隨著智能網聯汽車的迅猛發展，車內通信系統正面臨前所未有的挑戰。海量傳感器、執行器和計算單元之間需要進行實時、可靠、安全的數據交互，特別是在車載以太網逐漸成為主流的背景下，沒有通信中間件的管理已難以滿足這些需求。

目前，SOME/IP作為AUTOSAR定義的車載以太網通信中間件已被廣泛采用，但其在實時性、可靠性等方面仍存在局限。而來自分布式計算領域的DDS（Data Distribution Service，數據分發服務）協議憑借其強大的功能和優勢，已經在汽車自動駕駛通信中占有一席之地，并有望在更多車載網絡領域取代SOME/IP。

DDS是一種以數據為中心的發布/訂閱式通信協議，由對象管理組織（Object Management Group，OMG）在2003年制定。它專為實時性、高可靠性、可擴展性、安全性而設計，能夠在復雜網絡環境中高效地傳輸海量數據。DDS在車載以太網通信領域具有多項突出優勢：

豐富的QoS(Quality of Service，服務質量)機制：DDS規范提供多達數十種QoS策略，包括可靠性、實時性、持久性、安全性等，用戶可根據應用需求靈活配置，實現最佳通信效果。

零拷貝通信：DDS支持共享內存作為本地通信介質，實現零拷貝數據傳輸，顯著降低CPU負載，提高通信效率，尤其適用于高帶寬、低延遲的車載以太網環境。

原生安全機制：DDS內置安全插件，提供身份驗證、訪問控制、數據加密等功能，保障數據傳輸的機密性、完整性和可用性，滿足智能汽車對信息安全的高要求。

開放標準：DDS是一個內容開放且持續更新的國際標準，得到了廣泛的行業支持，有利于促進不同廠商之間的互操作性，推動智能汽車生態系統的建設。

圖 DDS和SOME/IP協議對比

聯合電子作為領先的汽車電子解決方案提供商，深刻理解智能網聯汽車對通信系統的苛刻要求。我們基于DDS協議，結合自身在軟件開發、系統集成等方面的豐富經驗，推出全方位的車載DDS通信解決方案。該方案涵蓋硬件適配、軟件優化和應用場景構建等多個層面，旨在幫助汽車制造商構建高性能、高可靠性、高安全性的車載以太網通信網絡，加速智能網聯汽車的研發和落地。

輕量化：協議棧瘦身帶來更多可能

DDS協議雖然功能強大，但其完整的實現需要消耗較多的系統資源，尤其在資源受限的MCU端，傳統的DDS協議棧難以部署。為了解決這一問題，聯合電子車載DDS通信解決方案采用了輕量化DDS協議棧，通過對DDS的QoS進行裁剪，保留必要的QoS，從而顯著降低協議棧的資源消耗，使其能夠在MCU等資源受限的設備上高效運行。

此外，我們還創新性地將DDS與TSN（Time-Sensitive Networking，時間敏感網絡）技術融合，進一步提升通信效率和可靠性。更進一步，我們充分利用DDS的分層架構，在資源受限的環境中直接使用較為底層的接口進行通信，實現極致輕量化。

QoS優化：平衡功能與資源

DDS協議提供了豐富的QoS策略，但并非所有場景都需要用到全部QoS。在車載通信系統中，不同應用對QoS的需求存在差異。例如，自動駕駛系統可能更關注實時性和可靠性，而車身控制系統則對資源消耗更為敏感。通過對DDS的QoS進行裁剪，可以根據具體應用場景的需求，保留必要的QoS，去除冗余功能，從而實現協議棧的輕量化。

聯合電子車載DDS通信解決方案在QoS裁剪方面進行了深入研究和優化，提供多種預定義的QoS配置方案，涵蓋不同應用場景的需求。用戶也可以根據實際需求，自定義QoS配置，實現功能和資源的最佳平衡。

