CN118138653A - 一种SomeIP通信矩阵的生成方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种SomeIP通信矩阵的生成方法及装置，使用标准化的SomeIP配置描述语言，定义和描述通信接口信息并编写为配置文件，再通过解析配置文件而生成SomeIP通信矩阵，获取通信所需数据结构和关系，快速实现服务端和客户端之间的通信。可以自动生成通信所需的数据结构和关系，减少了手动编写和配置的工作量。通过图形化界面和读取Excel表格，可以快速配置SomeIP通信参数并生成通信矩阵文件，用户无需关心上层应用的配置，只需要定义需要通过SomeIP进行通信的接口以及该接口用于哪几个ECU之间的通信即可。和其他类似方案如PREVISION相比，本方案简化了用户操作步骤并且做到了及时进行错误提示和自动修复，再加快了产品研发的同时保证了软件质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种通信技术，特别涉及一种SomeIP通信矩阵的生成方法及装置。
背景技术
SomeIP是一种用于嵌入式系统的网络通信协议，是AutoSar标准的一部分。该协议提供可靠、高效的通信方式，支持多种传输层协议(如UDP、TCP)。SomeIP协议的优点包括小协议头、支持多种传输层协议和数据类型，具有良好的可扩展性和灵活性。此外，它还支持多播和组播等特性，适用于多种应用场景。然而，SomeIP协议的缺点是通信效率较低，因为需要多次封装和解封装操作。此外，它对硬件和软件要求较高，需要强大的计算和存储能力。SomeIP最初由博世公司开发，于2011年被AutoSar组织收购。现已成为AutoSar标准的一部分，在汽车电子领域广泛应用。
现有可以实现SomeIP通信矩阵的生成方法是通过SomeIP工具链来生成SomeIP通信矩阵，该工具链通常包括配置工具和代码生成工具，主要的缺点存在于配置工具，首先配置工具的使用可能较为复杂，需要对SomeIP协议和工具链有一定的了解，并且整套工具链的价格昂贵，学习成本较高，其次，配置工具生成通信矩阵是自动化的，可能会到导致一些配置错误或不完整，如果配置不正确，可能会导致通信失败或功能不正常，此外，因为工具本身的限制，配置工具可能无法满足特定的定制需求或扩展性需求。
发明内容
针对上述问题，提出了一种SomeIP通信矩阵的生成方法及装置，在不用额外购买整个工具链的基础上，仅仅通过生成someip的通信矩阵，实现快速开发，满足定制化的需求。
本发明的技术方案为：一种SomeIP通信矩阵的生成方法，使用标准化的SomeIP配置描述语言，定义和描述通信接口信息并编写为配置文件，再通过解析配置文件而生成SomeIP通信矩阵，获取通信所需数据结构和关系，快速实现服务端和客户端之间的通信。
进一步，所述定义通信接口信息：使用SomeIP配置描述语言定义需要通信的服务、方法和事件接口信息，接口信息描述了通信的数据结构、消息类型和相关属性；
所述配置文件：使用SomeIP配置描述语言编写配置文件，描述通信接口的详细信息，配置文件包括服务、方法和事件的定义，以及相关的数据结构和属性。
进一步，所述配置文件获得具体方法如下：
1)以Excel文件形式构建SWC数据库和SOA数据库；
SWC数据库负责接收和存储用户输入的模型信息，包括模型名称、接口名称、接口类型、接口发送方向以及接口包含的数据结构体的名称；
SOA数据库负责接收和存储用户输入的SOME/IP通信接口信息，包括服务发现配置信息、服务方法接口信息和通信配置信息；
所述服务发现配置信息包括用户命名的SD类名称、UDP/TP端口号、NetworkEndPoint名称、服务端或客户端Instance名称、服务方法名称、服务事件名称、服务ID、服务端ECU和客户端ECU；
所述服务方法接口信息包括方法接口名、方法接口类型、方法接口ID、方法接口数据长度和方法所属事件组名和事件组ID；
所述通信配置信息包括NetworkEndPoint名称、通信协议IP、Instance序列号和通信端口号；
2)采用Excel宏和VBA代码用于对SWC数据库和SOA数据库的数据验证；
3)采用配置器对SWC数据库、SOA数据库中数据进行配置，其中获得的模型名称和接口信号数据以图形化界面展示给用户，用户根据需要通过配置器进行参数的修改，此外配置器还负责SOME/IP通信矩阵生成之前的环境配置，环境配置包括指定数据库文件存放的路径和需要生成的ECU的名称。
