汽车网络通讯协议详解：SOME/IP及SOME/IP-SD

汽车网络通讯协议详解：SOME/IP及SOME/IP-SD

引用

CSDN

1.

https://m.blog.csdn.net/Jessica_zhu1/article/details/143589819

SOME/IP（Scalable Service-Oriented Middleware over IP）是一种基于IP的可扩展服务导向中间件协议，广泛应用于汽车网络通讯领域。本文将详细介绍SOME/IP的定义、分层结构、消息类型、传输协议、报文格式、序列化与反序列化等核心概念，并深入介绍SOME/IP-SD的服务发现订阅机制。

SOME/IP介绍

什么是SOME/IP？

SOME/IP（可扩展服务导向中间件协议，Scalable Service Oriented MiddlewarE over IP）是一种专为汽车网络设计的通讯协议，具有以下特点：

• 可扩展性：在不同硬件平台、操作系统或嵌入式固件的设备之间具有良好的可扩展性和互操作性。
• 面向服务：仅在客户端请求或服务器通知特定订阅者时交换数据，确保带宽不被浪费。
• 中间件：位于应用层，有自己的通用协议层来处理具体的操作和应用。
• 基于IP：使用以太网协议，支持高达100Mbps的带宽，数据通过TCP/IP或UDP协议进行通信。

OSI七层协议模型

在理解SOME/IP之前，我们需要了解OSI七层协议模型：

• 应用层（第7层）：产生要在网络上传输的数据，协议有HTTP、SMTP、FTP、DNS等。
• 表示层（第6层）：负责数据的转换、加密/解密、压缩，协议有JPEG、MPEG、TLS/SSL等。
• 会话层（第5层）：建立、管理和终止会话，提供身份验证和安全性，协议有RPC、NetBIOS等。
• 传输层（第4层）：负责端到端的数据传输，协议有TCP、UDP等。
• 网络层（第3层）：负责数据包路由，协议有IP协议。
• 数据链路层（第2层）：负责节点到节点的消息传递，封装MAC地址。
• 物理层（第1层）：负责设备之间的物理连接，传输比特信息。

TCP/IP四层模型

TCP/IP模型在OSI基础上进一步划分，SOME/IP位于应用层。

SOME/IP的消息类型

SOME/IP通过网络提供面向服务的通信，基于服务定义的功能列表。服务可以由Event、Method和Field的组合构成。

Event（事件）

提供周期性或变化时从提供者发送到订阅者的数据。

• 周期性更新：定期发送数据。
• 变化时更新：当数据发生变化时发送。
• 阈值更新：当变化超过设定阈值时发送。

Method（方法）

允许订阅者在提供者端执行远程过程调用。

• RR Method（Request/Response）：客户端发送请求，服务器响应。
• F&F Method（Fire/Forget）：客户端发送请求后无需等待响应。

Field（字段）

Field可以包含以下一个或多个：

• Notifier：将更改数据从提供者发送到订阅者。
• Getter：订阅者可以显式查询提供者值。
• Setter：订阅者可以改变提供者端的值。

Field/Notifier与Event的主要区别在于，当第一次订阅成功时，Field/Notifier的Server会主动发送一个字段值，而Event则需要等待事件触发。

SOME/IP的传输协议

SOME/IP支持两种传输协议：TCP和UDP。

• TCP：提供可靠通信，处理比特错误、分段、丢失、重复、重新排序和网络拥塞。
• UDP：精简的传输协议，只支持多路复用和错误检测，适合需要快速响应的应用。

使用规则：

• 需要传输大块数据（>1400Mbps）且对错误有严格延迟要求时使用TCP。
• 需要非常严格的延迟要求（<100ms）时使用UDP。
• 需要传输大块数据（>1400KB）且有严格延迟要求时使用UDP与SOME/IP-TP。

SOME/IP的报文格式

SOME/IP报文由Header和Payload组成，Header包含以下字段：

• Message ID (Service ID/Method ID) [32 Bits]
• Length [32 Bits]
• Request ID (Client ID/Session ID) [32 Bits]
• Protocol Version [8Bits]
• Interface Version [8 Bits]
• Message Type [8 Bits]
• Return Code [8 Bits]

带E2E通信保护的SOME/IP报文格式在返回代码之后增加了E2E报文头。

序列化与反序列化

序列化是将数据结构转换为可传输的字节流格式，反序列化则是重建对象的原始状态。序列化的目的是保持传输数据的完整性和可传递性。

基本数据类型的序列化

基本数据类型包括布尔值、无符号整数、有符号整数和浮点数等，每种类型都有固定的位数。

结构体的序列化

结构体成员按顺序序列化，可以增加Length Field表示结构体中数据元素的字节长度。

字符串序列化

字符串序列化支持UTF-8、UTF-16BE和UTF-16LE编码，定长字符串以BOM开头，变长字符串在BOM前增加Length Field。

数组序列化

数组序列化包括定长数组和变长数组，变长数组需要配置Length Field。

SOME/IP-SD (服务发现/订阅)

SOME/IP-SD是基于SOME/IP的报文，主要用于服务发现寻址和发布/订阅，通过UDP进行传输。

SOME/IP-SD报文格式

SOME/IP-SD报文格式在SOME/IP报头基础上增加了Flags、Reserved、Length of Entries Array、Entries Array、Length of Options Array和Options Array等字段。

Entries Array包含Service Entry和Eventgroup Entry两类：

• Service Entry：用于服务寻址，包含Type Field、Index、Service ID、Instance ID、Major Version、TTL和Minor Version等字段。
• Eventgroup Entry：用于事件订阅，包含Type Field、Index、Service ID、Instance ID、Major Version、TTL、Reserved、Counter和Eventgroup ID等字段。

Options Array包含以下几种类型：

• Endpoint Option：用于发送信号的端点信息，包括IPv4和IPv6端点选项。
• Multicast Option：用于服务器/客户端的多播地址信息，包括IPv4和IPv6多播选项。
• Configuration Option：用于传输配置字符串。
• Load Balancing Option：用于服务实例的优先级和权重设置。

不同类型的Entry允许携带的Option类型及个数关系如下：