모듈 ara::rds — Raw Data Streams

어댑티브 클러스터 Raw Data Stream(RDS)은 서비스 지향 직렬화 오버헤드를 우회하여 비구조화된 데이터 스트림 및 시간 결정적인 센서 및 멀티미디어 데이터를 지연 및 처리량 최적화 방식으로 전송하는 데 사용됩니다 AUTOSAR_AP_EXP_SWArchitecture 74쪽. 이는 IP 기반 점대점 바이트 스트림(TCP/UDP) 및 IEEE 1722 AVTP 표준에 따른 계층 2 스트리밍을 위한 C++ API를 제공합니다 [SWS_RDS_10482], [SWS_RDS_90312]. 두 통신 방식 모두 엄격하게 정적 팩토리 메서드를 통해 동작하며 플랫폼 전반의 Result 구조를 통해 자원 효율적으로 오류를 보고합니다 [SWS_RDS_12367].

자세히 ›

기능 클러스터 Raw Data Stream(RDS)은 AUTOSAR Adaptive Platform을 위해 포맷되지 않은 바이트 스트림 및 시간 결정적인 센서 데이터를 전송하는 고성능 인터페이스를 제공합니다 AUTOSAR_AP_EXP_SWArchitecture 73쪽. RDS는 POSIX 네트워크 소켓 및 계층 2 Ethernet 인터페이스를 직접 추상화함으로써 표준 서비스 지향 통신(ara::com)의 복잡한 직렬화를 우회합니다 AUTOSAR_AP_EXP_SWArchitecture 74쪽.

TCP 또는 UDP를 통한 IP 기반 바이트 스트림의 경우 애플리케이션은 RawDataStreamClient 및 RawDataStreamServer 클래스를 사용하며, 이 클래스들은 정적 Create 메서드를 통해 모델링된 포트에 바인딩됩니다 [SWS_RDS_10482], [SWS_RDS_11312]. Connect 또는 WaitForConnection을(를) 통한 연결 수립 후, 불필요한 메모리 복사 없이 std::unique_ptr<ara::core::Byte[]>을(를) 사용하여 ReadData 및 WriteData을(를) 통해 데이터가 교환됩니다 [SWS_RDS_10486], [SWS_RDS_10487], [SWS_RDS_11301].

시퀀스 다이어그램: IP 기반 Raw Data Stream에서의 연결 수립, 데이터 교환 및 종료. 출처: [SWS_RDS_10482], [SWS_RDS_10484], [SWS_RDS_10486], [SWS_RDS_11312], [SWS_RDS_11318], [SWS_RDS_11322]

카메라 또는 오디오 소스의 결정론적 실시간 데이터 스트림을 위해 RDS는 IEEE1722RawDataStreamProducer 및 IEEE1722RawDataStreamConsumer과(와) 같은 IEEE 1722(AVTP) 준수 클래스를 구현합니다 [SWS_RDS_90312], [SWS_RDS_90323]. 이때 RVF(비디오), AAF(오디오), CRF(클록 레퍼런스)와 같은 특정 하위 유형 클래스는 표준 준수 프레임 헤더와 페이로드를 캡슐화합니다 [SWS_RDS_90262], [SWS_RDS_90276], [SWS_RDS_90295].

오류는 C++ 예외 없이 플랫폼 준수 방식으로 ara::core::Result 및 특정 오류 코드(RdsErrc)를 갖는 오류 도메인 RdsErrorDomain을(를) 통해 신호화됩니다 [SWS_RDS_11298], [SWS_RDS_12367]. AUTOSAR 매니페스트에서 인터페이스 정의는 RawDataStreamClientMapping 및 RawDataStreamServerMapping을(를) 통해 Ethernet 엔드포인트에 매끄럽게 바인딩됩니다 AUTOSAR_AP_TPS_ManifestSpecification 851쪽.