进一步，所述解析配置文件：使用SomeIP配置解析器，解析器根据配置文件的语法规则和语义要求，将配置信息转换为可操作的内部数据结构；
所述生成通信矩阵：根据解析后的配置信息，生成SomeIP通信矩阵，通信矩阵包括服务、方法和事件之间的关系以及相关的数据结构。
进一步，所述SomeIP通信矩阵获得具体方法如下：
数据库解析器通过配置器输出的配置文件从数据库中提取出需要的信息并转换成Python可识别的数据类型；
数据库解析器中解析SWC数据库获得模型的接口名称和数据结构体的名称并通过列表的形式传递给数据处理模块，数据处理模块从头文件里面去寻找模型里面结构体的成员列表，如果成员也是嵌套的结构体，则进行迭代，直到所有成员是基本数据类型时停止，然后计算出最开始的结构体的数据长度并写入SOA数据库对应的位置，并将结构体长度信号传入生成器；
数据库解析器中解析SOA数据库获得用户输入到SOA数据库的SOME/IP通信接口信息，并将相关信息用字典的形式传递给生成器；
生成器负责加载模板文件并将接收到的SOME/IP通信接口信息通过字典的形式传入模板文件，然后对模板文件进行渲染后得到最终的SOME/IP通信矩阵文件；数据库解析器和生成器以及其他模块均使用Python实现。
进一步，所述SomeIP通信矩阵获得后还包括验证和调试，使用DaVinciConfigurator工具导入生成的SomeIP通信矩阵进行测试和调试，以确保通信的正确性和稳定性。
一种SomeIP通信矩阵的生成装置，包括依次连接的数据库、配置器、SomeIP配置解析器和生成器，采用所述SomeIP通信矩阵的生成方法进行运行；
所述数据库：用于以Excel文件形式接收和存储用户输入的模型信息和SOME/IP通信接口信息；
所述配置器：用于对中数据进行配置，模型名称和接口信号数据以图形化界面展示给用户，接收用户对参数的修改；
所述SomeIP配置解析器：用于将配置信息转换为可操作的内部数据结构；
所述生成器：用于加载模板文件并将接收到的SOME/IP通信接口信息传入模板文件，生成SOME/IP通信矩阵文件。
优选的，所述生成器中包括：
套接字路由组模块：负责将CP平台的通信协议转换成以太网通信协议；
系统模块：负责统筹管理各个模块的数据；
拓扑结构模块：展示MCU和SOC之间的通信关系；
长数据配置模块：当数据长度大于UDP标准长度的时候需要用到，对数据长度大于1400byte的数据用Tp的方式进行转发。
本发明的有益效果在于：本发明SomeIP通信矩阵的生成方法及装置，使用了标准化的SomeIP配置描述语言，可以方便地定义和描述通信接口；通过解析配置文件并生成通信矩阵，可以自动生成通信所需的数据结构和关系，减少了手动编写和配置的工作量。
附图说明
图1为本发明SomeIP通信矩阵的生成方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示SomeIP通信矩阵的生成方法流程图，方法具体如下：
本发明这里构建的SWC数据库和SOA数据库是指Excel文件；
SWC数据库负责接收和存储用户输入的模型信息，包括模型名称、接口名称、接口类型(是服务型接口还是应用型接口)、接口发送方向以及接口包含的数据结构体的名称。
SOA数据库负责接收和存储用户输入的SOME/IP通信接口信息，包括服务发现配置信息、服务方法接口信息和通信配置信息。
其中服务发现配置信息包括用户命名的SD类名称、UDP/TP端口号、NetworkEndPoint名称、服务端或客户端Instance名称、服务方法名称、服务事件名称、服务ID、ServerECU和ClientECU，ServerECU表明服务端属于哪个ECU，ClientECU表明客户端属于哪个ECU。
服务方法接口信息包括方法接口名、方法接口类型、方法接口ID、方法接口数据长度和方法所属事件组名和事件组ID。
通信配置信息包括NetworkEndPoint名称、通信协议IP、Instance序列号和通信端口号。
Excel宏和VBA代码用于对SWC数据库和SOA数据库的数据验证，一是防止用户输入非法的参数，进而可能导致后续工作异常，二是可以引导用户输入正确的参数，方便进行参数配置。
配置器对SWC数据库、SOA数据库中数据进行配置，其中获得的模型名称和接口信号数据展示给用户，用户可以通过配置器进行参数的修改，此外配置器还负责SOME/IP通信矩阵生成之前的环境配置，环境配置包括指定数据库文件存放的路径和需要生成的ECU的名称。
