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DDS如何满足自动驾驶汽车中的应用？

来源：汽车ECU开发 ，作者eng2mot
2023-02-13
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在自动驾驶发展迅速之际，为了获得竞争优势，智能汽车制造商必须提供良好的驾驶体验，同时满足分布式系统设计对安全性、可扩展性、容错性和快速数据处理的苛刻要求。自动驾驶汽车是一个极其复杂的高度分布式动态系统，其中组件对象根据系统范围的约束和近似的全局状态不断做出实时本地决策。

DDS为高扩展性和响应性的分布式控制系统提供了可靠的基础。它的实时性、高可靠性、开放式体系结构和发布/订阅解耦大大加快和简化了分布式系统开发，使其高度适用于自动驾驶汽车。DDS是唯一能够提供微秒延迟、IEC26262安全认证、顶级安全性的技术。
DDS的优势之一是允许开发人员设计高级的发布/订阅应用程序编程接口，而不是编写低级的网络代码。通过消除数万行定制应用程序代码及其认证证据，Connext DDS Cert帮助节省了数百万美元的成本，同时降低了风险，加快了上市时间。
使用DDS，模块通过简单地发布它们产生的数据和命令并订阅它们需要的数据来进行通信。Connext DDS 处理所有通信细节。这些包括发现和存在检测、路由、可靠性、故障转移、序列化和延迟加入者的状态同步。对于时间紧迫的应用程序，Connext DDS 提供实时的服务质量控制和可见性。


01 应用实例

奥迪和大众等知名汽车制造商已经引入DDS，以实现测试和增强当今智能汽车的高性能连接。奥迪用DDS数据总线取代专有光纤网络和测试平台，为该公司提供了连接多个仿真供应商系统的灵活方式。
自动驾驶算法是大众汽车在驾驶辅助和综合安全方面做出努力的一部分。该系统结合了雷达、激光测距仪和视频，以帮助安全操作。大众使用DDS来帮助司机避开障碍物，检测车道偏离，跟踪眼睛活动，并安全转弯。DDS协议将所有必需的组件连接起来，创建一个具有驾驶员辅助功能和集成安全性的单一智能机器。


02 DDS如何满足自动驾驶的设计需求？

与其他中间件不同，DDS是十多年前出现的，用于解决实时、物理速度的连接问题。DDS是唯一能够满足这些基本要求的中间件：
可靠性。如果5分钟或5毫秒的停机时间是灾难性的，DDS可实现自然冗余以确保持续运行。
性能。如果系统需要毫秒或微秒的响应，DDS提供快速的点对点连接。
大规模集成。如果系统集成10个或更多应用程序，或处理数千个可寻址数据项，以数据为中心的DDS将简化复杂的数据流。

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图1 与以消息为中心的连接模型不同，以数据为中心的DDS提供了良好的模块化和可扩展性。
为了最大限度地减少开销，DDS发布-订阅模型提供：

1、服务质量（QoS）参数的精细控制，包括可靠性、带宽控制、活跃度状态、资源限制和安全性等；

2、可选择连接类型的显式管理的通信数据模型；

3、固有解耦性，应用程序和设备之间没有硬编码交互；

4、设备发现，无需任何配置更改即可轻松添加新设备。
与传统的点对点通信相比，DDS提供了一个卓越的数据总线，具有即插即用的简单性、可扩展性和一种可以在保持优异性能水平的同时不断发展的体系结构。DDS的可扩展性和集成能力也有助于实现汽车与其他车辆及其自身环境（包括交通监控等外部系统）的连接。

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图2 DDS实现了传感器、执行器和应用程序之间的无缝连接
并且非常适合解决自动驾驶汽车带来的许多最严峻挑战：

1、车辆子系统集成和控制，涵盖驾驶控制、安全、信息娱乐和诊断功能；

2、车辆间交互，避免碰撞，优化出行体验；

3、跟踪和控制功能，用于车队管理、交通监控和管理、危机管理和政府机构协调；

4、以毫秒速度进行传感器和摄像头数据聚合；

5、通过不可靠信道（例如，无线、蜂窝）进行可靠通信；

6、使用RTI Connext DDS证书，快速将安全认证基础设施推向市场。

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图3 车辆体系结构中的DDS


03 结论

目前，DDS已经广泛应用于工业系统，并且仍然是广泛使用的唯一通用实时连接平台。随着不断增长的生态系统和严苛的标准，现在已经有十几种应用场景。对于智能汽车而言，其可以简化了车内和远程系统的集成，有助于实现安全、可靠、自主的汽车体验，满足了复杂子系统的连接需求。

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