个EhternetPhysicalChannel在逻辑上就表示一个VLan。 接下来我们利用appication design center来完成建模工作，并生成一个c++项目。

首先进入appication design center这里的前三个子界面，Data Types editor, excitabl editor和service editor。因为这部分配置已经完成，所以我们直接进入第四个界面application configuration。
在application configuration中，首先给我们的Adaptive Application起个名字，然后添加其包含的excutable。例如，添加my_provider_executable和my_consumer_executable。

然后配置port之间的连接，在左侧选择服务消费者使用的port，在右侧选择对应的服务提供者使用的port，然后点击中间的箭头按钮 就建立了两个port之间的连接。

接下来在modelbuild中生成模型，在本教程的第一集 hello adaptive world 我们已经介绍过这部分的相关内容，和当时不同的是,这次我们需要勾选generate for some-ip deployment，还需要配置这台们适应的ip地址，子网掩码，多播地址。

在machine properties这里可以配置一些start value，例如 将tcp port的start value设为3500，那么在待会生成的模型里，服务使用的tcb端口号就会是3501，3502等等。

在loging properties这里，可以分别配置服务的provider和consumer在输出日志时使用的appication id。

配置好这些信息后，点击build model按钮，模型就生成好了。

3 根据模型编写应用代码

3.1 SOME/IP接口简介

SOME/IP服务接口有3种：Event、Method、Field。其中，Field相当于Method(Get,Set) + Event，具体使用有细微差别。

3.2 SOME/IP server端xml与应用代码解析

下面以一个具体的例子进行说明，该例中配置一个PPort接口

3.2.1 ServiceInterface.arxml分析

InterfaceName : SomeipAdapterServiceInterface
Namespace : ADCU::someipAdapterNamespace
event1: SomeipAdapterEvent1
type : uint16_t
event2: SomeipAdapterEvent2
type: uint16_t
method : int32_t someipServerMethod(int32_t inArrg1, int32_t inAurg)

这段serviceinterfa ce配置会生成一个adcu::someipadapternamespace::skeleton::SomeipAdapterServiceInterfaceSkeleton类。

这个类定义在someipadapterserviceinterface_skeleton.h中，与xml对应生成的接口截图如下：

我们自己在编写AP应用代码实现somei/ip或者ipc通信时，就是要继承这个类，去实现对应的method和event方法即可。

3.2.2 根据生成的代码接口手写应用代码

1 serviceInterface 头文件解析

1> method接口说明
因为在skeleton类中，SomeipServerMethod接口是纯虚函数，在继承skeleton类之后，我们需要实现method方法。
2> event接口说明
event方法已经在skeleton类或者skeleton的基类中已经实现，我们不必去重写，只是在需要的地方去调用event方法即可。
2 serviceInterface cpp文件解析

在server端，event方法和method如何使用？
event和method与ROS中的通信方式对比

所以在server端，event方法需要主动调用，一直往外发送；method方法不需要做任何处理，等待client端调用即可

3.2.3 SOME/IP client端xml与应用代码解析

1 ServiceInterface.arxml分析
1> 在swc中配置RPort，引用上面配置的PPort接口

2> 配置一个RequiredSomeipServiceInstance 实例，并且把这个实例mapping到RPort端口
3> 对应生成的代码如下：

2 根据生成的代码接口手写应用代码
1> serviceInterface 头文件解析

2> serviceInterface cpp文件解析
实现头文件相应的函数即可
3> 在client端，event方法和method如何使用？

Note：一个executable中可以配置多个PPort和多个RPort，一个PPort中可以配置多个event和多个method

4 client与server调试

通过someip方式通信的client与server，在通信时，需要启动someip_deamon.

1.设置多播

sudo route add -net 224.0.0.0 netmask 240.0.0.0 dev etho
sudo ip link set lo multicast on
sudo ip route add ff01::0/16 dev lo

2.关闭json文件完整性校验，因为在调试的时候经常需要更改json文件

export AMSR_DISABLE_INTEGRITY_CHECK=1

3.运行someip daemon
1> someip daemon不需要自己配置模型，编写应用代码去编译，直接从install/opt/someipd_posix拷贝即可
2> 修改someipd_poxis/etc/someip_posix.json文件

{
    "applications" : [
        "../SomeipClientExec/etc/someip_config.json",
        "../SomeipServerExec/etc/someip_config.json"
    ]
}

3> ./bin/someipx_posix -c ./etc/someipd_posix.json

4.运行someip_server
1> 修改./etc/someip_config，将这个文件中所有的ip地址修改为本机ip地址
2> 运行程序

./bin/SomeipServer

3> 修改logging_config.json，其中有这么一个字段

"file" : {
"file-path": "./log/log_server.txt"
}

这时候一定要在etc bin的同级创建log目录，不然它自己是不会创建log目录的，跑起来就会报错

5.运行someip_client
1> 修改./etc/someip_config，将这个文件中所有的ip地址修改为本机ip地址
2> 运行程序

./bin/SomeipClient

5 SOMEIP与IPC区别

区别一：IPC Binding主要用于ECU内进程间的数据通信，SOME/IP 主要用于多个ECU之间通信，也可以用于ECU之间通信

区别二：使用IPC Binding，数据传输不用通过SOMEIP daemon，SOMEIP 下必须起SOMEIP daemon应用才能实现数据交互。PS: IPC Binding虽然可以不用通过daemon进行通信，但是其传输协议仍然复用了someip protocal
在同一ECU之间通信，理论上IPC Binding数据传输会比SOME/IPBinding快，因为数据不用经过daemon，而是在server-client之间直接通信。