数据库解析器通过配置器输出的配置文件从数据库中提取出需要的信息并转换成Python可以识别的数据类型，包括但不限于以下数据类型：
整型(Integers)：这是正或负整数，不带小数点。例如：100，-786，0等。
浮点型(Floating point numbers)：这是带有小数点的数字。例如：15.20，0.0，-21.9，32.3+e18等。
布尔型(Boolean)：有两个值，True或False。
字符串(String)：由零个或多个字符组成的有序字符序列。例如：'Hello'，"World"。
列表(List)：包含一组有序项的集合，每个项目可以是不同类型，且项目的值可以改变。例如：[1,"a",2.3]。
集合(Set)：无序且不重复的元素集合。例如：{1,2,3}。
字典(Dictionary)：包含键值对的无序集合。例如：{'name':'John','age':26}。
数据库解析器中解析SWC数据库获得模型的接口名称和数据结构体的名称并通过列表的形式传递给数据处理模块，数据处理模块从头文件里面去寻找模型里面结构体的成员列表，如果成员也是嵌套的结构体，则进行迭代，直到所有成员是基本数据类型时停止，然后计算出最开始的结构体的数据长度并写入SOA数据库对应的位置，并将结构体长度信号传入生成器。
数据库解析器中解析SOA数据库获得用户输入到SOA数据库的SOME/IP通信接口信息，并将相关信息用字典的形式传递给生成器。
生成器主要负责加载模板文件并将接收到的SOME/IP通信接口信息通过字典的形式传入模板文件，然后对模板文件进行渲染后得到最终的SOME/IP通信矩阵文件，要生成的部分主要包括以下几个部分的内容：
Communication模块：包含定义SOME/IP的Transformation的内容、PDU的信息、Signals的信息、SystemSignals的信息。
SoAdRoutingGroups模块：包含定义各个事件组的名称及其类型。
System模块：生成各个其他模块比如Communication模块，或者SoAdRoutingGroups模块等已经定义好的对象的名称。
Topology模块：主要定义通信拓扑结构，用户输入的大部分参数会在这个模块进行生成，包括服务端和客户端的名称信息、接口信息、网络端口的信息、IP信息、服务发现名称、服务ID、事件组名称、事件组ID、方法名称、方法ID、端口号等。并且额外会在该模块定义硬件部分的相关信息，包括以太网集群的引用、MAC地址等。
TpConfig模块：这是本发明的特色模块，可以对数据长度大于1400byte的数据用Tp的方式进行转发。
数据库解析器和生成器以及其他功能模块均使用Python实现；
生成器生成的SOMEIP通信矩阵可用于快速实现MCU和SOC之间通过SOMEIP的方式进行通信。
在以上方案执行过程中，还有异常处理模块对数据库解析器和生成器在运行过程中出现的错误进行处理，比如告知用户是否存在没有输入的数据或者是输入的数据是否合法，对每个sheet进行检查，如果有错误则会以logger的方式在终端上告知用户，方便用户进行修改。同时，自动验证修复器也会提示用户有些错误是可以程序自动进行修复的，用户可以选择是否需要让该模块帮忙进行自动修复错误。
所述数据库指Excel文件，本发明共有两个数据库文件，一个对应SWC，一个对应SOA。
所述服务发现(Service Discovery，SD)是指实现网络服务之间的发现与交互，解决网络服务如何找到彼此的问题。
所述NetworkEndPoint是指沙盒连接到网络的端点，也就是一个网络接口。
所述工具和模块指Python编写的代码，本发明拥有多个Python代码文件，但按功能分类下来，主要是四类，一类是解析数据库的，一类是处理解析后的数据的，一类是生成文件的，还有一类是属于辅助类的比如异常处理模块和自动验证修复模块。
所述模板文件指jinja2编写SOME/IP通信矩阵模板文件。
所述文件也是ARXML格式的文件。
Data Transformation是指对数据进行分析、整理、转换，使其满足数据挖掘、预测或其他特定目的的过程。
PDU是指在不同层级之间传输的数据单元，它承载了通信协议栈中的信息，包括数据和控制信息，主要目的是在通信层之间进行数据传输，并确保数据的可靠交付。
Signals的信息包含信号的名称，信号的长度参数，信号的数据类型以及这个信号所引用的系统信号信息和Data Transformation信息。
系统信号是指由ECU软件组件(SWC)发送的一种信号类型，用于传递关于SWC状态或事件的信息，在本发明中用于上层和底层的信号Mapping。
