美國汽車工程師學會(SAE)定義了6個無人駕駛等級：從L0級的完全駕駛員控制，到L5級實現完全自動駕駛，正對應中國工信部實施的汽車駕駛自動化等級：0到5級。兩種标準的整體分級方法類似，級别越高，責任規劃就越傾向從駕駛人轉為機動車輛。

圖片來源：SAE官方網站

由此，自動駕駛系統的安全性成為智能駕駛向高階推進的核心挑戰。

要實現高等級的安全性，一方面需要部署數量更多、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。這些需求在驅動汽車行業從E/E分布式架構轉向功能域和中央計算架構，汽車功能的集成化進一步帶來了“硬件趨同、軟件定義”的行業呼聲。

什麼是“硬件趨同、軟件定義”：OEM所選擇的芯片種類和域控硬件平台趨于标準化，這為“軟件定義汽車”提供了前提，OEM基于服務和場景進行軟件開發，通過OTA實現功能的快速叠代，從而滿足愈發多樣的市場需求。

這一模式中，中間件（Middleware）起到非常重要的作用。對于多核異構的底層計算架構而言，中間件可以提供操作系統無法覆蓋的服務需求，例如提供通信、調度、時間同步、診斷等功能；對于應用層，中間件可以提供标準API接口，簡化應用的開發、集成和複用難度。

總體而言，中間件是位于操作系統和應用程序之間的軟件層。它使系統的各個組件能夠更靈活地部署和交互，讓軟件開發人員專注于開發其應用程序的業務邏輯上，而不将精力花費在不同軟件組件的連接上。

華玉通軟聯合創始人畢曉鵬提出，中間件不僅可以實現軟硬解耦、軟件與操作系統解耦，也是進一步實現軟軟解耦的關鍵。尤其在智能駕駛功能域中，大量節點需要進行頻繁的信息交互，在多核異構的大算力架構下，融合來自不同傳感器的感知信息、核内通信、跨核通信、跨芯片通信、跨域通信，都需要通信中間件（Communication Middleware）從中協調。

畢曉鵬 華玉通軟聯合創始人

DDS作為通信中間件主流方案的優勢

畢曉鵬介紹，行業内主流的通信中間件解決方案是DDS（Data Distribution Service），譯為數據分發服務，由對象管理組織OMG進行定義，是基于DCPS（以數據為中心的發布訂閱）模型的一種中間件協議和API标準。

圖片來源：華玉通軟

首先，DDS強調以數據為中心。區别于其他以消息為中心的通信中間件，DDS能知曉數據類型、控制和共享這些數據，并基于對傳輸内容的理解，為業務邏輯開發者提供靈活的通信邏輯的控制方法，例如基于内容的過濾。

第二，DDS會提供豐富的服務質量QoS（Quality of Service）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：在面對不同應用場景時，工程師不必通過代碼實踐對應的通信邏輯。例如配置冗餘時，不需要協調不同節點間的邏輯，配置适當的QoS即可以幫助訂閱方自動訂閱信息，并在主節點和冗餘節點間進行切換。

QoS是DDS在動态化、高要求、不可預測的複雜環境中提供靈活适應的數據傳輸服務的關鍵因素。畢曉鵬表示，除協議中的标準配置外，華玉通軟目前已經拓展到60~70種QoS策略服務。

此外，DDS還具備動态發現、高可擴展性、高可伸縮性、無單點失效、應用程序可移植性等優勢。

DDS另一個重點是動态發現（Dynamic Discovery），動态發現機制大大增強了DDS應用程序的擴展性和移植性，實現大家廣泛需求的"即插即用"，應用程序上線或下線前，無需告知任何服務方或數據交互節點，隻需要發布或訂閱自己感興趣的主題，即可完成對于該主題對應數據的發送和接收。DDS實體之間（包括Participant與Participant之間、Writer與Reader之間）的相互發現和匹配，全部在底層的DDS發現機制中實現，用戶應用層面實現最大程度的解耦。

畢曉鵬認為，非DDS其他通信中間件大多數隻完成了信息從發布方傳輸到訂閱方的工作，而以數據為中心的DDS更能簡化應用層的邏輯開發或集成，包括通信安全方面，工程師也可通過配置的方式靈活地加入身份認證、讀寫權限、信息加密等安全模塊屬性。

