Fast DDS 深入理解，吐血整理

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Fast DDS 深入理解，吐血整理

2024-07-10 23:10| 来源: 网络整理| 查看: 265

Fast DDS 深入理解，吐血整理 1 介绍1.1 DDS 概述1.2 通信分类域与域通信跨网络通信 2 要素IDL（Interface Definition Language）详细介绍拓展 RTPS详细介绍详细介绍--Discovery Module（发现模块） DDS(DataDistributionService)数据分发服务域（Domain）：主题（Topic）：数据写入器（Data Writer）：数据读取器（Data Reader）：发布者（Publisher）：订阅者（Subscriber）： 3 组件eProsima Fast DDS-Genfoonathan_memory_vendorfastcdrfastrtps 4 架构DDS模型架构主要功能类Domain类图Publisher类图Subscriber类图Topic类图 5 示例介绍helloworld.idlfastddsgen 生成文件序列化，反序列化HelloWorld.h、HelloWorld.cxx 【类型定义，序列化反序列化(CDRData)】helloworldPubSubTypes.h & helloworldPubSubTypes.cxx 【序列化反序列化 (bufferCDRData)】helloworldPublisher.h & helloworldPublisher.cxxhelloworldSubscriber.h & helloworldSubscriber.cxx发布消息步骤：在线安装 & 调试源码编译 & 调试零拷贝问题参考

1 介绍 1.1 DDS 概述

数据分发服务DDS(DataDistributionService)是OMG对象管理组织在HLA及CORBA等标准的基础上制定的新一代分布式实时通信中间件技术规范，DDS采用发布/订阅体系架构，强调以数据为中心，提供丰富的QoS服务质量策略，能保障数据进行实时、高效、灵活地分发，可满足各种分布式实时通信应用需求。在这里插入图片描述

1.2 通信分类域与域通信

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跨网络通信

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2 要素 IDL（Interface Definition Language）

要声明结构化数据，必须使用 IDL 格式。IDL （接口定义语言）是一种规范语言，由OMG（对象管理组织）制定，它以与语言无关的方式描述接口，允许不同语言的软件组件之间进行通信。

IDL的全称是Interface Definition Language，即接口定义语言（有时也叫作接口描述语言）。因为RPC通常是跨进程、跨机器、跨系统和跨语言的，IDL是用来解决这个问题的，它与语言无关，借助编译器将它翻译成不同的编程语言。 Google开源的ProtoBuf中的“.proto”文件就是一种IDL文件。

IDL部分很多会用到 flex & bison。

protobuf 中底层有用flex & bisonopensplice DDS中底层有用flex & bisonRTI DDS中底层有用flex & bisonFast DDS中底层有用flex & bison

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详细介绍

OMG–IDL（Interface Definition Language）

拓展

序列化与反序列化深入理解数据传输中，双方交互都需要对数据进行序列化和反序列化。也称为编码和解码。

RTPS

如下介绍，OMG组织定义的RTPS（Real Time Publish Subscribe Protocol），实时发布订阅协议。 Version: 2.5 OMG Document Number: formal/2022-04-01 Standard document URL: https://www.omg.org/spec/DDSI-RTPS/2.5/PDF 在这里插入图片描述

缩写含义备注CDRCommon Data Representation通用数据表示DDSData Distribution Service数据分发服务EDPEndpoint Discovery Protocol端点发现协议GUIDGlobally Unique Indentifier全局唯一标识符PDPParticipant DiscoveryProtocol参与者发现协议PIMPlatform Independent Model平台独立模型PSMPlatform Specific Model平台专用模型RTPSReal-Time Publish-Subscribe实时发布订阅SEDPSimple Endpoint Discovery Protocol简单端点发现协议WLPWrite Liveliness Protocol写入者活跃性协议详细介绍