在SOME/IP协议中，事件组(Eventgroup)是事件或字段通知的结合体，主要用来允许事件订阅。
以太网集群是指将多块以太网卡绑定在一起，向上提供虚拟网卡，底层则可以通过ARP轮询负载均衡，或者HA方式的多路径访问。
UDP的数据场长度一般来说是不大于1400个byte的，如果超过了就会大概率发送失败，所以超过1400个byte的数据应该使用TCP/IP的方式进行发送。
主要修复的是方法接口ID填写的错误，比如用户填写了两个一样的ID对应到不同的接口上，ID应该具有唯一性。
本技术方案使用的是SomeIP配置描述语言(SomeIP Configuration DescriptionLanguage)。该方案包括以下步骤：
定义通信接口：使用SomeIP配置描述语言定义需要通信的服务、方法和事件等接口。这些接口描述了通信的数据结构、消息类型和相关属性。
编写配置文件：使用SomeIP配置描述语言编写配置文件，描述通信接口的详细信息。配置文件包括服务、方法和事件的定义，以及相关的数据结构和属性。
解析配置文件：使用SomeIP配置解析器，将配置文件解析为内部数据结构。解析器可以根据配置文件的语法规则和语义要求，将配置信息转换为可操作的数据结构。
生成通信矩阵：根据解析后的配置信息，生成SomeIP通信矩阵。通信矩阵包括服务、方法和事件之间的关系以及相关的数据结构。
验证和调试：对生成的通信矩阵进行验证和调试，确保其符合预期的通信需求。可以使用DaVinciConfigurator工具导入生成的通信矩阵进行测试和调试，以确保通信的正确性和稳定性。
该技术方案是使用了标准化的SomeIP配置描述语言，可以方便地定义和描述通信接口信息，并编写为配置文件，通过解析配置文件而生成SomeIP通信矩阵，可以自动生成通信所需的数据结构和关系，减少了手动编写和配置的工作量。
本发明技术是根据标准SomeIP Arxml文件数据格式来生成SomeIP的通信矩阵，并可以通过XSD文件对生成的Arxml文件进行数据格式验证，需要生成的AR-PACKAGES内容主要包括：
Communication(通信)模块，指MCU和SOC之间需要通信的报文和信号的PDU信息，比如ID，长度和Payload；
SoAdRoutingGroups(套接字路由组)模块，该模块负责将CP平台的通信协议转换成以太网通信协议；
System(系统)模块，该模块负责统筹管理各个模块的数据；
Topology(拓扑结构)模块，展示MCU和SOC之间的通信关系，比如MCU1和SOC2通信，MCU2和SOC1通信且同时和SOC3通信，并同时会引用Communication通信的内容；
TpConfig(长数据配置)模块，当数据长度大于UDP标准长度的时候需要用到，该模块会通知正在通信的对象，接下来我会发送一段很长的数据，请做好接收准备。
本发明通过图形化界面和读取Excel表格，可以快速配置SomeIP通信参数并生成通信矩阵文件，用户无需关心上层应用的配置，只需要定义需要通过SomeIP进行通信的接口以及该接口用于哪几个ECU之间的通信即可。
和其他类似方案如PREVISION相比，本方案简化了用户操作步骤并且做到了及时进行错误提示和自动修复，再加快了产品研发的同时保证了软件质量。
其他的工具在配置的时候需要一条信号一条信号的添加，即便用户已经有了自己的数据库(比如将数据记录在excel里面的，几百上千条信号)，依然需要一条一条的将这些信号加到工具里面，每条信号添加完成时间最快也要1min，加完所有的信号也至少需要几天的时间。但是本发明可以直接读取用户的数据库，用户只需要按照工具的说明文档对数据库进行简单分列(这通常不会花费很多时间)，本发明即可很短的时间内将通信矩阵给到用户。大大降低了时间成本。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种SomeIP通信矩阵的生成方法，其特征在于，使用标准化的SomeIP配置描述语言，定义和描述通信接口信息并编写为配置文件，再通过解析配置文件而生成SomeIP通信矩阵，获取通信所需数据结构和关系，快速实现服务端和客户端之间的通信。
2.根据权利要求1所述SomeIP通信矩阵的生成方法，其特征在于，所述定义通信接口信息：使用SomeIP配置描述语言定义需要通信的服务、方法和事件接口信息，接口信息描述了通信的数据结构、消息类型和相关属性；
