[车载以太网] SOME/IP 参数和数据结构的序列化

序

• 本篇系对以太网SOME/IP协议的参数数据结构的序列化/反序列化的解读。

概述：SOME/IP 参数和数据结构的序列化

大小端/字节序

• 每个参数（parameter）的字节顺序由接口定义进行规定。

• 所有的 SOME/IP Header 字段，应该以网络字节序(大端)编码。

PRS_SOME/IP_00368

• Payload中参数的字节顺序由配置决定。

PRS_SPME/IP_00026

参数和数据结构的序列化

• 序列化（Serialization）是指将数据结构或对象状态转换为二进制串（字节数组）的过程。

SOME/IP协议在传输过程中也自然需要进行序列化和反序列化。

• SOME/IP需要基于通信接口规范定义的参数列表进行序列化。

接口规范明确了PDU（协议数据单元）中所有数据结构的精确位置，并且在设计时必须考虑存储器对齐的问题。

• 对齐操作通过在数据项之后添加填充元素来【调整数据的起始位置】，以确保数据从特定的、对齐的内存地址开始。

这是因为在某些处理器架构中，当数据从某个数的倍数（例如32位的倍数）地址开始时，数据访问会更加高效。

• 如果可变大小数据不是序列化数据流中的最后一个元素，则：应该通过在可变大小数据后面插入填充元素来实现数据的对齐。

PRS_SOMEIP_00611 / RS_SOMEIP_00028 , RS_SOMEIP_00029

• 请注意，Padding 值未被定义。

Member2: 以 UInt8 元素组成的一维可变长数组 / Member5: 以 UInt8 元素组成的一维可变长数组

Member2: 以 UInt8 元素组成的一维可变长数组 / Member5: 以 UInt8 元素组成的一维可变长数组

• 对齐应该能总是被计算出，从 SOME/IP 报文的起始处。

• 固定长度数据元素后面不得有填充元素，以确保后面数据的对齐。

如果定长数据元素后面的数据被填充，则这必须被显式地考虑进数据类型定义中。

• 可变长度数据元素后面的数据对齐应为8、16、32、64、128或256位。

RS_SOMEIP_000028 / RS_SOMEIP_000029

基本数据类型

• 应支持以下基本数据类型：

Type	Description	Size [bit]	Remark
boolean	TRUE/FALSE value	8	FALSE (0), TRUE (1)
uint8	unsigned Integer	8
uint16	unsigned Integer	16
uint32	unsigned Integer	32
sint8	signed Integer	8
sint16	signed Integer	16
sint32	signed Integer	32
float32	floating point number	32	IEEE 754 binary32 (Single Precision)
float64	floating point number	64	IEEE 754 binary64 (Double Precision)

• 每个参数的字节顺序由接口定义进行规定。

结构化数据类型 (结构体)

• 结构体的序列化应尽可能接近内存布局。

这意味着参数应按顺序序列化到缓冲区中。
对于结构体来说，特别要考虑正确的内存对齐。
如果需要对齐，请在接口定义中插入保留/填充元素，因为SOME/IP实现不会自动添加此类填充。

• SOME/IP实现不应自动插入虚拟/填充元素。

• 如果SOME/IP实现遇到导致PDU未正确对齐的接口规范（例如，由于未对齐的结构体），SOME/IP实现应在发现不对齐的结构体时发出警告，但不应在生成代码时失败。

• 结构体的序列化应按照规范精确地进行。

• 可以在结构体前面添加一个8位、16位或32位的【可选】的【长度字段】，其取决于接口规范的配置。

如果未指定长度字段的长度，则必须假定长度为0，并且消息中没有长度字段。

• 结构体的长度字段描述了结构体的字节数。

如果长度大于接口定义中指定的结构体长度，则只有接口规范中指定的字节将被解释，其他字节将根据长度字段被跳过。
这样可以实现可扩展的结构体，从而更好地实现接口的迁移。

• 如果长度效于所有结构体成员的长度之和，且接收者无法在本地提供缺失数据的替换时，则 反序列化应被中止，且该报文应被视为是畸形的。

• 结构体的序列化应遵循结构化的数据类型的【深度优先遍历】。

字符串

如下需求是定长字符串和动态长度字符串的共同点。

• [PRS_SOMEIP_00372] 不同的Unicode字符集编码应被支持，包括： UTF-8 / UTF-16BE / UTF-16LE

PRS_SOMEIP_00372 / RS_SOMEIP_00038

• [PRS_SOMEIP_00948] UTF-8 字符串应以 \0 字符 结束。

这意味着字符串应以 1 个 0x00 字节结束。
RS_SOMEIP_00038

• [PRS_SOMEIP_00084] UTF-16LE 和 UTF-16BE 字符串应以“\0”字符结尾。这意味着它们应以（至少）两个0x00字节结束

• [PRS_SOMEIP_00085] UTF-16LE和UTF-16BE字符串的应是偶数的长度(even length)。

• [PRS_SOMEIP_00086] 应忽略UTF-16LE和UTF-16BE有一个奇数长度的最后一个字节将被忽略。

• [PRS_SOMEIP_00087] 所有字符串应始终以包含字符串的待序列化数组的前三个（UTF-8）或两个（UTF-16）字节中的字节顺序标记（BOM）开头。

