什么是序列化與反序列化？

• 序列化是指將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或?qū)ο蟀炊x的規(guī)則轉(zhuǎn)換成二進制串的過程。
• 反序列化是指將二進制串依據(jù)相同規(guī)則重新構(gòu)建成數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或?qū)ο蟮倪^程。

而本質(zhì)就是一種編碼規(guī)范。

在SOME/IP中使用序列化的目的和作用？

• 使數(shù)據(jù)按照固定格式進行編排成為字節(jié)序，實現(xiàn)數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上的傳輸。

7.1 說明

在AUTOSAR中是指數(shù)據(jù)在PDU中的表達(dá)形式，可以理解為來自應(yīng)用層的真實數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成固定格式的字節(jié)序，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上的傳輸。軟件組件將數(shù)據(jù)從應(yīng)用層傳遞到RTE層，在RTE層調(diào)用SOME/IP Transformer，執(zhí)行可配置的數(shù)據(jù)序列化（Serialize）或反序列化（Deserialize）。SOME/IP Serializer將結(jié)構(gòu)體形式的數(shù)據(jù)序列化為線性結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)；SOME/IP Deserializer將線性結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)再反序列化為結(jié)構(gòu)體形式數(shù)據(jù)。在服務(wù)端，數(shù)據(jù)經(jīng)過SOME/IP Serializer序列化后，被傳輸?shù)椒?wù)層的COM模塊；在客戶端，數(shù)據(jù)從COM模塊傳遞到SOME/IP Deserializer反序列化后再進入RTE層。如下圖參考Autosar Com過程。

?7.2 大小端問題

對于一個由2個字節(jié)組成的16位整數(shù)，在內(nèi)存中存儲這兩個字節(jié)有兩種方法：一種是將低序字節(jié)存儲在起始地址，這稱為小端(little-endian)字節(jié)序；另一種方法是將高序字節(jié)存儲在起始地址，這稱為大端(big-endian)字節(jié)序。

假如現(xiàn)有一32位int型數(shù)0x12345678，那么其MSB(Most Significant Byte，最高有效字節(jié))為0x12，其LSB (Least Significant Byte，最低有效字節(jié))為0x78，在CPU內(nèi)存中有兩種存放方式：（假設(shè)從地址0x4000開始存放）

總結(jié)：

1. 大端是高字節(jié)存放到內(nèi)存的低地址
2. 小端是高字節(jié)存放到內(nèi)存的高地址

假如有一個數(shù)據(jù)是0x12345678，直接用memcpy將這個數(shù)copy到下圖中的Length里面來，如果是大端的話，((uint8)Length)[0]就等于0x12；如果是小端的話，就是0x78。

因為對于賦值的方便性來講，大端是網(wǎng)絡(luò)通信中常用的方式（例如TCP/IP），所以SOME/IP格式頭也使用大端。Payload由于是用戶自主定義的內(nèi)容，所以用戶可以自己決定大小端。

7.3 內(nèi)存對齊與填充

SOME/IP協(xié)議通常使用4字節(jié)對齊方式進行數(shù)據(jù)傳輸。這意味著每個字段的長度應(yīng)該是4的倍數(shù)。這種對齊方式的主要目的是提高傳輸效率，因為在很多處理器架構(gòu)中，4字節(jié)對齊是最優(yōu)的方式，可以在內(nèi)存中更快地訪問數(shù)據(jù)。此外，使用4字節(jié)對齊方式還可以確保字段的偏移量是整數(shù)，避免了在解析數(shù)據(jù)時出現(xiàn)未對齊數(shù)據(jù)的問題。

在進行SOME/IP序列化時，對于每個結(jié)構(gòu)體中的字段，需要根據(jù)其數(shù)據(jù)類型和對齊要求計算其對齊偏移量。對于大多數(shù)數(shù)據(jù)類型，SOME/IP協(xié)議都要求其對齊偏移量是4的倍數(shù)。例如，對于一個8字節(jié)的double類型字段，其對齊偏移量應(yīng)該是4的倍數(shù)，即0、4、8、12等。如果字段的大小不是4的倍數(shù)，那么需要在其后添加額外的填充字節(jié)，以便滿足對齊要求。

在某些情況下，為了提高傳輸效率，可能需要使用不同的對齊方式。例如，在某些嵌入式系統(tǒng)中，可能需要使用2字節(jié)對齊或8字節(jié)對齊方式。在這種情況下，SOME/IP協(xié)議可以通過在消息頭中包含對齊方式信息來指定所使用的對齊方式。但是，這需要在消息頭中添加額外的信息，可能會導(dǎo)致消息大小增加，降低傳輸效率。因此，4字節(jié)對齊方式仍然是SOME/IP協(xié)議中最常用的對齊方式。（有些項目實際使用中用的是1字節(jié)對齊，即不對齊。因為1字節(jié)對齊是最簡單的對齊方式，大多編譯器很容易實現(xiàn)；并且采用一字節(jié)對齊，序列化后沒有冗余數(shù)據(jù)，報文的有效負(fù)載段都是有意義的數(shù)據(jù)，所以總體傳輸效率得到了一定提升。）

通過在數(shù)據(jù)后插入填充元素來對齊數(shù)據(jù)的開頭，以確保對齊的數(shù)據(jù)從特定的內(nèi)存地址開始。對于有些處理器架構(gòu)可以更高效地訪問數(shù)據(jù)。

當(dāng)可變元素不是序列化數(shù)據(jù)流中最后一個元素，應(yīng)依據(jù)規(guī)則對可變元素進行位填充來實現(xiàn)數(shù)據(jù)對齊。

填充示例：

示例1.

示例2.

