module ara::rds — Raw Data Streams

Het adaptieve cluster Raw Data Stream (RDS) dient voor de latentie- en doorvoergeoptimaliseerde overdracht van ongestructureerde datastromen en tijdkritieke sensor- en multimediagegevens met omzeiling van servicegeoriënteerde serialisatie-overheads AUTOSAR_AP_EXP_SWArchitecture p. 74. Het stelt C++-API's beschikbaar voor IP-gebaseerde point-to-point bytestromen (TCP/UDP) en voor Layer-2-streaming conform de AVTP-standaard IEEE 1722 [SWS_RDS_10482], [SWS_RDS_90312]. Beide communicatievormen werken strikt via statische factory-methoden en melden fouten middels het platformbrede Result-construct op een manier die resources spaart [SWS_RDS_12367].

meer ›

Het functionele cluster Raw Data Stream (RDS) stelt uiterst performante interfaces beschikbaar voor de overdracht van ongeformatteerde bytestromen en tijdkritieke sensorgegevens voor het AUTOSAR Adaptive Platform AUTOSAR_AP_EXP_SWArchitecture p. 73. Door de directe abstractie van POSIX-netwerksockets en Layer-2-Ethernetinterfaces omzeilt RDS de bewerkelijke serialisatie van de standaard servicegeoriënteerde communicatie (ara::com) AUTOSAR_AP_EXP_SWArchitecture p. 74.

Voor IP-gebaseerde bytestromen via TCP of UDP gebruiken applicaties de klassen RawDataStreamClient en RawDataStreamServer, die via statische Create-methoden aan gemodelleerde poorten worden gebonden [SWS_RDS_10482], [SWS_RDS_11312]. Na verbindingsopbouw via Connect resp. WaitForConnection worden gegevenshoeveelheden zonder overbodige geheugenkopieën met behulp van std::unique_ptr<ara::core::Byte[]> via ReadData en WriteData uitgewisseld [SWS_RDS_10486], [SWS_RDS_10487], [SWS_RDS_11301].

Volgordediagram: Verbindingsopbouw, gegevensuitwisseling en beëindiging bij IP-gebaseerde Raw Data Streams. Bronnen: [SWS_RDS_10482], [SWS_RDS_10484], [SWS_RDS_10486], [SWS_RDS_11312], [SWS_RDS_11318], [SWS_RDS_11322]

Voor deterministische realtime datastromen van camera's of audiobronnen implementeert RDS klassen volgens IEEE 1722 (AVTP) zoals IEEE1722RawDataStreamProducer en IEEE1722RawDataStreamConsumer [SWS_RDS_90312], [SWS_RDS_90323]. Specifieke subtypeklassen zoals RVF (video), AAF (audio) en CRF (klokreferentie) kapselen hierbij standaardconforme frame-headers en payload in [SWS_RDS_90262], [SWS_RDS_90276], [SWS_RDS_90295].

Fouten worden platformconform zonder C++-exceptions gesignaleerd via ara::core::Result en het foutdomein RdsErrorDomain met specifieke foutcodes (RdsErrc) [SWS_RDS_11298], [SWS_RDS_12367]. In het AUTOSAR-manifest wordt de interfacedefinitie via RawDataStreamClientMapping en RawDataStreamServerMapping naadloos gekoppeld aan Ethernet-eindpunten AUTOSAR_AP_TPS_ManifestSpecification p. 851.

meer ›

Architecturale classificatie en systeemgrenzen

Het functionele cluster Raw Data Stream (RDS) van het AUTOSAR Adaptive Platform stelt gestandaardiseerde application programming interfaces (API's) beschikbaar voor de hoogperformante overdracht van ongestructureerde of realtimekritieke datastromen AUTOSAR_AP_EXP_SWArchitecture p. 73. In tegenstelling tot de sterk getypeerde, servicegeoriënteerde communicatie via ServiceInterfaces (zoals SOME/IP of DDS) omzeilt RDS de serialisatie- en protocol-overhead van ara::com volledig AUTOSAR_AP_EXP_SWArchitecture p. 74. Dit maakt de realtime-geschikte en qua doorvoer geoptimaliseerde koppeling van breedbandige sensoren zoals videocamera's, radar-, LiDAR-sensoren of audiosystemen rechtstreeks met Adaptive Applications mogelijk AUTOSAR_AP_EXP_SWArchitecture p. 61.

