CN112989123A - 一种基于dds的动态数据类型通信方法及装置 - Google Patents

一种基于dds的动态数据类型通信方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种动态数据类型通信方法及装置，方法包括编写动态数据类型对应的XML文件；创建DDS监听器，加载XML文件并构建动态数据类型；进行DDS总线数据监听、录制或者回放；数据监听时，配置需要订阅的DDS主题，将收到的数据转换为动态数据类型；数据录制时，配置需要订阅的DDS主题，新建数据库，在数据库中添加订阅的主题信息，将收到的数据转换为动态数据类型，将数据序列化为字节流后写入数据库；数据回放时，配置需要发布/订阅的DDS主题，从数据库读取数据，通过DDS监听器向DDS总线发送数据。本发明允许调试工具在运行阶段构建需要的数据类型，减少DDS总线交互过程中冗余代码的开发，工作效率高。

Description

一种基于DDS的动态数据类型通信方法及装置
技术领域
本发明属于通信技术领域，具体涉及一种基于DDS的动态数据类型通信方法及装置。
背景技术
对于智能驾驶领域来说，上层算法基于DDS中间件实现软件的模块化设计，将各自模块的输入/输出数据重定向到DDS总线，从而截断算法模块之间的直接耦合，降低自动驾驶软件的复杂度。当进行软件调试、验证或故障定位时，可以通过网络监听DDS总线上的实时数据，也可以在实车上录制一份时间跨度较大的DDS总线数据，然后将录制的数据回放到仿真环境，极大的方便了自动驾驶软件的调试和故障定位。
目前通过DDS总线交互的数据，数据类型是不确定，因为不同的用户构建的类型通常是不同的；同一用户在项目开发的不同阶段，同一类型也可能是变化调整的。此外，DDS总线交互的类型数量多，根据项目的实际复杂度，算法模块通常可以达到几十上百个，从而导致模块之间交互的数据类型急剧增多。因此，在实现DDS总线数据的监听、录制和回放功能时，如果采用常规的方法，对DDS总线上的每个数据类型都需要先构建相应的静态数据类型，再编写对应的功能代码，最后编译和发布相应的软件版本，其巨大的工作量将极大增加自动驾驶软件调试工具的开发成本和效率，影响版本迭代和后期维护。此外，对于需要数据类型频繁修改的测试场景，采用静态数据类型的方式将对用户极不友好，从而降低用户对工具的体验感。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于DDS的动态数据类型通信方法，以解决DDS总线交互的数据类型及冗余代码多，实现DDS总线数据的监听、录制和回放功能时，开发成本高、效率低，影响版本迭代和后期维护，对用户极不友好，体验感差的问题。
本发明的另一目的是提供一种基于DDS的动态数据类型通信装置，以解决上述技术问题。
本发明提供了如下的技术方案：
一种基于DDS的动态数据类型通信方法，包括：
编写动态数据类型对应的XML文件；
创建DDS监听器，所述DDS监听器加载XML文件，并构建相应的动态数据类型；所述动态数据类型包括类型描述符和类型内存对象，类型内存对象根据类型描述符通过递归方式为每个类型描述符的元素分配实例对象，直至元素为基本数据类型，并为实例对象提供序列化和反序列化的接口，从而实现内存二进制数据到实际动态类型变量之间的相互转换；
根据应用场景进行DDS总线数据监听、录制或者回放，其中，
在DDS总线数据监听模式中，配置需要订阅的DDS主题，进入监听状态，将收到的数据转换为对应的动态数据类型并进行格式化打印，持续监听直至收到退出指令；
在DDS总线数据录制模式中，配置需要订阅的DDS主题，新建数据库，在数据库中添加订阅的主题信息，将收到的数据转换为对应的动态数据类型，将数据序列化为字节流后写入数据库，持续录制直到收到退出指令；
在DDS总线数据回放模式中，配置需要发布/订阅的DDS主题，打开数据库，判断是否达到数据库尾，若未到达数据库尾，则继续从数据库读取数据，通过DDS监听器向DDS总线发送数据，直至收到退出指令或者到达数据库尾时退出。