BOM应包含在固定长度字符串和动态长度字符串中。
BOM允许检测所使用的编码。

固定长度的字符串

• [PRS_SOMEIP_00760] 固定长度的字符串可以以可选的【长度字段】开头。 PRS_SOMEIP_00760

Upstream requirements: RS_SOMEIP_00038

• [PRS_SOMEIP_00373] 尽管字符串长度固定，但应以“\0”字符结尾

• [PRS_SOMEIP_00374] 必须在数据类型定义中指定字符串（包括“\0”）的长度（以字节为单位）

动态长度的字符串

• [PRS_SOMEIP_00089] 动态长度的字符串应以长度字段开头。（强制要求）

长度以字节为单位

• [PRS_SOMEIP_00090] 长度字段放置在BOM之前，BOM包含在长度中

• [PRS_SOMEIP_00091] 字符串以“\0”结尾。 PRS_SOMEIP_00091

• 注意，字符串的最大字节数（包括以“\0”结尾）也应从数据类型定义中得出。

• [PRS_SOMEIP_00092] : 对于 [PRS_SOMEIP_00084], [PRS_SOMEIP_00085] 和 [PRS_SOMEIP_00086] 条款，也适用于具有动态长度的字符串

• [PRS_SOMEIP_00093] 动态长度字符串的长度字段应为8、16或32位。这应由配置决定。

• [PRS_SOMEIP_00094] 如果未配置该字段，则添加在字符串前面的长度字段的长度为32位（长度字段的默认长度）。

• [PRS_SOMEIP_00095] 长度字段的值中不考虑字符串长度字段的长度；即 长度字段本身不计数。

数组

固定长度的数组

• 固定长度数组更容易在非常小的设备中使用。使用动态长度数组的ECU可能需要更多资源。

• [PRS_SOMEIP_00944] 固定长度的数组可以以可选的长度字段开头

注意，固定大小数组的溢出只能通过长度字段检测。

一维数组

• [PRS_SOMEIP_00099] 具有固定长度“n”的一维数组应恰好包含相同类型的“n”个元素。可选的长度字段可以位于第1个元素之前

注意，如果为特定的固定长度数组定义了【长度字段】，则该数组在总线上表示为长度字段和相同数据类型的n个元素的集合的组合
[PRS_SOMEIP_00099]的布局如图4.7所示。

多维数组

• [PRS_SOMEIP_00101] 多维数组的序列化遵循C/C++编程语言中多维数组的内存布局（以行为主的顺序 / row-major order）

注意，如果为特定的多维固定长度数组定义了【长度字段】，则该数组在总线上表示为长度字段和n个集合的组合，每个集合由一个长度字段和相同数据类型的m个元素组成。

动态长度的数组

• [PRS_SOMEIP_00375] 具有动态长度的数组布局应基于固定长度数组的布局

• [PRS_SOMEIP_00376] 动态长度数组开头的长度字段应该用于指定数组的长度（以字节为单位）

• [PRS_SOMEIP_00107] 动态长度数组应具有长度为8、16或32位的长度字段。这应由配置决定

• [PRS_SOMEIP_00377] 长度不包括长度字段的大小。

如果长度字段的长度设置为0位，则数组中的元素数量必须固定；因此，此时是固定长度的数组。 （参考图 4.9 / 4.10）

• 在一维数组中，使用一个长度字段，该字段携带用于数组的字节数。
• 静态长度元素的数量，可以很容易地通过除以元素的大小来计算。
• 在动态长度元素的情况下，无法直接计算元素的数量，必须按顺序解析元素。

图4.10显示了动态长度多维数组的结构。

• [PRS_SOMEIP_00114]

• 在多维数组中，每个不同维度的子数组都应有自己的长度字段。
• 如果需要静态缓冲区大小分配，数据类型定义应定义每个维度的最大长度。
• 理由：在以字节为单位测量长度时，可以在反序列化中跳过复杂的多维数组。
• SOME/IP还支持同一维度中列的不同长度和行的不同长度。见图4.10中的k_1和k_2。每个动态长度数组前面都需要有一个长度指示器。这适用于外部和所有内部/嵌套数组。

• [PRS_SOMEIP_00945] 如果未配置，则添加在动态长度数组前面的长度字段的长度为32位（长度字段的默认长度）。

枚举类型(Enumeration)

• [PRS_SOMEIP_00705] 在SOME/IP中不考虑枚举。枚举应作为无符号整数数据类型传输

位域(Bit Field)

• [PRS_SOMEIP_00300] 位字段应作为无符号数据类型uint8/uint16/uint32/uint64传输。

• 数据类型定义将能够定义每个位的名称和值

Union / Variant

Y 推荐文献

• SOME/IP Protocol Specification - Autosar

https://www.autosar.org/fileadmin/standards/R24-11/FO/AUTOSAR_FO_PRS_SOMEIPProtocol.pdf

• RequirementsonSOME/IP Protocol - Autosar

https://www.autosar.org/fileadmin/standards/R19-11/FO/AUTOSAR_RS_SOMEIPProtocol.pdf

X 参考文献