Architecturaal valt de module uiteen in twee fundamentele communicatiepijlers: enerzijds de IP-gebaseerde bytestroomoverdracht via transportprotocollen zoals TCP of UDP onder inkapseling van POSIX-sockets en optionele TLS-/IPsec-beveiliging AUTOSAR_SWS_CommunicationManagement p. 58. Anderzijds biedt de module een gespecialiseerd subsysteem voor Layer-2-streaming volgens IEEE 1722 (Audio Video Transport Protocol, AVTP) over Ethernet- en Time-Sensitive Networking (TSN)-netwerken AUTOSAR_AP_EXP_SWArchitecture p. 74. Beide communicatievormen abstraheren systeemspecifieke netwerk- en bufferstructuren achter uniforme C++-klassen in de namespace ara::rds AUTOSAR_AP_SWS_RawDataStream p. 39.

Instantiëring en verbindingsbeheer

De aanmaak van communicatie-eindpunten geschiedt bij RDS strikt via statische factory-methoden die gebonden zijn aan gemodelleerde poortinstanties [SWS_RDS_10482]. Voor IP-gebaseerde bytestromen kapselen de klassen ara::rds::RawDataStreamClient en ara::rds::RawDataStreamServer de rollen van initiator en listener in AUTOSAR_AP_EXP_SWArchitecture p. 73. De factory RawDataStreamClient::Create instantieert een client-eindpunt voor een in het manifest gedefinieerde poort thread-veilig via een ara::core::InstanceSpecifier [SWS_RDS_10482]. Analoog creëert RawDataStreamServer::Create de bijbehorende server-eindpuntinstantie [SWS_RDS_11312]. Beide klassen verbieden copy-constructors en copy-toekenningen, maar ondersteunen expliciet move-semantiek voor een eenduidig resource-eigenaarschap [SWS_RDS_11303], [SWS_RDS_11305], [SWS_RDS_11316], [SWS_RDS_11314].

Na succesvolle initialisatie wacht de server via WaitForConnection blokkerend of met een gespecificeerde time-out op inkomende verbindingen [SWS_RDS_11318], [SWS_RDS_11319]. De client bouwt zijnerzijds de verbinding actief op door middel van Connect, naar keuze onbeperkt of binnen een tijdsspanne in milliseconden [SWS_RDS_10484], [SWS_RDS_11307]. Het beëindigen van een actieve sessie geschiedt hetzij deterministisch door de aanroep van Shutdown [SWS_RDS_10485], [SWS_RDS_11320] hetzij impliciet in het kader van de destructor-aanroep, die een nog openstaande verbinding automatisch sluit en vrijgeeft [SWS_RDS_10483], [SWS_RDS_11313].

Volgordediagram: Verbindingsopbouw, bidirectionele gegevensuitwisseling en beëindiging tussen RawDataStreamClient en RawDataStreamServer. Bronnen: [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 p. 10, AUTOSAR_AP_EXP_SWArchitecture p. 204, AUTOSAR_AP_EXP_SWArchitecture p. 222

Toestandsdiagram: Levenscyclus van een Raw Data Stream-verbinding. Bronnen: [SWS_RDS_10482], [SWS_RDS_10484], [SWS_RDS_10485], [SWS_RDS_10486], [SWS_RDS_10487], [SWS_RDS_11318], [SWS_RDS_11320]

Ongestructureerde IP-gegevensuitwisseling via sockets

De gegevensoverdracht voor IP-verbindingen is bidirectioneel ontworpen en vindt plaats via synchroon afhandelbare operaties met optionele time-outbewaking [SWS_RDS_10486], [SWS_RDS_11309]. Aan de ontvangerszijde retourneert de operatie ReadData een datastructuur van het type ara::rds::ReadDataResult [SWS_RDS_10486], [SWS_RDS_11322]. Deze structuur kapselt de gelezen binaire gegevens in in de vorm van een smart pointer data (std::unique_ptr<ara::core::Byte[]>) en geeft via het veld numberOfBytes het werkelijke aantal ontvangen bytes aan [SWS_RDS_11301], [SWS_RDS_11302]. Door deze overdracht van buffereigendom worden onnodige geheugenkopieën vermeden.

Voor het verzenden van binaire gegevens dragen applicaties de bytebuffer eveneens over via move-semantiek met behulp van een std::unique_ptr<ara::core::Byte[]> en specificeren zij de maximale lengte maxLength in WriteData [SWS_RDS_10487], [SWS_RDS_11324]. Bij latentiekritieke netwerkpaden of paden met risico op blokkering zijn er overbelaste varianten van ReadData en WriteData met expliciete time-outopgave in milliseconden beschikbaar [SWS_RDS_11310], [SWS_RDS_11323], [SWS_RDS_11325]. Hiermee kunnen niet-reagerende tegenpartijen of haperende netwerkbuffers deterministisch worden opgevangen AUTOSAR_AP_EXP_InterfacesGuidelines p. 41.