优选的，在编写动态数据类型对应的XML文件过程中，包括以下步骤：
设置XML文件所在目录的环境变量，方便后续使用；
根据动态数据类型的嵌套关系，将各个XML文件进行数字化命名排序，保证调试工具在加载XML文件后能正确构建各动态数据类型。
优选的，动态数据类型的类型描述符用于描述动态数据类型的构成方式，类型描述符的类型字段分为基本类型和非基本类型，基本类型只需使用语言提供的基本数据类型，非基本类型通过递归嵌套的方式单独构建，直至元素为基本数据类型。
优选的，在构建相应的动态数据类型后，将动态数据类型保存到缓存中备份，避免重新创建。
优选的，所述格式化打印的实现方法为：采用递归嵌套的方式访问动态数据类型的每个成员变量，并按照元素的层级进行格式化打印。
优选的，数据监听和录制过程中，通过命令行参数传入需要订阅的DDS主题。
优选的，当DDS监听器在DDS总线上发现需要发布/订阅的主题时，根据主题的数据类型名从动态数据类型缓存中查找匹配的动态数据类型，创建订阅/发布接口，开始接收/发送数据，否则给出告警提示。
优选的，所述数据库为SQLite数据库。
本发明提供一种基于DDS的动态数据类型通信装置，包括：
XML文件编写模块，用于编写动态数据类型对应的XML文件；
DDS监听器创建模块，该模块加载上述XML文件，并构建动态数据类型；所述动态数据类型包括类型描述符和类型内存对象，类型内存对象根据类型描述符通过递归方式为每个类型描述符的元素分配实例对象，直至元素为基本数据类型，并为实例对象提供序列化和反序列化的接口，从而实现内存二进制数据到实际动态类型变量之间的相互转换；
DDS总线数据监听模块，所述DDS总线数据监听模块根据命令行参数配置需要订阅的DDS主题后进入监听状态，将收到的数据转换为对应的动态数据类型并进行格式化打印，持续监听直至收到退出指令；
DDS总线数据录制模块，所述DDS总线数据录制模块根据命令行参数配置需要订阅的DDS主题后新建数据库，在数据库中添加订阅的主题信息，将收到的数据转换为对应的动态数据类型，将数据序列化为字节流后写入数据库，持续录制直到收到退出指令；
DDS总线数据回放模块，所述DDS总线数据回放模块配置需要发布/订阅的DDS主题，打开数据库判断是否达到数据库尾，若未到达数据库尾，则继续从数据库读取数据，通过DDS监听器向DDS总线发送数据，直至收到退出指令或者到达数据库尾时退出。
本发明的有益效果是：
本发明在DDS总线上利用基于XML文件中定义的动态数据类型监听DDS总线，并结合SQLite数据库进行动态数据的录制和回放。在运行时以配置文件的性质导入定义动态数据类型的XML文件，允许调试工具在运行阶段构建需要的数据类型，减少DDS总线交互过程中冗余代码的开发，提升工作效率，同时保证调试工具版本迭代的稳定性。
其中，1.当新增数据类型时，采用静态数据类型的方式需要重新开发针对该数据类型的工具，而采用动态数据类型的方式仅需新增定义该数据类型的XML文件即可，能够明显的提升开发效率。
2.当更改已有数据类型时，采用静态数据类型的方式需要重新修改工具代码，并进行版本迭代，而采用动态数据类型的方式仅需修改定义该数据类型的XML文件即可，能够明显提升软件调试的工作效率，同时保证工具版本的稳定性。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的实施例1的流程图；
图2是本发明的实施例2的流程图；
图3是本发明的实施例3的流程图；
图4是本发明的一种基于DDS总线数据监听的通信装置框图；
图5是本发明的XML文件进行数字命名排序的一种示例图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本申请的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本申请，但不用来限制本申请的范围。