DDS與TSN融合：提升可靠性與效率

TSN作為一種新興的車載以太網技術，通過時間同步、流量調度、擁塞控制等機制，為實時通信提供了可靠保障。聯合電子車載DDS通信解決方案創新性地將DDS與TSN技術融合，如：利用TSN 802.1CB幀復制和幀消除機制替換DDS原生的確認重傳機制，實現可靠數據傳輸，從而減少CPU負載，提升通信效率。

直接調用底層接口：極致輕量化

DDS協議采用分層架構，分為DCPS（以數據為中心的發布-訂閱）層和RTPS（實時發布-訂閱協議）層。對于資源極其受限的MCU等設備，聯合電子輕量化DDS通信解決方案支持直接采用RTPS層進行通信，省略DCPS層的部分功能，而必要的QOS功能可以通過RTPS層以及TSN協議功能替代。這種方式可以在保證基本通信功能的前提下，最大限度地降低協議棧的資源消耗。

DDS協議棧輕量化給DDS

在ECU上的部署帶來顯著優勢：

降低資源消耗：通過QoS裁剪、TSN融合和直接采用RTPS層，輕量化DDS協議棧顯著降低了內存占用和CPU負載，提升了時延性能，使其能夠在MCU等資源受限的設備上高效運行。

提升性能：輕量化協議棧減少了不必要的數據處理和傳輸，TSN的加持則進一步提升了通信效率和實時性。

靈活配置：用戶可以根據具體應用場景的需求，靈活選擇和配置QoS，實現功能和資源的最佳平衡。

兼容性：輕量化DDS協議棧仍然兼容標準DDS協議，保證了與其他DDS設備的互操作性。

下圖為聯合電子輕量化DDS協議棧（LW-DDS）和開源DDS協議棧Cyclone DDS的性能對比。

圖 MCU平臺CPU負載對比（2ms發送間隔）

圖 MCU平臺輕量化DDS時延性能對比

算力共享：智能汽車的未來趨勢

隨著智能駕駛、車載娛樂等功能的日益復雜，對車載計算能力的需求呈指數級增長。然而，受限于成本、功耗等因素，簡單地堆砌硬件并非長久之計。算力共享作為一種創新的解決方案，通過在不同ECU（電子控制單元）之間動態分配和共享計算資源，實現資源利用率的最大化，最大化“壓榨”車載控制器的計算能力。

圖 汽車不同處理器的算力

DDS如何實現算力共享

DDS以其數據為中心、發布/訂閱的通信模式，為算力共享提供了天然的支撐。

算力需求發布：需要額外算力的ECU可以發布算力需求信息，包括所需的計算類型、數據量、實時性要求等。

算力資源發布：擁有空閑算力的ECU可以發布算力資源信息，包括可提供的計算類型、性能指標等。

任務接受決策：擁有空閑算力的ECU在收到請求后決策是否接受任務，并第一時間反饋任務狀態。

數據傳輸與結果返回：任務相關的數據通過DDS高效、可靠地傳輸到執行ECU，計算結果再通過DDS返回給需求方。

DDS在算力共享中的優勢

實時性：DDS的實時通信能力保證了算力需求和資源信息的及時傳遞，以及任務調度和數據傳輸的低延遲。

可靠性：DDS的可靠傳輸機制確保了任務數據和計算結果的完整性和正確性，避免因數據丟失或錯誤導致的計算錯誤。

可擴展性：DDS的分布式架構使其能夠靈活地適應車內網絡的變化，支持新增ECU的接入和算力資源的動態調整。

應用場景

自動駕駛：在復雜的駕駛場景中，自動駕駛系統需要處理海量傳感器數據，進行實時感知、決策和控制。通過算力共享，可以將部分計算任務分配給其他ECU，減輕主控ECU的負擔，提高系統的響應速度和穩定性。

車載娛樂：車載娛樂系統對圖形處理、音視頻解碼等計算能力的需求越來越高。通過算力共享，可以充分利用車內其他ECU的空閑資源，提升娛樂系統的性能和用戶體驗。

OTA升級：在進行OTA（空中下載）升級時，需要對大量數據進行校驗和更新，對計算能力的需求較高。通過算力共享，可以加快升級過程，減少車輛停機時間。