Near-realtime streaming met IEEE 1722 (AVTP)

Voor deterministische, isochrone multimedia- en sensorstromen stelt RDS gespecialiseerde templateklassen voor consumenten en producenten conform IEEE 1722 beschikbaar [SWS_RDS_90312], [SWS_RDS_90323]. De klasse ara::rds::IEEE1722RawDataStreamConsumer<T> fungeert als datasink en wordt via Create geïnstantieerd [SWS_RDS_90312]. Middels Connect bindt deze zich aan de toegewezen stream (onder filtering van multicast-MAC, VLAN en stream-ID) AUTOSAR_AP_EXP_SWArchitecture p. 203, om aansluitend via ReadData tot maxNumberOfDatagrams gestructureerde datagrammen als std::vector<T> uit te lezen [SWS_RDS_90319], [SWS_RDS_90321]. Analoog neemt ara::rds::IEEE1722RawDataStreamProducer<T> het genereren en verzenden van AVTP-frames via WriteData(std::vector<T>) voor zijn rekening [SWS_RDS_90323], [SWS_RDS_90330], [SWS_RDS_90332].

De datagramtypen vormen een gestandaardiseerde objectgeoriënteerde overervingshiërarchie AUTOSAR_AP_SWS_RawDataStream p. 39. De basis van alle frames is IEEE1722Datagram met payloadveld data en lengteaanduiding stream_data_length [SWS_RDS_90226], [SWS_RDS_90227], [SWS_RDS_90228]. Daarvan afgeleid kapselt IEEE1722DatagramAVTPDUCommonHeaderFields algemene headerinformatie in zoals avtpStreamDataSubtype, headerSpecific en protocol-version [SWS_RDS_90230], [SWS_RDS_90231], [SWS_RDS_90232], gevolgd door IEEE1722DatagramAVTPDUCommonStreamHeaderFields met tijdstempels (avtp_timestamp), streamidentificatie (unique_id, mac_address) en pakketvolgnummers (sequenceNum) [SWS_RDS_90235], [SWS_RDS_90237], [SWS_RDS_90240].

Op deze gemeenschappelijke basis bouwen concrete subtype-specialisaties voort: IEEE1722DatagramRVF voor ruwe videogegevens met pixelparameters, beeldsnelheid en regel-informatie (pixel_format, pixel_depth, frame_rate, colorspace, total_lines) [SWS_RDS_90276], [SWS_RDS_90278], [SWS_RDS_90285], [SWS_RDS_90286], [SWS_RDS_90287]; IEEE1722DatagramAAF voor audioformaten zoals PCM of AES3 (channels_per_frame, bit_depth, aes3_data_type_h) [SWS_RDS_90262], [SWS_RDS_90266], [SWS_RDS_90267], [SWS_RDS_90270]; IEEE1722DatagramCRF voor kloksynchronisatie en klokoverdracht via TSN (base_frequency, timestamp_interval, pull) [SWS_RDS_90295], [SWS_RDS_90297], [SWS_RDS_90302], [SWS_RDS_90303]; alsmede IEEE1722Datagram61883_IIDC voor industrieel cameramateriaaltransport [SWS_RDS_90245], [SWS_RDS_90260] en IEEE1722DatagramNTSCF voor niet-tijdskritieke besturingsformaten [SWS_RDS_90306], [SWS_RDS_90310].

Sequentiediagram: Interactiecyclus voor IEEE 1722 audio/video-streaming (producer en consumer). Bronnen: [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 p. 203, AUTOSAR_AP_EXP_SWArchitecture p. 221

Klassendiagram: Overervingshiërarchie van de IEEE 1722-datagrammen in het subsysteem ara::rds. Bronnen: [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 p. 39

Metamodellering en manifest-deployment

In het AUTOSAR-manifest-metamodel wordt de scheiding tussen applicatieontwerp en platformspecifieke deployment gewaarborgd AUTOSAR_AP_TPS_ManifestSpecification p. 254. Het abstracte basiselement AbstractRawDataStreamInterface specialiseert PortInterface en vertakt naar de concrete interfaces RawDataStreamClientInterface en RawDataStreamServerInterface AUTOSAR_AP_TPS_ManifestSpecification p. 254. Op deploymentniveau koppelt een EthernetRawDataStreamClientMapping resp. EthernetRawDataStreamServerMapping de software-ports aan fysieke communicatie-eindpunten zoals ApApplicationEndpoint, IP-adressen en poortnummers AUTOSAR_AP_TPS_ManifestSpecification p. 851, TPS_ManifestSpecification p. 850.

