深入理解SOMEIP培训讲义 - 干货！！！

缺乏、安全感 2024-03-16 11:53 48阅读 0赞

***`曾经给同事培训 SOMEIP 写的干货，分享给大家！！！`  
`也欢迎关注！！！评论！！！`  
`以下是我写的系列文章`***

## 系列文章目录 ##

[C++高性能优化编程系列][C]  
[深入理解设计原则系列][Link 1]  
[深入理解设计模式系列][Link 2]  
[高级C++并发线程编程][C 1]

***`世间最容易的事是坚持，最难的事也是坚持。要记住，坚持到底就是胜利。`***

#### 深入理解SOMEIP协议 ####

*  系列文章目录
 *  1、SOMEIP 概述
 *  2、SOMEIP Protocol Frame（协议解读）
 *  3、SOMEIP Serialization of Data Structures（数据结构的序列化）
 *  4、SOMEIP Serialization of Data Structures（序列化常见问题）
 *   *  4.1 SOMEIP Serialization of Data Structures（序列化常见问题-大小端）
     *  4.2 SOMEIP Serialization of Data Structures（序列化常见问题-数据对齐）
     *  4.3 SOMEIP Serialization of Data Structures（序列化常见问题-数据类型）
 *  5、SOMEIP Error Processing（错误处理）
 *  6、SOMEIP Service Discovery Protocol（服务发现协议）
 *   *  6.1、 SOMEIP Service Discovery Protocol（服务发现协议）
     *  6.2、SOMEIP Service Discovery Protocol（Flags字段含义）
     *  6.3、SOMEIP Service Discovery Protocol（SOME/IP SD）

## 1、SOMEIP 概述 ##

服务是SOME/IP的最核心的一个概念，属于会话层的协议。  
![在这里插入图片描述][2382fac949304f7ea27cd5994be7445a.png]

*  在一个服务中，定义了Server和Client两个不同角色：Server提供服务，Client调用服务。
 *  对于同一个服务，只能存在一个Server，但可以同时存在多个Client调用服务。一个Service由0至多个Event/Method/Field组成。
 *  在车载网络中，某个ECU有时会需要调用实现在其他ECU上的个服务，这个时候它俩就分别扮演了Client和Server的角色，而SOME/IP就是实现这种远程服务调用的接口。
 *  与CAN总线为主的车载网络（当发送者发现信号的值变化了，或者发送周期到了，就会发送信息，而不考虑接收者是否有需求。）相比，而SOME/IP则不同，它是在接收方有需求的时候才发送，这种方法的优点在于总线上不会出现过多不必要的数据，从而面向服务的通讯方式能够大大降低总线的负载率。

## 2、SOMEIP Protocol Frame（协议解读） ##

SOMEIP传输协议帧：  
![在这里插入图片描述][e8076e500350431b8769a1a929f8960f.png]

## 3、SOMEIP Serialization of Data Structures（数据结构的序列化） ##

`什么是序列化？`  
`序列化：将对象的状态信息转换为可以存储或以二进制的形式在网络中传输。`  
`反序列化：将序列化过程中所生成的二进制串转换成数据结构或者对象的过程。`  
序列化规则：  
![在这里插入图片描述][d664b3fb2c634964b61af09a37cffd82.png]

## 4、SOMEIP Serialization of Data Structures（序列化常见问题） ##

### 4.1 SOMEIP Serialization of Data Structures（序列化常见问题-大小端） ###

`首先什么是大小端：`

`大端：高字节存放到内存的低地址。`  
`小端：高字节存放到内存的高地址。`

假如有一个数据是0x12345678，直接用memcpy将这个数copy到下图中的Length里面来，如果是大端的话，((uint8)Length)\[0\]就等于0x12；如果是小端的话，就是0x78。  
![在这里插入图片描述][2d6cf84d6a514827b3b7df3dc1b1c7e0.png]  
因为对于赋值的方便性来讲，大端是网络通信中常用的方式（例如TCP/IP），所以SOME/IP格式头也使用大端。Payload由于是用户自主定义的内容，所以用户可以自己决定大小端。

### 4.2 SOMEIP Serialization of Data Structures（序列化常见问题-数据对齐） ###

对于不同的CPU，数据的存放有不同的对齐原则，有8、16、32甚至64位对齐（可以配置）。如果一个数据是按照CPU对齐的，那么在反序列化的时候会有一定的性能优势。但是SOME/IP序列化的时候只支持对动态数据类型自动添加填充位（即动态数组、动态字符串）。使用场景比较局限且序列化的时候还会消耗一些性能，多时候都默认使用8bit对齐（也就是不对齐）。我们也举个例子简单讲讲：  
![在这里插入图片描述][9dad20239aab4a5fbe37f0c3a3f51c61.png]  
假如我们设计的服务接口有两个参数，一个是uint8 arr\[5\]，另一个是uint8 arr2\[3\]，且假设两个数组都是动态数组。动态数组都是要加长度域的，以表示后面的数组的字节数，假设arr使用2bytes的长度域，arr2使用1byte的字节域。当前CPU是4字节对齐，那么序列化完arr的5个数据后，就不能立即序列化arr2。因为arr的长度域+数据域一共7bytes，不是4的整数倍，要填充1byte。而后面的arr2由于是该someip报文的所有元素的末尾元素，虽然其也是动态数组，但是不用填充（因为后面没有数据了，不会影响后面数据的反序列化性能）