자세히 ›

아키텍처 분류 및 시스템 경계

AUTOSAR Adaptive Platform의 기능 클러스터 Raw Data Stream(RDS)은 비구조화되거나 실시간에 민감한 데이터 스트림의 고성능 전송을 위한 표준화된 애플리케이션 프로그래밍 인터페이스(API)를 제공합니다 AUTOSAR_AP_EXP_SWArchitecture 73쪽. ServiceInterface(예: SOME/IP 또는 DDS)를 통한 강타입 서비스 지향 통신과 달리, RDS는 ara::com의 직렬화 및 프로토콜 오버헤드를 완전히 우회합니다 AUTOSAR_AP_EXP_SWArchitecture 74쪽. 이를 통해 비디오 카메라, 레이더, LiDAR 센서 또는 오디오 시스템과 같은 광대역 센서를 Adaptive Applications에 실시간으로 처리량 최적화하여 직접 연결할 수 있습니다 AUTOSAR_AP_EXP_SWArchitecture 61쪽.

아키텍처 관점에서 이 모듈은 두 가지 기본적인 통신 축으로 나뉩니다. 첫째는 POSIX 소켓 캡슐화 및 선택적 TLS/IPsec 보안을 적용하여 TCP 또는 UDP와 같은 전송 프로토콜을 통해 이루어지는 IP 기반 바이트 스트림 전송입니다 AUTOSAR_SWS_CommunicationManagement 58쪽. 둘째는 Ethernet 및 TSN(Time-Sensitive Networking) 네트워크를 통한 IEEE 1722(Audio Video Transport Protocol, AVTP) 기반 계층 2 스트리밍 전용 하위 시스템을 제공합니다 AUTOSAR_AP_EXP_SWArchitecture 74쪽. 두 통신 방식 모두 시스템 고유의 네트워크 및 버퍼 구조를 ara::rds 네임스페이스의 일관된 C++ 클래스 뒤로 추상화합니다 AUTOSAR_AP_SWS_RawDataStream 39쪽.

인스턴스화 및 연결 관리

RDS에서 통신 엔드포인트 생성은 엄격하게 모델링된 포트 인스턴스에 바인딩된 정적 팩토리 메서드를 통해 수행됩니다 [SWS_RDS_10482]. IP 기반 바이트 스트림의 경우 ara::rds::RawDataStreamClient 및 ara::rds::RawDataStreamServer 클래스가 개시자(Initiator)와 리스너(Listener)의 역할을 캡슐화합니다 AUTOSAR_AP_EXP_SWArchitecture 73쪽. 팩토리 RawDataStreamClient::Create은(는) ara::core::InstanceSpecifier을(를) 통해 매니페스트에 정의된 포트에 대한 클라이언트 엔드포인트를 스레드 안전하게 인스턴스화합니다 [SWS_RDS_10482]. 마찬가지로 RawDataStreamServer::Create은(는) 연관된 서버 엔드포인트 인스턴스를 생성합니다 [SWS_RDS_11312]. 두 클래스 모두 복사 생성자와 복사 대입을 금지하지만, 명확한 리소스 소유권을 위해 이동 시맨틱을 명시적으로 지원합니다 [SWS_RDS_11303], [SWS_RDS_11305], [SWS_RDS_11316], [SWS_RDS_11314].

성공적으로 초기화된 후 서버는 WaitForConnection을(를) 통해 인바운드 연결을 블로킹 방식으로 또는 지정된 타임아웃과 함께 대기합니다 [SWS_RDS_11318], [SWS_RDS_11319]. 클라이언트는 Connect을(를) 사용하여 무제한으로 또는 밀리초 단위의 시간 범위 내에서 연결을 능동적으로 수립합니다 [SWS_RDS_10484], [SWS_RDS_11307]. 활성 세션의 종료는 Shutdown 호출을 통해 결정론적으로 수행되거나 [SWS_RDS_10485], [SWS_RDS_11320], 아직 열려 있는 연결을 자동으로 닫고 해제하는 소멸자 호출의 일환으로 암시적으로 수행됩니다 [SWS_RDS_10483], [SWS_RDS_11313].

시퀀스 다이어그램: RawDataStreamClient와 RawDataStreamServer 간의 연결 수립, 양방향 데이터 교환 및 종료. 출처: [SWS_RDS_10482], [SWS_RDS_10484], [SWS_RDS_10486], [SWS_RDS_10487], [SWS_RDS_11312], [SWS_RDS_11318], [SWS_RDS_11322], [SWS_RDS_11324], AUTOSAR_AP_SWS_RawDataStream 10쪽, AUTOSAR_AP_EXP_SWArchitecture 204쪽, AUTOSAR_AP_EXP_SWArchitecture 222쪽