Het manifest maakt flexibele integratiescenario's voor de systeemtopologie mogelijk: zowel volledig geformaliseerde AUTOSAR-modellen, waarbij client en server binnen hetzelfde ARXML-ontwerp gekoppeld zijn AUTOSAR_TPS_ManifestSpecification p. 656, als asymmetrische configuraties. In deze asymmetrische scenario's is hetzij alleen de client, hetzij alleen de server in het model gemodelleerd, terwijl het respectievelijke tegenstation via statische credentials zoals remoteServerConfig of remoteClientConfig wordt aangesloten AUTOSAR_TPS_ManifestSpecification p. 660, AUTOSAR_TPS_ManifestSpecification p. 661. Voor AVTP-stromen bindt de EthernetMacRawDataStreamMapping ports en processen rechtstreeks aan MAC-eindpunten en VLAN-prioriteringen AUTOSAR_AP_TPS_ManifestSpecification p. 854, corresponderend met de systeem-template-definities IEEE1722TpConnection, IEEE1722TpAvConnection, IEEE1722TpAafConnection en IEEE1722TpRvfConnection AUTOSAR_CP_TPS_SystemTemplate p. 705, AUTOSAR_CP_TPS_SystemTemplate p. 708, AUTOSAR_CP_TPS_SystemTemplate p. 716.

Contextdiagram: AUTOSAR-metamodelrelaties tussen port-interface, mapping en transport-deployment. Bronnen: [SWS_RDS_10482], [SWS_RDS_11312], AUTOSAR_AP_TPS_ManifestSpecification p. 254, AUTOSAR_AP_TPS_ManifestSpecification p. 851, TPS_ManifestSpecification p. 850

Gedrag in het foutgeval

De foutafhandeling in RDS volgt de foutevaluerende benadering van het AUTOSAR Adaptive Platform via ara::core::Result en ara::core::ErrorCode [SWS_RDS_10484], [SWS_RDS_11299]. Alle potentieel falende API-methoden – waaronder Create, Connect, WaitForConnection, ReadData en WriteData – zijn gedeclareerd als noexcept en melden foutcodes terug via het retourtype ara::core::Result [SWS_RDS_10482], [SWS_RDS_10484], [SWS_RDS_11318]. De modulespecifieke fouttoestanden worden beheerd in de enumeratie ara::rds::RdsErrc [SWS_RDS_12367], die via de type-alias ara::rds::RdsErrorDomain::Errc kan worden gerefereerd [SWS_RDS_11326].

De module definieert hiervoor het foutdomein RdsErrorDomain, waarvan de instantie via GetRdsErrorDomain() wordt opgevraagd [SWS_RDS_11298]. De standaardconstructie van RdsErrorDomain is expliciet verwijderd [SWS_RDS_11294]. Foutbeschrijvingen en de domeinnaam kunnen via de virtuele methoden Message(CodeType) en Name() worden uitgelezen [SWS_RDS_11295], [SWS_RDS_11296]. De factoryfunctie MakeErrorCode maakt het creëren van getypeerde foutobjecten mogelijk op basis van een RdsErrc-code en aanvullende gegevens [SWS_RDS_11299]. Voor omgevingen waarin C++-excepties zijn ingeschakeld, stelt de module de exceptie ara::rds::RdsException beschikbaar [SWS_RDS_11292], [SWS_RDS_11327], die via RdsErrorDomain::ThrowAsException kan worden gegenereerd [SWS_RDS_11297].

Verdere gedetailleerde bewijzen

De architectuur en de interfaces van RDS zijn verankerd in de centrale specificatiedocumenten van AUTOSAR. De functionele definitie van de C++-interfaces voor IP-gebaseerde streams en foutmechanismen steunt op AUTOSAR_AP_SWS_RawDataStream [SWS_RDS_10482], [SWS_RDS_11312], [SWS_RDS_12367]. De architectuurmodellen, klasse-ontwerpen en sequentiescenario's voor IEEE 1722-streaming zijn gedocumenteerd in AUTOSAR_AP_EXP_SWArchitecture AUTOSAR_AP_EXP_SWArchitecture p. 74, AUTOSAR_AP_EXP_SWArchitecture p. 203, AUTOSAR_AP_EXP_SWArchitecture p. 221. De formele modellering van de interfaces en de deployment vindt plaats via AUTOSAR_AP_TPS_ManifestSpecification AUTOSAR_AP_TPS_ManifestSpecification p. 254, AUTOSAR_AP_TPS_ManifestSpecification p. 851 evenals de onderliggende systeemsjablonen voor Ethernet-transportverbindingen in AUTOSAR_CP_TPS_SystemTemplate AUTOSAR_CP_TPS_SystemTemplate p. 705.