Apollo2 + ros1的中间件总结

目录

• Ros1
  • 核心通信框架
  • 缺点分析
• Apollo1的改进
• 数据的接收
• 调测工具 ： hz echo

Ros1

核心通信框架

(ps：rpc基于开源的 https://xmlrpc-c.sourceforge.net/ 改的)

1. Pub进程向Master注册Pub的RpcServer
2. Sub进程向Master注册Sub的RpcServer
3. 查看是否存在符合Topic的Sub，符合后立即进行Rpc连接(异步调用Sub进程的publisherUpdate)，这个步骤告诉Sub发送这个Topic的Pub进程的RpcServer Uri是多少; 从这步开始也叫服务发现，只不过依赖Master
4. Sub端通过上面得到的Pub的uri主动发起requestTopic异步函数调用
5. Pub端告诉Sub，Tcp传输Server的ip(那个listen的)
6. 常规的socket通信了，Sub主动connect，从而建立通信
7. Pub通过socket write开始传输数据

缺点分析

1. 任何新的Sub和Pub都依赖Master来注册Rpc的Uri，一旦Master没了就什么都没了 ---> 备份Master/不依赖Master
2. 多次拷贝的通信
   上面可以知道本质传递消息走的就是socket通信，那么当一个节点被多个节点订阅，这个传输时间是线性增长的！有几个sub就要拷贝几次
   
   优化方式：组播，Sub端只需要拷贝一次
3. 多次拷贝
   Pub --》Serialize --》Copy TcpBuffer
   Sub --》 Copy TcpBuffer --》Deserialize

Apollo1的改进

1. 加入FastRtps库，替换调Master，我这边直接给出最大差别：
   
   内部核心还是差不多，但是这个前期Rpc的ip地址发现，改用rtps库来拓扑发现，用百度的图来看下组合：
   
   再次强调，这个步骤不是具体的数据传输，只是封装了Topic、DataType让其他节点知道这个的存在，然后继续和Ros1一样走RPC的远程调用连接
2. 使用自定义共享内存来IPC传输(你问为什么不直接用fastrtps的？这个时候fastrtps还不支持Shm，百度就自己搞了一个)
   核心技术为：Boost的Shared Memory(https://theboostcpplibraries.com/boost.interprocess-shared-memory)
   百度基于这个自定义整套的结构，大体共享内存组成为：
   
   对象的创建就是在内存上，平时我们可能在堆/栈，对于Shm也是一片内存，同样可以直接在这个内存上创建对象！
   这里可以看见Block是是实际传输的最小节点，每一个Block都有一把锁，这也同时减少了锁的颗粒度，不需要一把锁控制整个Segment

缺点：Apollo的Shm实现可能存在跳帧，因为每次读端的Read取的index都是最新的Block_index
看一下整体给出的对比(借用百度的图)：

说明：依然存在序列化和反序列化，除了这个外没有拷贝。也就是说这种方式不是零拷贝，但是我认为优于普通的Shm，因为一般使用Shm都是先把数据拷贝到共享内存，再进行拷出，只是为了不走内核

3. Protobuffer替换msg
   这个就是纯纯的技术替换了，考虑数据的兼容性直接引入了这个
   额外想说的是这套框架上很快能加入Protobuffer，原因是对于代码中对于Write的抽象：
   
   这样对于Protobuffer只需要额外写一个Wrapper就可以了

数据的接收

习惯了Ros的接收方式的同学，再用其他中间件可能会有习惯，主要就是因为Ros目前是支持异步轮训多次和一次的原因，AutoSarap Cm文档也说过好的中间件应该是支持异步会调(只在数据更新的时候触发)和同步轮询(类似于自旋，不让Cpu进行上下文切换)

这个时候仅仅是把数据放到全局queue中
如果客户端主动进行一次spin就会将已经存在的数据都进行触发回调

提醒：

1. 默认都是一个GlobaQueue，如果接收多种消息，A消息的回调慢可能对B消息丢帧和及时性有影响 --》可以考虑自定义Queue
2. Pub接收数据和回调用的锁是一把锁，回调做了超过队列 * 帧率的事情就会导致丢帧 --> 比如GAC目前PC的解码程序

调测工具 ： hz echo

1. 这个工具的最大难点就是怎么通过Topic + DataType来反射到具体类型
2. ros通过本地环境 + python语法糖 ：
   msg通过生成工具会生成python的代码
   然后使用python的__import__('%s.%s' % (package, type_str))导入对应py模块
   然后getattr(getattr(pypkg, type_str), base_type)就可以获得字符串对应的类了
3. Apollo怎么做的？
   Protobuffer直接支持反射，可以通过proto进行反射出类型
4. senseloto怎么做的？
   使用Idl包裹 + 动态库加载方式，非常巧妙和适合
5. mdc怎么做的？
   以上的方式几乎都依赖于对应消息的so，对于华为，自定义了Msg到类的动态加载方式，可以仅仅替换Idl就可以直接序列化对应的消息
   唯一的小缺点：需要作为底软来考虑动态Idl->类的统一方式，否则会有数据不对齐风险