Cyber RT解析与实践

第二章：Cyber RT通信机制解析与实践

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一、Cyber RT 通讯机制简介

1. 话题

我们想要⼀直获取⻋的速度，该需求不需要向发送⽅返回什么消息，也不需要发送⽅对消息进⾏进⼀步处理。所以我们选择了Listener-Talker通信⽅式实现该功能。
Listener-Talker通信⼀⽅主动送消息，⼀⽅被动接收。如图2-1所示，Listener-Talker通信⾸先创建了两个Node，分别是Talker Node和 Listener Node。每个Node实例化Writer类和Reader类对Channel进⾏消息的读写。Writer和Reader通过Topic连接，对同⼀块共享内存（Channel）进⾏读写处理。在这⾥，Talker Node 为了实现其“诉说”的功能，选择实例化Writer，通过Writer来对Channel进⾏消息写操
作。⽽istener Node为了实现其“聆听”功能，选择实例化reader类，通过Reader来对channel进⾏读操作。在这⾥，通信中⽤的的数据格式的定义car message 定义在car.proto中。该通信⽅式适合于持续性通信的应⽤场景，⽐如雷达信号，摄像头图像信息这类数据的传输。

2. 服务

我们想要获得⼩⻋的详细信息，⽐如⻋牌这些，但是⼜不需要⼀直获得该信息，想要在需要知道这些信息的时候请求⼀下就好，于是考虑⽤Server- Client通信实现该功能。如图2-1所示，Server-Client通信可以在客户端发出消息请求时，服务端才进⾏请求回应，并将客户端所需的数据返回给客户端。该通信模式适合临时的消息传输，适⽤于不需要持续性发送数据的场景。其传输的数据定义依然在对应的proto⽂件中。

3. 参数

有⼀些参数⽐如该⻋的最⾼限速，最多乘客以及是否⾃动驾驶等需要被各个模块所使⽤，⽐如是否⾃动驾驶这个参数可能同时影响这很多模块，也可能被很多模块运⾏时所更改。我们希望有⼀个类似于“全局变量”的⽅式来存储这些参数，并定义⼀些⾃定义参数来进⾏使⽤。Cyber中设计了全局参数服务器来实现这个功能，其通信依然基于RTPS协议，如图2-8所示。该通信⽅式服务端和客户端都可以设置参数和更改参数。

二、数据通信基础Protobuf

1. Protobuf 简介

Protobuf是Google公司开发的一种跨语言和平台的序列化数据结构的方式，是一个灵活的、高效的用于序列化数据的协议，与XML和JSON格式相比，Protobuf更小、更快、更便捷。
Protobuf是跨语言的，并且自带一个编译器(protoc)，只需要用protoc进行编译，就可以编译成Java、Python、C++、C#、Go等多种语言代码，然后可以直接使用，不需要再写其它代码，自带有解析的代码。只需要将要被序列化的结构化数据定义一次(在.proto文件定义)，便可以使用特别生成的源代码(使用protobuf提供的生成工具)轻松的使用不同的数据流完成对结构数据的读写操作。甚至可以更新.proto文件中对数据结构的定义而不会破坏依赖旧格式编译出来的程序。
其优点如下：

• 性能效率高：序列化后字节占用空间比XML少3-10倍，序列化的时间效率比XML快20-100倍。
• 使用便捷便捷：将对结构化数据的操作封装成一个类，便于使用。
• 兼容性高：通信两方使用同一数据协议，当有一方修改了数据结构，不会影响另一方的使用。
• 跨语言：支持Java，C++，Python、Go、Ruby等多种语言。

2. Protobuf 创建

为了方便讲解，使用cyber/examples/proto/examples.proto文件来讲解，syntax 表示使用Protobuf的版本，目前Protobuf支持proto3，但在Apollo中使用的是proto2；package 表示该文件的路径；每一个message都表示一种数据结构，message后面跟的是数据结构名字，括号里的字段定义格式为：字段规则 数据类型 字段名称 字段编号。
字段规则主要有三种：

• required：调用时必须提供该字段的值，否则该消息被视为“未初始化”，官方不建议使用，当把字段规则改为其他规则会存在兼容性问题。
• optional：该字段的值可以设置也可以不设置，会根据数据类型生成一个默认的值。
• repeated：类似于动态数组，可以存储多个同类型的数据。

# examples.proto
syntax = "proto2";
package apollo.cyber.examples.proto;
message SamplesTest1 {
  optional string class_name = 1;
  optional string case_name = 2;
};
message Chatter {
  optional uint64 timestamp = 1;
  optional uint64 lidar_timestamp = 2;
  optional uint64 seq = 3;
  optional bytes content = 4;
};
message Driver {
  optional string content = 1;
  optional uint64 msg_id = 2;
  optional uint64 timestamp = 3;
};

3. Protobuf 编译

Protobuf的编译要分为两个步骤，首先要根据.proto文件生成proto库，然后再根据生产的proto库生成C++相关的源文件。这个源文件是C++语言自动编写的，可以被C++程序自动识别。每一个message会被解析生一个类，里面的字段就相当于这个类的属性。在源文件中也会根据属性生成额外的成员，如获取和设置属性的函数。

package(default_visibility = ["//visibility:public"])
#1、生成proto库
proto_library(
    name = "examples_proto",
    srcs = ["examples.proto"],
)
#2、生成源文件
cc_proto_library(
    name = "examples_cc_proto",
    deps = [
        ":examples_proto",
    ],
)

4. Protobuf 案例实战

目的：使用Protobuf来定义数据格式，在main程序中设置数据值并输出。
流程：1、创建目录并编写相关文件；2、编译执行。
内容如下：

创建test功能包结构：

test
|-- test_proto
    |-- BUILD
    |-- car.cc
|-- proto
    |-- BUILD
    |-- car_msg.proto

各个结构内容如下：

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三、Cyber RT 话题通信实践案例

1. Listener 和 Talker通讯原理

2. 通信实现流程讲解

3. 编写C++话题通信实现

4. 运行与测试

5. 编写Python话题通信实现（小练习）

6. 运行与测试

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总结

以上就是今天要讲的内容，本文仅仅简单介绍了apollo talker and listener 的使用，而apollo 提供了大量能使我们快速便捷地处理数据的函数和方法。