상태 다이어그램: Raw Data Stream 연결의 라이프사이클. 출처: [SWS_RDS_10482], [SWS_RDS_10484], [SWS_RDS_10485], [SWS_RDS_10486], [SWS_RDS_10487], [SWS_RDS_11318], [SWS_RDS_11320]

소켓을 통한 비구조화된 IP 데이터 교환

IP 연결을 위한 데이터 전송은 양방향으로 설계되었으며, 선택적 타임아웃 모니터링이 포함된 동기식 처리 가능 연산을 통해 수행됩니다 [SWS_RDS_10486], [SWS_RDS_11309]. 수신 측에서는 ReadData 연산이 ara::rds::ReadDataResult 유형의 데이터 구조를 반환합니다 [SWS_RDS_10486], [SWS_RDS_11322]. 이 구조는 읽어온 바이너리 데이터를 스마트 포인터 data(std::unique_ptr<ara::core::Byte[]>) 형태로 캡슐화하고 numberOfBytes 필드를 통해 실제로 수신된 바이트 수를 나타냅니다 [SWS_RDS_11301], [SWS_RDS_11302]. 이러한 버퍼 소유권 이전을 통해 불필요한 메모리 복사가 방지됩니다.

바이너리 데이터를 송신하기 위해 애플리케이션은 바이트 버퍼를 std::unique_ptr<ara::core::Byte[]>을(를) 통한 이동 시맨틱으로 전달하고 WriteData에서 최대 길이 maxLength을(를) 지정합니다 [SWS_RDS_10487], [SWS_RDS_11324]. 지연 시간에 민감하거나 블로킹 위험이 있는 네트워크 경로의 경우, 명시적인 밀리초 단위 타임아웃 지정이 가능한 ReadData 및 WriteData의 오버로드된 변형을 사용할 수 있습니다 [SWS_RDS_11310], [SWS_RDS_11323], [SWS_RDS_11325]. 이를 통해 응답하지 않는 상대 노드나 정체된 네트워크 버퍼를 결정론적으로 처리할 수 있습니다 AUTOSAR_AP_EXP_InterfacesGuidelines 41쪽.

IEEE 1722(AVTP)를 활용한 실시간 근접 스트리밍

결정론적이고 등시적인 멀티미디어 및 센서 스트림을 위해 RDS는 IEEE 1722 기반의 컨슈머 및 프로듀서를 위한 특화된 템플릿 클래스를 제공합니다 [SWS_RDS_90312], [SWS_RDS_90323]. ara::rds::IEEE1722RawDataStreamConsumer<T> 클래스는 데이터 싱크 역할을 하며 Create을(를) 통해 인스턴스화됩니다 [SWS_RDS_90312]. 이는 Connect을(를) 통해 할당된 스트림에 바인딩되어(멀티캐스트 MAC, VLAN 및 스트림 ID 필터링 적용) AUTOSAR_AP_EXP_SWArchitecture 203쪽, 이후 ReadData을(를) 통해 최대 maxNumberOfDatagrams개의 구조화된 데이터그램을 std::vector<T>(으)로 읽어냅니다 [SWS_RDS_90319], [SWS_RDS_90321]. 마찬가지로 ara::rds::IEEE1722RawDataStreamProducer<T>은(는) WriteData(std::vector<T>)을(를) 통한 AVTP 프레임의 생성 및 송신을 담당합니다 [SWS_RDS_90323], [SWS_RDS_90330], [SWS_RDS_90332].

데이터그램 유형은 표준화된 객체 지향 상속 계층을 형성합니다 AUTOSAR_AP_SWS_RawDataStream 39쪽. 모든 프레임의 기반은 페이로드 필드 data 및 길이 정보 stream_data_length을(를) 갖는 IEEE1722Datagram입니다 [SWS_RDS_90226], [SWS_RDS_90227], [SWS_RDS_90228]. 여기서 파생된 IEEE1722DatagramAVTPDUCommonHeaderFields은(는) avtpStreamDataSubtype, headerSpecific 및 프로토콜 version과(와) 같은 일반 헤더 정보를 캡슐화하며 [SWS_RDS_90230], [SWS_RDS_90231], [SWS_RDS_90232], 그 뒤를 이어 타임스탬프(avtp_timestamp), 스트림 식별(unique_id, mac_address) 및 패킷 시퀀스 번호(sequenceNum)를 갖는 IEEE1722DatagramAVTPDUCommonStreamHeaderFields이(가) 이어집니다 [SWS_RDS_90235], [SWS_RDS_90237], [SWS_RDS_90240].