首先，对本申请涉及的名词进行介绍如下：
RTPS是Real-Time Publish-Subscribe（实时发布订阅）的简称，是基于UDP的应用层协议，能够保证实时应用可靠的发布数据，已被广泛应用于航空航天和国防等领域。
DDS是Data Distribution Service（数据发布服务）的简称，是一类以数据为中心的发布订阅模型的软件中间件规范，为应用程序提供基于网络的数据交互接口。其原理为：应用程序A作为发布方，可以通过DDS发布某个类型的数据，并为此次发布设置一个主题名；应用程序B作为订阅方，可以订阅该主题名，并从DDS总线上获取此主题对应的数据类型，然后以此解析接收到的数据。
DDS监听器（DDSListener）用于实时监听DDS总线，监听内容主要包括：DDS总线上所有正在运行的节点，各个节点包含的发布者和订阅者，发布者的发布主题和发布数据类型，订阅者的订阅主题和订阅数据类型等。
SQLite是本地离线式的小型数据库，能够为应用程序提供灵活的磁盘访问操作（增、删、读、写、改、查），用于替代文件系统提供fopen、fread、fwrite等性能不佳且功能有限的库函数。
XML是EXtensible Markup Language（可扩展置标语言）的简称，是一种置标语言。
动态数据类型是指软件在运行阶段构建的数据类型，与静态数据类型相对（编译时确定的数据类型），其使用更为灵活便捷，但对于CPU和内存的开销更大。
实施例1
如图1所示，基于DDS总线数据监听的通信方法包括以下步骤：
步骤1：根据实际情况，为每个动态数据类型编写对应的XML文件，其主要操作方法为：
步骤1.1：设置关于XML文件所在目录的环境变量，方便后续使用；
步骤1.2：根据动态数据类型的嵌套关系，将各个XML文件进行数字命名排序，保证调试工具在加载XML文件后能够正确构建各动态数据类型；XML文件进行数字命名排序示例如图5所示，图中文件名格式可归纳为n_typename.xml，n从0开始依次递增，值越小，越有限导入，从而支持XML嵌套，typename是实际的数据类型名；
步骤2：创建DDS监听器（即DDSListener），加载步骤1中的XML文件，构建对应的动态数据类型；其具体方法如下：
步骤2.1：根据XML文件的数字命名对XML文件进行排序，然后依次载入XML文件；
步骤2.2：每个动态数据类型包含两部分：类型描述符和类型内存对象。
类型描述符主要用于描述动态数据类型的构成方式，主要包括：类型名称，类型字段、包含的元素个数、元素名称、元素类型和元素键值（map类型时需要）等属性值。其中，类型字段可分为基本类型（bool，int，float，char，string等）和非基本类型（struct，union，map，array，sequence，bitset等）两大类，前者只需使用语言提供的基本数据类型，后者需要通过递归嵌套的方式单独构建直至元素为基本数据类型。
类型内存对象用于动态数据类型实例对象的内存分配，主要根据类型描述符通过递归方式为每个元素分配实例对象直至元素为基本数据类型，并为实例对象提供序列化和反序列化的接口，从而实现内存二进制数据（网络传输、内存拷贝和磁盘存储时使用）到实际动态类型变量（代码直接使用）之间的相互转换。
步骤2.3：将已创建的动态数据类型保存到缓存中备份，避免重新创建，造成不必要的性能浪费。
步骤2.4：为动态数据类型提供打印统一函数，方便动态数据的输出显示。实现方法是采用递归嵌套的方式，访问动态数据类型的每一个成员变量，并按照元素的层级，进行格式化打印，方便阅读。
步骤3：根据命令行参数配置需要订阅的DDS主题，进入数据监听状态，将收到的数据转换为对应的动态数据类型并进行格式化打印，持续监听直至收到退出指令，结束监听。本步骤中，需要监听的DDS主题通过命令行参数传入，提高软件的灵活度。
实施例2
图2示出了DDS总线数据录制的通信方法，该方法的步骤1、步骤2均与实施例1步骤1、步骤2相同，区别在于本实施例的步骤3为：
