自动驾驶（八十六）---------通信中间件Fdbus

        最近在对接各供应商的SOA软件架构和舱驾融合方案，发现无论是在智驾底软，还是智驾和座舱的通信，基本都是采用了fdbus的通信方案，因此总结一下Fdbus的相关内容。本文分为以下三部分介绍Fdbus：1. 什么是Fdbus，它和SOMEIP的区别是什么？2. Fdbus通信机制，Protobuf的关系。 3. 给出一个本地通信代码示例，以及应用层如何调用接口实现通信。

1. 什么是Fdbus

        Fdbus 全称 Fast Distributed Bus，提供IPC+RPC功能。适用于多种OS，FDBus 的设计目标是提供高性能、低延迟和低资源开销的消息传递机制。它支持多种传输协议和底层网络架构，使得开发者可以在不同平台和环境中使用同一套接口进行通信，简化了跨平台开发的复杂性。

  • 高性能和低延迟：FDBus 的轻量级设计和高效的消息传递机制，确保了低延迟和高吞吐量，适用于对实时性要求高的应用场景。

  • 跨平台支持：FDBus 支持多种操作系统和硬件平台，包括 Windows、Linux 和嵌入式系统。开发者可以在不同平台之间无缝迁移，降低开发成本和时间。

  • 模块化和可扩展性：FDBus 的模块化设计使得系统可以根据需要进行扩展和定制。开发者可以根据具体需求，添加或修改功能模块，增强系统的灵活性。

  • 易于集成：FDBus 提供了简单易用的 API，方便与现有系统进行集成。开发者可以快速上手，并在现有项目中加入 FDBus 的消息传递功能。

  • 可靠性和安全性：FDBus 通过多种机制保证消息传递的可靠性和安全性，如消息确认、重传机制和加密通信，确保了数据传输的可靠性和安全性。

        基于以上原因，FDBus在域控中成为了关键通信机制，实现不同功能域之间的高效数据交换和协同工作。SOMEIP也是自动驾驶中另一种重要的通信方式，以下是 FDBus 和 SOME/IP 的主要区别：

  • 设计理念不同：FDBus注重轻量级、灵活性和高性能，适用于各种嵌入式和分布式系统。SOME/IP：侧重于服务导向的通信，适用于复杂的汽车电子系统，支持服务发现和描述。

  • 协议层次不同：FDBus在传输层之上提供消息传递机制，可以基于不同的底层网络协议（如 TCP、UDP 等）进行通信。SOME/IP基于 IP 协议，提供服务发现、服务描述和服务调用机制，适用于服务导向的通信模式。

  • 复杂度和资源开销：FDBus轻量级设计，资源开销低，适用于资源受限的嵌入式系统。SOME/IP提供丰富的服务导向功能，适用于复杂系统，但相对复杂度和资源开销较高

2. Fdbus通信机制

        Fdbus主要组件分为：

  • FDBus Context：FDBus的上下文管理器，负责管理整个消息传递系统的生命周期。它初始化并启动消息处理线程，管理消息队列和事件循环。

  • FDBus Server：服务器端组件，负责接收客户端的连接和消息请求，并处理这些请求。服务器通过绑定特定的URL来暴露服务，等待客户端连接。

  • FDBus Client：客户端组件，负责连接到指定的服务器URL，并发送消息请求。客户端可以订阅服务器的特定消息，以便接收通知或广播消息。

  • FDBus Message：消息对象，封装了要传递的数据和元信息。消息可以在客户端和服务器之间传递，并且可以携带负载数据。

  • FDBus Event：事件对象，表示特定的事件或通知。事件可以从服务器广播到多个客户端，或者在客户端之间传播。

        通信之前需要建立客户端和服务端的通信，要建立通讯需要指定IP和端口，FDBus使用URL来标识通信端点，URL的格式通常为fdbus://[IP地址]:[端口号]/[服务名]。服务器通过绑定特定的URL来暴露服务，客户端通过连接特定的URL来访问服务。

        综上，Fdbus通信的步骤为：

  • URL解析：客户端和服务器在启动时，会解析指定的URL，提取出IP地址、端口号和服务名等信息。
  • 连接管理：客户端根据解析出的IP地址和端口号，尝试与服务器建立连接。一旦连接建立，客户端和服务器之间就可以通过消息进行通信。
  • 消息路由：FDBus在内部维护一个消息路由表，映射每个服务名到相应的处理函数。消息到达服务器后，会根据服务名查找对应的处理函数，并调用该函数处理消息。

  • 消息创建：客户端或服务器创建一个FDBus消息对象，封装要传递的数据。

  • 消息发送：客户端调用invoke方法，将消息发送到服务器。服务器接收到消息后，调用相应的处理函数。

  • 消息处理：服务器处理消息，根据消息类型和内容执行相应的操作，然后创建一个回复消息对象。

  • 消息回复：服务器调用reply方法，将回复消息发送回客户端。客户端接收到回复消息后，调用相应的回调函数处理回复数据。

  • 事件广播：服务器可以创建事件对象，并调用broadcast方法，将事件广播给所有订阅该事件的客户端。

        Protocol Buffers（Protobuf）是Google开发的一种高效、可扩展的序列化协议。它用于结构化数据的序列化和反序列化，广泛应用于数据存储和网络通信。

  • 序列化：将数据结构转换为二进制格式，以便高效传输。
  • 反序列化：将二进制格式的数据还原为原始数据结构。

3. 本地通信代码示例

        服务器端代码（server.cpp）        

#include <common_base/fdbus.h>
#include <iostream>class MyServer : public CBaseServer
{
public:MyServer(const char *name) : CBaseServer(name) {}protected:void onOnline(FdbSessionId_t sid, bool is_first) override{std::cout << "Client connected: " << sid << std::endl;}void onOffline(FdbSessionId_t sid, bool is_last) override{std::cout << "Client disconnected: " << sid << std::endl;}void onInvoke(CBaseJob::Ptr &msg_ref) override{std::cout << "Received message from client." << std::endl;CFdbMessage *msg = msg_ref.get();msg->reply();}
};int main(int argc, char **argv){FDB_CONTEXT->start();MyServer server("MyServer");// 绑定到实际的IP地址和端口server.bind("fdbus://192.168.1.100:9001/my_server"); // 替换为服务器的实际IP地址server.enable();std::cout << "Server started. Waiting for clients..." << std::endl;FDB_CONTEXT->run();return 0;
}

        客户端代码（server.cpp）        

#include <common_base/fdbus.h>
#include <iostream>class MyClient : public CBaseClient
{
public:MyClient(const char *name) : CBaseClient(name) {}protected:void onOnline(FdbSessionId_t sid, bool is_first) override{std::cout << "Connected to server: " << sid << std::endl;CFdbMessage *msg = new CFdbMessage();invoke(msg, 0, "Hello, Server!");}void onOffline(FdbSessionId_t sid, bool is_last) override{std::cout << "Disconnected from server: " << sid << std::endl;}void onReply(CBaseJob::Ptr &msg_ref) override{std::cout << "Received reply from server." << std::endl;}
};int main(int argc, char **argv)
{FDB_CONTEXT->start();MyClient client("MyClient");// 连接到实际的IP地址和端口client.connect("fdbus://192.168.1.100:9001/my_server"); // 替换为服务器的实际IP地址std::cout << "Client started. Connecting to server..." << std::endl;FDB_CONTEXT->run();return 0;
}

        上层应用可以利用FDBus提供的消息传递机制进行通信。应用可以创建自己的消息类型，通过FDBus的invoke、reply和broadcast方法进行消息传递。

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