OMG–RTPS（Real Time Publish Subscribe Protocol）

详细介绍–Discovery Module（发现模块）

发现协议的目的是允许每个 RTPS 参与者发现其他相关参与者及其端点。一旦远程端点已经发现，实现可以相应地配置本地端点以建立通信。 DDS 规范同样依赖于使用发现机制来建立通信匹配的 DataWriters 和 DataReaders。 DDS 实现必须自动发现远程实体，无论是在他们加入和离开网络时。 RTPS 规范将发现协议拆分为两个独立的协议：（大型网络的基本发现协议。）

Participant Discovery Protocol（PDP）【参与者发现协议】Endpoint Discovery Protocol（EDP）【端点发现协议】

为了互操作性，所有 RTPS 实现必须至少提供以下发现协议：（中小型网络的基本发现协议。）

Simple Participant Discovery Protocol （SPDP）Simple Endpoint Discovery Protocol （SEDP）

每个RTPS StatelessWriter关联RTPS ReaderLocator对象。每个RTPS StatefulWriter关联RTPS ReaderProxy对象。每个RTPS StatefulReader关联RTPS WriterProxy对象。在这里插入图片描述

DDS(DataDistributionService)数据分发服务

DDS(DataDistributionService)是OMG对象管理组织在HLA及CORBA等标准的基础上制定的新一代分布式实时通信中间件技术规范，DDS采用发布/订阅体系架构，强调以数据为中心，提供丰富的QoS服务质量策略，能保障数据进行实时、高效、灵活地分发，可满足各种分布式实时通信应用需求。DDS信息分发中间件是一种轻便的、能够提供实时信息传送的中间件技术。

以数据为中心的模型，虚拟出全局数据空间的概念，各节点向该空间声明发布者或者订阅者的意图；在这里插入图片描述

域（Domain）：

这是用于链接所有发布者和订阅者的概念，属于一个或多个应用程序，它们在不同主题下交换数据。这些参与域的单个应用程序称为DomainParticipant。DDS域由域ID标识。DomainParticipant定义Domain ID以指定它所属的DDS域。具有不同ID的两个DomainParticipants不知道彼此在网络中的存在。因此，可以创建多个通信通道。这适用于涉及多个DDS应用程序的场景，它们各自的DomainParticipants相互通信，但这些应用程序不得干扰。DomainParticipant充当其他 DCPS实体的容器，充当发布者、订阅者和主题实体的工厂，并在域中提供管理服务。

主题（Topic）：

它是将发布者的DataWriters与订阅者的DataReaders绑定的实体，在DDS域中是唯一的。它可在进程之间交换的数据的消息，数据表示为可以包含不同数据类型的结构，如整数，字符串等;

数据写入器（Data Writer）：

它是负责发布消息的实体，用户在创建此实体时必须提供一个主题，该主题将是发布数据的主题；

数据读取器（Data Reader）：

它是订阅主题以接收发布的实体，用户在创建此实体时必须提供订阅主题；

发布者（Publisher）：

它是负责创建和配置其实现的DataWriters的DCPS实体。DataWriter是负责实际发布消息的实体。每个人都有一个分配的主题，在该主题下发布消息;

订阅者（Subscriber）：

它是 DCPS实体，负责接收在其订阅的主题下发布的数据。它为一个或多个DataReader对象提供服务，这些对象负责将新数据的可用性传达给应用程序;

3 组件 eProsima Fast DDS-Gen

eProsima Fast DDS-Gen是一个 Java 应用程序，它使用 IDL（接口定义语言）文件中定义的数据类型生成eProsima Fast DDS源代码。 eProsima Fast DDS-Gen生成的源代码使用Fast CDR，这是一个提供数据序列化和编码机制的 C++11 库。因此，正如RTPS 标准中所述，发送数据时，它们会使用相应的通用数据表示 (CDR) 进行序列化和编码。CDR 传输语法是代理间传输的低级表示，从 OMG IDL 数据类型映射到字节流。

foonathan_memory_vendor

an STL compatible C++ memory allocator library.

fastcdr

a C++ library for data serialization according to the CDR standard (Section 10.2.1.2 OMG CDR).

fastrtps

the core library of eProsima Fast DDS library.