所述配置文件：使用SomeIP配置描述语言编写配置文件，描述通信接口的详细信息，配置文件包括服务、方法和事件的定义，以及相关的数据结构和属性。
3.根据权利要求1或2所述SomeIP通信矩阵的生成方法，其特征在于，所述配置文件获得具体方法如下：
1)以Excel文件形式构建SWC数据库和SOA数据库；
SWC数据库负责接收和存储用户输入的模型信息，包括模型名称、接口名称、接口类型、接口发送方向以及接口包含的数据结构体的名称；
SOA数据库负责接收和存储用户输入的SOME/IP通信接口信息，包括服务发现配置信息、服务方法接口信息和通信配置信息；
所述服务发现配置信息包括用户命名的SD类名称、UDP/TP端口号、NetworkEndPoint名称、服务端或客户端Instance名称、服务方法名称、服务事件名称、服务ID、服务端ECU和客户端ECU；
所述服务方法接口信息包括方法接口名、方法接口类型、方法接口ID、方法接口数据长度和方法所属事件组名和事件组ID；
所述通信配置信息包括NetworkEndPoint名称、通信协议IP、Instance序列号和通信端口号；
2)采用Excel宏和VBA代码用于对SWC数据库和SOA数据库的数据验证；
3)采用配置器对SWC数据库、SOA数据库中数据进行配置，其中获得的模型名称和接口信号数据以图形化界面展示给用户，用户根据需要通过配置器进行参数的修改，此外配置器还负责SOME/IP通信矩阵生成之前的环境配置，环境配置包括指定数据库文件存放的路径和需要生成的ECU的名称。
4.根据权利要求3所述SomeIP通信矩阵的生成方法，其特征在于，所述解析配置文件：使用SomeIP配置解析器，解析器根据配置文件的语法规则和语义要求，将配置信息转换为可操作的内部数据结构；
所述生成通信矩阵：根据解析后的配置信息，生成SomeIP通信矩阵，通信矩阵包括服务、方法和事件之间的关系以及相关的数据结构。
5.根据权利要求3所述SomeIP通信矩阵的生成方法，其特征在于，所述SomeIP通信矩阵获得具体方法如下：
数据库解析器通过配置器输出的配置文件从数据库中提取出需要的信息并转换成Python可识别的数据类型；
数据库解析器中解析SWC数据库获得模型的接口名称和数据结构体的名称并通过列表的形式传递给数据处理模块，数据处理模块从头文件里面去寻找模型里面结构体的成员列表，如果成员也是嵌套的结构体，则进行迭代，直到所有成员是基本数据类型时停止，然后计算出最开始的结构体的数据长度并写入SOA数据库对应的位置，并将结构体长度信号传入生成器；
数据库解析器中解析SOA数据库获得用户输入到SOA数据库的SOME/IP通信接口信息，并将相关信息用字典的形式传递给生成器；
生成器负责加载模板文件并将接收到的SOME/IP通信接口信息通过字典的形式传入模板文件，然后对模板文件进行渲染后得到最终的SOME/IP通信矩阵文件；数据库解析器和生成器以及其他模块均使用Python实现。
6.根据权利要求5所述SomeIP通信矩阵的生成方法，其特征在于，所述SomeIP通信矩阵获得后还包括验证和调试，使用DaVinciConfigurator工具导入生成的SomeIP通信矩阵进行测试和调试，以确保通信的正确性和稳定性。
7.一种SomeIP通信矩阵的生成装置，其特征在于，包括依次连接的数据库、配置器、SomeIP配置解析器和生成器，采用权利要求6所述SomeIP通信矩阵的生成方法进行运行；
所述数据库：用于以Excel文件形式接收和存储用户输入的模型信息和SOME/IP通信接口信息；
所述配置器：用于对中数据进行配置，模型名称和接口信号数据以图形化界面展示给用户，接收用户对参数的修改；
所述SomeIP配置解析器：用于将配置信息转换为可操作的内部数据结构；
所述生成器：用于加载模板文件并将接收到的SOME/IP通信接口信息传入模板文件，生成SOME/IP通信矩阵文件。
8.根据权利要求7所述SomeIP通信矩阵的生成装置，其特征在于，所述生成器中包括：
套接字路由组模块：负责将CP平台的通信协议转换成以太网通信协议；
系统模块：负责统筹管理各个模块的数据；
拓扑结构模块：展示MCU和SOC之间的通信关系；
长数据配置模块：当数据长度大于UDP标准长度的时候需要用到，对数据长度大于1400byte的数据用Tp的方式进行转发。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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