根据命令行参数配置需要订阅的DDS主题，进入数据录制状态，新建数据库，在数据库中添加订阅的主题信息，因此可以为应用程序提供发现新发布者时的回调注册接口，为用户提供基于主题的定制化操作；将收到的数据转换为对应的动态数据类型，将数据序列化为字节流后写入数据库，持续录制直到收到退出指令，结束录制。本实施例中的数据库为SQLite数据库。
实施例3
图3示出了DDS总线数据回放的通信方法，该方法的步骤1、步骤2均与实施例1步骤1、步骤2相同，区别在于本实施例的步骤3为：
根据命令行参数配置需要发布/订阅的DDS主题，打开实施例2中数据录制模块创建的数据库，进入数据回放状态，从数据库读取数据，判断是否达到数据库尾，若未到达数据库尾，则继续从数据库读取数据，通过DDS监听器向DDS总线发送数据，直至收到退出指令或者到达数据库尾时退出。
实施例1-3中指令结束的方式均可以通过监听系统的SININT信号，即键盘输入Ctrl+C，用以结束运行。
本发明新增数据类型时，采用静态数据类型的方式需要重新开发针对该数据类型的工具，而采用动态数据类型的方式仅需新增定义该数据类型的XML文件即可，能够明显的提升开发效率；更改已有数据类型时，采用静态数据类型的方式需要重新修改工具代码，并进行版本迭代，而采用动态数据类型的方式仅需修改定义该数据类型的XML文件即可，能够明显提升软件调试的工作效率，同时保证工具版本的稳定性。
图4是本申请提供的基于DDS的动态数据类型通信装置的框图，本实施例以该装置应用于图1-3所示的动态数据类型通信方法中为例进行说明。该装置包括以下几个模块：XML文件编写模块、DDS监听器创建模块、DDS总线数据监听模块、DDS总线数据录制模块、DDS总线数据回放模块。该装置将实施例1-3中的方法对应的模块整合在一个装置中，以实现数据监听、数据录制和数据回放。
XML文件编写模块用于编写动态数据类型对应的XML文件；
DDS监听器创建模块加载上述XML文件，并构建动态数据类型；动态数据类型包括类型描述符和类型内存对象，类型内存对象根据类型描述符通过递归方式为每个类型描述符的元素分配实例对象，直至元素为基本数据类型，并为实例对象提供序列化和反序列化的接口，从而实现内存二进制数据到实际动态类型变量之间的相互转换；
DDS总线数据监听模块根据命令行参数配置需要订阅的DDS主题后进入监听状态，将收到的数据转换为对应的动态数据类型并进行格式化打印，持续监听直至收到退出指令；
DDS总线数据录制模块根据命令行参数配置需要订阅的DDS主题后新建数据库，在数据库中添加订阅的主题信息，将收到的数据转换为对应的动态数据类型，将数据序列化为字节流后写入数据库，持续录制直到收到退出指令；
DDS总线数据回放模块配置需要发布/订阅的DDS主题，打开数据库判断是否达到数据库尾，若未到达数据库尾，则继续从数据库读取数据，通过DDS监听器向DDS总线发送数据，直至收到退出指令或者到达数据库尾时退出。
本申请提供基于DDS的动态数据类型通信装置，该装置包含图4所示的动态数据类型通信装置的终端，比如：智能手机、平板电脑、笔记本电脑、台式电脑或服务器等。该装置至少包括处理器和存储器。
存储器中的计算机可读存储介质用于存储指令，该指令被处理器执行时实现本申请中实施例1-3提供的基于DDS的动态数据类型通信方法。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于DDS的动态数据类型通信方法，其特征在于，包括：
编写动态数据类型对应的XML文件；
创建DDS监听器，所述DDS监听器加载XML文件，并构建相应的动态数据类型；所述动态数据类型包括类型描述符和类型内存对象，类型内存对象根据类型描述符通过递归方式为每个类型描述符的元素分配实例对象，直至元素为基本数据类型，并为实例对象提供序列化和反序列化的接口，从而实现内存二进制数据到实际动态类型变量之间的相互转换；