이 공통 기반 위에 구체적인 하위 유형 특화 클래스들이 구현됩니다:\n픽셀 매개변수, 프레임 레이트 및 라인 정보를 포함하는 로우 비디오 데이터를 위한 IEEE1722DatagramRVF(pixel_format, pixel_depth, frame_rate, colorspace, total_lines) [SWS_RDS_90276], [SWS_RDS_90278], [SWS_RDS_90285], [SWS_RDS_90286], [SWS_RDS_90287];\nPCM 또는 AES3과 같은 오디오 포맷을 위한 IEEE1722DatagramAAF(channels_per_frame, bit_depth, aes3_data_type_h) [SWS_RDS_90262], [SWS_RDS_90266], [SWS_RDS_90267], [SWS_RDS_90270];\nTSN을 통한 클록 동기화 및 클록 전송을 위한 IEEE1722DatagramCRF(base_frequency, timestamp_interval, pull) [SWS_RDS_90295], [SWS_RDS_90297], [SWS_RDS_90302], [SWS_RDS_90303];\n산업용 카메라 전송을 위한 IEEE1722Datagram61883_IIDC [SWS_RDS_90245], [SWS_RDS_90260] 및 비시간 결정적 제어 포맷을 위한 IEEE1722DatagramNTSCF [SWS_RDS_90306], [SWS_RDS_90310].

시퀀스 다이어그램: IEEE 1722 오디오/비디오 스트리밍을 위한 상호작용 주기(Producer 및 Consumer). 출처: [SWS_RDS_90312], [SWS_RDS_90319], [SWS_RDS_90320], [SWS_RDS_90321], [SWS_RDS_90323], [SWS_RDS_90330], [SWS_RDS_90331], [SWS_RDS_90332], AUTOSAR_AP_EXP_SWArchitecture 203쪽, AUTOSAR_AP_EXP_SWArchitecture 221쪽

클래스 다이어그램: ara::rds 하위 시스템 내 IEEE 1722 데이터그램 상속 계층 구조. 출처: [SWS_RDS_90226], [SWS_RDS_90230], [SWS_RDS_90235], [SWS_RDS_90245], [SWS_RDS_90262], [SWS_RDS_90276], [SWS_RDS_90295], [SWS_RDS_90306], AUTOSAR_AP_SWS_RawDataStream 39쪽

메타모델링 및 매니페스트 배포

AUTOSAR 매니페스트 메타모델에서는 애플리케이션 설계와 플랫폼 고유 배포(Deployment) 간의 분리가 유지됩니다 AUTOSAR_AP_TPS_ManifestSpecification 254쪽. 추상 기본 엘리먼트 AbstractRawDataStreamInterface은(는) PortInterface을(를) 특화하며 구체적인 인터페이스 RawDataStreamClientInterface 및 RawDataStreamServerInterface(으)로 분기됩니다 AUTOSAR_AP_TPS_ManifestSpecification 254쪽. 배포 계층에서는 EthernetRawDataStreamClientMapping 또는 EthernetRawDataStreamServerMapping이(가) 소프트웨어 포트를 ApApplicationEndpoint, IP 주소 및 포트 번호와 같은 물리적 통신 엔드포인트와 연결합니다 AUTOSAR_AP_TPS_ManifestSpecification 851쪽, TPS_ManifestSpecification 850쪽.

매니페스트는 시스템 토폴로지를 위한 유연한 통합 시나리오를 허용합니다. 즉, 동일한 ARXML 설계 내에서 클라이언트와 서버가 연결된 완전 공식화된 AUTOSAR 모델 AUTOSAR_TPS_ManifestSpecification 656쪽뿐만 아니라 비대칭 구성도 지원합니다. 이러한 비대칭 시나리오에서는 클라이언트 또는 서버 중 하나만 모델에 모델링되고, 각각의 상대 노드는 remoteServerConfig 또는 remoteClientConfig과(와) 같은 정적 자격 증명을 통해 연결됩니다 AUTOSAR_TPS_ManifestSpecification 660쪽, AUTOSAR_TPS_ManifestSpecification 661쪽. AVTP 스트림의 경우 EthernetMacRawDataStreamMapping은(는) 시스템 템플릿 정의 IEEE1722TpConnection, IEEE1722TpAvConnection, IEEE1722TpAafConnection 및 IEEE1722TpRvfConnection에 대응하여 포트와 프로세스를 MAC 엔드포인트 및 VLAN 우선순위에 직접 바인딩합니다 AUTOSAR_AP_TPS_ManifestSpecification 854쪽 AUTOSAR_CP_TPS_SystemTemplate 705쪽, AUTOSAR_CP_TPS_SystemTemplate 708쪽, AUTOSAR_CP_TPS_SystemTemplate 716쪽.