4 架构 DDS模型架构

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主要功能类

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Domain类图

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Publisher类图

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Subscriber类图

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Topic类图

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5 示例介绍

FastDDS 示例介绍

helloworld.idl struct HelloWorld { unsigned long index; string message; };

在FastDDS中，unsigned long是一种无符号整数类型，通常用于表示非负整数。在DDS中，unsigned long常用于表示时间戳、状态代码等数值。

fastddsgen 生成文件 HelloWorld ├── CMakeLists.txt ├── HelloWorld.cxx // 由 idl 生成, HelloWorld 类型定义 ├── HelloWorld.h ├── HelloWorld.idl // idl 文件, payload ├── HelloWorld_main.cpp ├── HelloWorldPublisher.cpp // 发布服务器 ├── HelloWorldPublisher.h ├── HelloWorldPubSubTypes.cxx // 由 idl 生成, 序列化和反序列化代码 ├── HelloWorldPubSubTypes.h ├── HelloWorldSubscriber.cpp // 订阅服务器 └── HelloWorldSubscriber.h 序列化，反序列化

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HelloWorld.h、HelloWorld.cxx 【类型定义，序列化反序列化(CDRData)】

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序列化反序列化，消息类型都必须继承自 eprosima::fastcdr::Cdr 类。

// 使用 CDR 将 HelloWorld 结构体序列化为二进制数据 void HelloWorld::serialize( eprosima::fastcdr::Cdr& scdr) const { scdr m_message; } helloworldPubSubTypes.h & helloworldPubSubTypes.cxx 【序列化反序列化 (bufferCDRData)】

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helloworldPublisher.h & helloworldPublisher.cxx

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eprosima::fastdds::dds::DomainParticipant* participant_; eprosima::fastdds::dds::Publisher* publisher_; eprosima::fastdds::dds::Topic* topic_; eprosima::fastdds::dds::DataWriter* writer_; eprosima::fastdds::dds::TypeSupport type_; DomainParticipant：充当所有其他实体对象的容器，并充当发布者、订阅者和主题对象的工厂。Publisher：是负责创建 DataWriter的对象。DataWriter：允许应用程序设置要在给定主题下发布的数据的值。TypeSupport：为participant提供序列化、反序列化和获取特定数据类型的key的函数。 helloworldSubscriber.h & helloworldSubscriber.cxx

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eprosima::fastdds::dds::DomainParticipant* participant_; eprosima::fastdds::dds::Subscriber* subscriber_; eprosima::fastdds::dds::Topic* topic_; eprosima::fastdds::dds::DataReader* reader_; eprosima::fastdds::dds::TypeSupport type_; DomainParticipant：充当所有其他实体对象的容器，并充当发布者、订阅者和主题对象的工厂。Subscriber：是负责创建 DataReader 的对象。DataReader：它是负责实际接收数据的对象。TypeSupport：为participant提供序列化、反序列化和获取特定数据类型的key的函数。发布消息步骤：创建要发布数据的 idl ，并通过 fast-gen 生成对应的数据结构，并生成该数据结构序列化的类通过 DomainParticipantFactory 创建 participant ，参数为 domain id 和 qos将 participant 注册到 type ，该类型提供 helloworld 的序列化支持通过 participant 创建 publisher ，用于发布数据PubListener 继承于 DataWriterListener ，用于给发布者注册消息通知函数。DDS 通过服务发现，将消息最终给到应用publisher 创建 writer ，用于最终的消息发布在线安装 & 调试

机器人开发–Fast DDS

源码编译 & 调试

FastDDS 编译（x86、arm）

零拷贝问题

机器人开发–DDS数据分发服务

参考

1、机器人开发–Fast DDS 2、OMG–IDL（Interface Definition Language） 3、FastDDS 示例介绍 4、FastDDS 编译（x86、arm） 5、序列化与反序列化深入理解 6、OMG–RTPS（Real Time Publish Subscribe Protocol） 7、机器人开发–DDS数据分发服务 8、OMG–DDS（Data Distribution Service）

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