根据应用场景进行DDS总线数据监听、录制或者回放，其中，
在DDS总线数据监听模式中，配置需要订阅的DDS主题，进入监听状态，将收到的数据转换为对应的动态数据类型并进行格式化打印，持续监听直至收到退出指令；
在DDS总线数据录制模式中，配置需要订阅的DDS主题，新建数据库，在数据库中添加订阅的主题信息，将收到的数据转换为对应的动态数据类型，将数据序列化为字节流后写入数据库，持续录制直到收到退出指令；
在DDS总线数据回放模式中，配置需要发布/订阅的DDS主题，打开录制的数据库，判断是否达到数据库尾，若未到达数据库尾，则继续从数据库读取数据，通过DDS监听器向DDS总线发送数据，直至收到退出指令或者到达数据库尾时退出。
2.根据权利要求1所述的基于DDS的动态数据类型通信方法，其特征在于，在编写动态数据类型对应的XML文件过程中，包括以下步骤：
设置XML文件所在目录的环境变量，方便后续使用；
根据动态数据类型的嵌套关系，将各个XML文件进行数字化命名排序，保证调试工具在加载XML文件后能正确构建各动态数据类型。
3.根据权利要求2所述的基于DDS的动态数据类型通信方法，其特征在于，动态数据类型的类型描述符用于描述动态数据类型的构成方式，类型描述符的类型字段分为基本类型和非基本类型，基本类型只需使用语言提供的基本数据类型，非基本类型通过递归嵌套的方式单独构建，直至元素为基本数据类型。
4.根据权利要求1所述的基于DDS的动态数据类型通信方法，其特征在于，在构建相应的动态数据类型后，将动态数据类型保存到缓存中备份，避免重新创建。
5.根据权利要求1所述的基于DDS的动态数据类型通信方法，其特征在于，所述格式化打印的实现方法为：采用递归嵌套的方式访问动态数据类型的每个成员变量，并按照元素的层级进行格式化打印。
6.根据权利要求1所述的基于DDS的动态数据类型通信方法，其特征在于，数据监听和录制过程中，通过命令行参数传入需要订阅的DDS主题。
7.根据权利要求1所述的基于DDS的动态数据类型通信方法，其特征在于，当DDS监听器在DDS总线上发现需要发布/订阅的主题时，根据主题的数据类型名从动态数据类型缓存中查找匹配的动态数据类型，创建订阅/发布接口，开始接收/发送数据，否则给出告警提示。
8.根据权利要求1所述的基于DDS的动态数据类型通信方法，其特征在于，所述数据库为SQLite数据库。
9.一种基于DDS的动态数据类型通信装置，其特征在于，包括：
XML文件编写模块，用于编写动态数据类型对应的XML文件；
DDS监听器创建模块，用于加载所述XML文件，并构建动态数据类型；所述动态数据类型包括类型描述符和类型内存对象，类型内存对象根据类型描述符通过递归方式为每个类型描述符的元素分配实例对象，直至元素为基本数据类型，并为实例对象提供序列化和反序列化的接口，从而实现内存二进制数据到实际动态类型变量之间的相互转换；
DDS总线数据监听模块，用于根据命令行参数配置需要订阅的DDS主题；进入监听状态后，DDS总线数据监听模块将收到的数据转换为对应的动态数据类型并进行格式化打印，持续监听直至收到退出指令；
DDS总线数据录制模块，用于根据命令行参数配置需要订阅的DDS主题，并新建数据库，在数据库中添加订阅的主题信息，将收到的数据转换为对应的动态数据类型，将数据序列化为字节流后写入数据库，持续录制直到收到退出指令；
DDS总线数据回放模块，用于配置需要发布/订阅的DDS主题，并打开数据库判断是否达到数据库尾，若未到达数据库尾，则继续从数据库读取数据，通过DDS监听器向DDS总线发送数据，直至收到退出指令或者到达数据库尾时退出。
10.一种基于DDS的动态数据类型通信装置，其特征在于，所述装置包括处理器和存储器；所述存储器中存储有程序，所述程序由所述处理器加载并执行以实现如权利要求1至8任一项所述的动态数据类型通信方法。
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