### 4.3 SOMEIP Serialization of Data Structures（序列化常见问题-数据类型） ###

拿C语言举例，能用到的数据类型有：  
基础数据类型：就是C语言中的保留字能直接使用的类型及其重命名类型。如uint8，short，long和float64等  
复杂数据类型：就是C语言中需要通过基础数据类型进行组合的新类型。如struct，union，array和string等  
需要强调的一点是：string和动态array这样的类型在C语言中是不存在的，但是string可以通过array模拟；动态array也可以通过struct模拟。在CP协议中，可以识别这些模拟出来的类型，并序列化成string和动态array。下面列举一下someip所支持的所有可序列化的数据类型。  
![在这里插入图片描述][66837fdef51f436c9eb51622c605b7bd.png]  
`需要注意的是：`  
`someip不支持指针的直接序列化，因为没有任何意义，通信双方的内容地址和存放的数据都是不同的，直接传地址是去不到对应数据的。`  
`someip支持使用TLV（Tag Length Value）格式传输数据，需要配置打开。`

## 5、SOMEIP Error Processing（错误处理） ##

客户端不管是请求还是订阅，都有可能在服务器中遭遇失败，这也就意味着服务器需要具备错误处理的能力。

`Return Code是将应用程序错误和方法的响应数据从服务器传输到客户端。`

对于通过UDP接收的SOME/IP消息，应检查UDP如下信息：

*  UDP数据报大小应至少为16字节（即SOME/IP消息的最小长度）
 *  UDP首部中Length字段的值应小于或等于UDP payload字节数  
    ![在这里插入图片描述][a158a682f736422593ed3a848b1b0256.png]

## 6、SOMEIP Service Discovery Protocol（服务发现协议） ##

SOME/IP SD全称，SOME/IP Service Discovery，即服务发现。在Client与Server间进行数据传输前，需要检测网络连接、询问Server服务能力、数据传输要求、Server与Client之间的发布/订阅处理等，这样的一系列过程叫做服务发现；

*  SOME/IP SD报文特征，报文结构有普通SOME/IP报文一致，但Message ID（ServiceID/MethodID） = 0xFFFF/8100；
 *  SOME/IP SD功能，定位服务实例、检测服务实例状态、订阅/发布管理；
 *  SOME/IP SD当前只支持基于IP的通信；
 *  SOME/IP SD依赖于SOME/IP，SOME/IP支持TCP和UDP，但SOME/IP SD限制只能通过UDP（因为UDP单播、多播、延时小可满足SOME/IP SD要求）；
 *  SOME/IP SD报文特征，报文结构有普通SOME/IP报文一致，但Message ID（ServiceID/MethodID） = 0xFFFF/8100；
 *  SOME/IP SD功能，定位服务实例、检测服务实例状态、订阅/发布管理；
 *  SOME/IP SD当前只支持基于IP的通信；
 *  SOME/IP SD依赖于SOME/IP，SOME/IP支持TCP和UDP，但SOME/IP SD限制只能通过UDP（因为UDP单播、多播、延时小可满足SOME/IP SD要求）；  
    ![在这里插入图片描述][7cb75b1924914898a47dfb5a5b0e0744.png]

### 6.1、 SOMEIP Service Discovery Protocol（服务发现协议） ###

*  SOME/IP-SD 消息的Client ID = 0x0000，因为只存在一个SOME/IP-SD实例；
 *  SOME/IP-SD 消息可以配置Client ID前缀；
 *  SOME/IP-SD Session ID遵循SOME/IP的原则（不能设置为0，从1开始并依次递增）；
 *  SOME/IP-SD 头部从falgs字段开始；
 *  Reserved字段： 无；
 *  Entries Array Length 与 Entries Array： 携带了服务和服务实例信息；
 *  Entries Array Length 与 Entries Array： 是Entries的附加信息；  
    ![在这里插入图片描述][ebffdcfe969c42fe91f00a547af6c885.png]

### 6.2、SOMEIP Service Discovery Protocol（Flags字段含义） ###

Flags字段含义：  
![在这里插入图片描述][62a040f832204e869bd064960d2da1a4.png]

### 6.3、SOMEIP Service Discovery Protocol（SOME/IP SD） ###

SOME/IP SD支持在Entries array中放置多个Entry；Entries 用于同步服务实例状态(提供服务、发现服务)和发布/订阅管理；  
Entries 有服务类型Entries和事件类型Entries；  
![在这里插入图片描述][3d2d57b2624e47dc8387a5e3d6d231bf.png]

*  Type字段： 包含FindService(0x00)、OfferService(0x01)、StopOfferService(0x01)；
 *  Index 1st Options： 在Option Array中要运行的第一个Option的索引，0表示第一个SOME/IP SD数据包；
 *  Index 2nd Options： Option Array中要运行的第二个Option的索引，0表示第一个SOME/IP SD数据包；
 *  of Opt 1： 描述第一个Option运行使用的option数量，0表示没有运行的option；
 *  of Opt 2： 描述第二个Option运行使用的option数量，0表示没有运行的option；
 *  Service ID： 描述Entry相关的服务或服务实例的Service ID；
 *  Instance ID： 描述Entry相关的服务实例的实例ID，如果被设置为0xFFFF，表示一个服务的所有服务实例；
 *  Major Version： 服务（实例）的主版本号，0xFF表示任意版本；
 *  TTL： 描述Entry的生命周期，以秒为单位；
 *  Minor Version： 服务的次要版本，0xFFFFFFFF表示任意版本；

[C]: https://blog.csdn.net/weixin_30197685/category_12332626.html
[Link 1]: https://blog.csdn.net/weixin_30197685/category_12332639.html
[Link 2]: https://blog.csdn.net/weixin_30197685/category_12332640.html
[C 1]: https://blog.csdn.net/weixin_30197685/category_12332628.html
[2382fac949304f7ea27cd5994be7445a.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/16/ca748f8dbeb24d43b0d96c75e01f0748.png
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