圖片來源：華玉通軟

總結來說，DDS可以幫助用戶最大程度實現通信自動化，做到"即插即用"，在工程化系統部署和未來架構擴展時，使用DDS可以大幅降低整體工作量和系統複雜度。

華玉推出“雨燕”通信中間件 實現全面自研

智能網聯時代，車機從單獨的個體轉化為數字網絡生态的一部分，車路協同、車車通信成為必經之路，繼續使用開源DDS和海外軟件商提供的DDS産品在信息安全方面會遭遇潛在的挑戰。畢曉鵬認為，當前的國際形勢之下，在關鍵領域發展自研，實現國産自主可控是非常重要的事情，這也是華玉通軟幾年前開始布局DDS，發展智能駕駛領域高性能通信中間件技術的一大驅動因素。

此外，DDS本身有很高的技術壁壘，華玉通軟實現全面自研，也有助于在DDS軟件成型後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、不同場景下的QoS定制、複雜場景下的穩定性、以及與AUTOSAR CP和AUTOSAR AP的集成等要求。

圖片來源：華玉通軟

經過多年的技術積累，華玉通軟已經建立了DDS自研的技術壁壘。畢曉鵬表示，華玉通軟目前推出的“雨燕”通信中間件(SWIFT DDS) 是國内首個基于DDS标準完全獨立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，完全獨立自主研發，未使用開源模塊。

“雨燕”在操作系統層可适配Linux，QNX，VxWorks，Android，AUTOSAR AP/CP以及FreeRTOS等實時操作系統，硬件層可适配Nvidia Orin、NXP S32G、TI TDA4、Infineon TC39x等車廠常用芯片。華玉提供的“雨燕”通信中間件産品包括核心軟件和工具鍊兩個部分，核心軟件主要包括标準版本“雨燕”、“雨燕”實時版本（SWIFT DDS-RT）以及DDS Security等協議擴展模塊，工具鍊包含數據類型定義、通信系統配置、通信監控、錄包回放、代碼自動生成等服務和功能。

除“雨燕”标準版之外，華玉通軟專門提供“雨燕”實時版本，供用戶在資源有限的MCU上或者異構芯片的R核或者M核上進行DDS的部署和通信支持。兩個版本都會提供無裁剪、全功能的DDS邏輯實現以及QoS完整策略。華玉同時提供DDS所有擴展模塊，以及整套工具鍊支撐，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”通信中間件産品結構圖 圖片來源：華玉通軟

“雨燕”四大優勢 瞄準全域互通互聯

“雨燕”通信中間件的核心優勢為何？畢曉鵬圍繞華玉目前與OEM、Tier1進行的工作實踐，進行了以下總結：

第一，性能優秀。搭載英偉達的芯片進行定量化測試，對比開源版本的DDS，“雨燕”延遲更低、數據吞吐量更大，更關鍵的是，多節點運行時CPU等資源占有率更加穩定。

圖片來源：華玉通軟

第二，通信安全。“雨燕”的安全模塊可以幫助客戶實現身份認證、信息加密、讀寫權限控制等多重安全機制，并允許進行細顆粒度的配置。無需應用開發工程師再自行開發通信安全邏輯，由于安全機制選項可直接在配置文件中進行調整，也免去了修改代碼反複編譯帶來的複雜度。

第三，适配性強。“雨燕”對多種底層通信方式提供支持，包括UDP/IP, TCP/IP, 共享内存，零拷貝以及核間通信，目前華玉也正在推進DDS和TSN的結合。對于汽車平台生态系統，華玉也分别在AUTOSAR CP和AUTOSAR AP上進行了集成，供客戶更靈活地進行選擇。

圖片來源：華玉通軟

第四，落地經驗。畢曉鵬表示，華玉通軟目前已經同多家頭部OEM和Tier 1企業進行定點合作，在多種硬件平台和複雜的應用場景下進行了“雨燕”通信中間件和工具鍊的實踐驗證，并根據需求為客戶提供定制化的解決方案，積累了豐富的工程經驗。

圖片來源：華玉通軟

畢曉鵬說，華玉通軟的初衷是專注于智能駕駛基礎軟件的研發與創新，“希望通過具備完全自主知識産權的底層核心技術，幫助客戶構建新電子電器架構下的互聯互通”。基于已經成熟的“雨燕”通信中間件産品，華玉通軟會陸續融入包括确定性調度、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台，對上層應用提供安全實時的運行環境，用完全自主的基礎軟件平台為軟件定義汽車提供堅實的底層支撐。

（以上内容根據華玉通軟聯合創始人畢曉鵬博士于2022年8月4日由蓋世汽車、AUTOSAR組織聯合主辦的2022第三屆軟件定義汽車論壇暨AUTOSAR中國日發表的《高性能通信中間件在智能駕駛中的應用》主題演講進行理解和整理。）

更多精彩资讯请关注tft每日頭條，我们将持续为您更新最新资讯!