컨텍스트 다이어그램: 포트 인터페이스, 매핑 및 전송 배포 간의 AUTOSAR 메타모델 관계. 출처: [SWS_RDS_10482], [SWS_RDS_11312], AUTOSAR_AP_TPS_ManifestSpecification 254쪽, AUTOSAR_AP_TPS_ManifestSpecification 851쪽, TPS_ManifestSpecification 850쪽

오류가 발생한 경우의 동작

RDS의 오류 처리는 ara::core::Result 및 ara::core::ErrorCode을(를) 통한 AUTOSAR Adaptive Platform의 오류 평가 접근 방식을 따릅니다 [SWS_RDS_10484], [SWS_RDS_11299]. 잠재적으로 실패할 수 있는 모든 API 메서드(Create, Connect, WaitForConnection, ReadData, WriteData 포함)는 noexcept(으)로 선언되며 반환 유형 ara::core::Result을(를) 통해 오류 코드를 보고합니다 [SWS_RDS_10482], [SWS_RDS_10484], [SWS_RDS_11318]. 모듈 고유의 오류 상태는 열거형 ara::rds::RdsErrc에서 관리되며 [SWS_RDS_12367], 이는 타입 별칭 ara::rds::RdsErrorDomain::Errc을(를) 통해 참조될 수 있습니다 [SWS_RDS_11326].

이를 위해 모듈은 오류 도메인 RdsErrorDomain을(를) 정의하며, 해당 인스턴스는 GetRdsErrorDomain()을(를) 통해 검색됩니다 [SWS_RDS_11298]. RdsErrorDomain의 기본 생성자는 명시적으로 삭제(deleted)되어 있습니다 [SWS_RDS_11294]. 오류 설명과 도메인 이름은 가상 메서드 Message(CodeType) 및 Name()을(를) 통해 읽어올 수 있습니다 [SWS_RDS_11295], [SWS_RDS_11296]. 팩토리 함수 MakeErrorCode은(는) RdsErrc 코드 및 부가 데이터로부터 타입화된 오류 객체를 생성할 수 있게 합니다 [SWS_RDS_11299]. C++ 예외가 활성화된 환경을 위해 모듈은 RdsErrorDomain::ThrowAsException을(를) 통해 발생시킬 수 있는 예외 ara::rds::RdsException을(를) 제공합니다 [SWS_RDS_11292], [SWS_RDS_11327] [SWS_RDS_11297].

더 자세한 증거

RDS의 아키텍처 및 인터페이스는 AUTOSAR의 핵심 사양 문서에 명시되어 있습니다. IP 기반 스트림 및 오류 메커니즘을 위한 C++ 인터페이스의 기능적 정의는 AUTOSAR_AP_SWS_RawDataStream에 기반합니다 [SWS_RDS_10482], [SWS_RDS_11312], [SWS_RDS_12367]. IEEE 1722 스트리밍을 위한 아키텍처 모델, 클래스 설계 및 시퀀스 시나리오는 AUTOSAR_AP_EXP_SWArchitecture에 문서화되어 있습니다 AUTOSAR_AP_EXP_SWArchitecture 74쪽, AUTOSAR_AP_EXP_SWArchitecture 203쪽, AUTOSAR_AP_EXP_SWArchitecture 221쪽. 인터페이스 및 배포의 정형 모델링은 AUTOSAR_AP_TPS_ManifestSpecification AUTOSAR_AP_TPS_ManifestSpecification 254쪽, AUTOSAR_AP_TPS_ManifestSpecification 851쪽 및 AUTOSAR_CP_TPS_SystemTemplate AUTOSAR_CP_TPS_SystemTemplate 705쪽의 Ethernet 전송 연결을 위한 기본 시스템 템플릿을 통해 이루어집니다.