注：數(shù)據(jù)對齊填充應(yīng)盡量以8、16、32、64、128或256長度長度進行。

但是！

對于不同的CPU，數(shù)據(jù)的存放有不同的對齊原則，有8、16、32甚至64位對齊（可以配置）。如果一個數(shù)據(jù)是按照CPU對齊的，那么在反序列化的時候會有一定的性能優(yōu)勢。但是SOME/IP序列化的時候只支持對動態(tài)數(shù)據(jù)類型自動添加填充位（即動態(tài)數(shù)組、動態(tài)字符串）。使用場景比較局限且序列化的時候還會消耗一些性能，還有一種場景是使用一條tcp/udp報文承載多個someip報文的時候，原本對齊的數(shù)據(jù)也可能被破壞。博主感覺比較雞肋，很多時候都默認(rèn)使用8bit對齊（也就是不對齊）。我們也舉個例子簡單講講：

假如我們設(shè)計的服務(wù)接口有兩個參數(shù)，一個是uint8 arr[5]，另一個是uint8 arr2[2]，且假設(shè)兩個數(shù)組都是動態(tài)數(shù)組。動態(tài)數(shù)組都是要加長度域的，以表示后面的數(shù)組的字節(jié)數(shù)，假設(shè)arr使用2bytes的長度域，arr2使用1byte的字節(jié)域。當(dāng)前CPU是4字節(jié)對齊，那么序列化完arr的5個數(shù)據(jù)后，就不能立即序列化arr2。因為arr的長度域+數(shù)據(jù)域一共7bytes，不是4的整數(shù)倍，要填充1byte。而后面的arr2由于是該someip報文的所有元素的末尾元素，雖然其也是動態(tài)數(shù)組，但是不用填充（因為后面沒有數(shù)據(jù)了，不會影響后面數(shù)據(jù)的反序列化性能）。

7.4 都有哪些數(shù)據(jù)類型

拿C語言舉例，能用到的數(shù)據(jù)類型有：

1. 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類型：就是C語言中的保留字能直接使用的類型及其重命名類型。如uint8，short，long和float64等
2. 復(fù)雜數(shù)據(jù)類型：就是C語言中需要通過基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類型進行組合的新類型。如struct，union，array和string等

需要強調(diào)的一點是：string和動態(tài)array這樣的類型在C語言中是不存在的，但是string可以通過array模擬；動態(tài)array也可以通過struct模擬。在CP協(xié)議中，可以識別這些模擬出來的類型，并序列化成string和動態(tài)array。下面列舉一下someip所支持的所有可序列化的數(shù)據(jù)類型。

需要注意的是：

1. someip不支持指針的直接序列化，因為沒有任何意義，通信雙方的內(nèi)容地址和存放的數(shù)據(jù)都是不同的，直接傳地址是去不到對應(yīng)數(shù)據(jù)的。
2. someip支持使用TLV（Tag Length Value）格式傳輸數(shù)據(jù)，需要配置打開，后續(xù)會有一章專門講解。

7.5 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類型序列化（Basic Datatypes）?

本章比較簡單，就是對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類型的序列化規(guī)則，下面詳細(xì)列舉了所有someip支持傳輸?shù)幕A(chǔ)數(shù)據(jù)類型，看懂下面的表就可以了。

還有一點是，大于8bit的數(shù)據(jù)都有大小端問題，7.1章也講過，Payload里的數(shù)據(jù)是支持用戶配置大小端的。所以只要通信雙方協(xié)商一致，就沒有問題。

7.6 序列化：結(jié)構(gòu)體（Struct）?

上一章講解的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類型的序列化說簡單一點就是挨個存放到buffer里，而負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)類型的序列化是有一定規(guī)則的，下面要講解的便是這些規(guī)則。

7.6.1 結(jié)構(gòu)體序列化

結(jié)構(gòu)體是由其他數(shù)據(jù)類型組合成的一個新的數(shù)據(jù)類型。單論結(jié)構(gòu)體自身是沒有任何意義的，也不能攜帶數(shù)據(jù)；只有結(jié)構(gòu)體里面的元素才能存放數(shù)據(jù)。所以最終將結(jié)構(gòu)體序列化后存放到buffer里玩外發(fā)的就是這些元素的值。

結(jié)構(gòu)體也可以嵌套設(shè)計（這是應(yīng)用上常用的方式，甚至可以結(jié)構(gòu)體里有數(shù)組元素，數(shù)組元素的類型又是結(jié)構(gòu)體等方式），總之c語言能定義出來的排列組合的數(shù)據(jù)類型，someip都能支持序列化。

下面是3個結(jié)構(gòu)體嵌套的舉例：

1. struct1里有三個元素，最后一個元素的數(shù)據(jù)類型是struct2
2. struct2里也有三個元素，最后一個元素的數(shù)據(jù)類型是struct3
3. struct3以此類推

嵌套的結(jié)構(gòu)體就形成了一個樹，我們做序列化就是在做遍歷這顆樹，然后存放到buffer中。而someip序列化遍歷都是使用的深度遍歷法，即在一層結(jié)構(gòu)體的各個元素，要先進入元素內(nèi)部遍歷下一層，而不是遍歷到下一個元素。如果按照下圖來說明：

深度遍歷的順序是：aàbàefàd

廣度遍歷的順序是：aàbàdàef

還有一點是上述序列化到buffer中都是連續(xù)的，不能插入一些無用數(shù)據(jù)。

7.6.2 結(jié)構(gòu)體可選長度域

結(jié)構(gòu)體序列化的時候，還可以添加一個長度域，用來表示后面多長是這個結(jié)構(gòu)體的數(shù)據(jù)。這個length可以配置占有0/8/16/32位，且這個length里面的長度值的計算不包含length本身的長度（按byte數(shù)計算）。比如下圖中的length的值就應(yīng)該是24（6*4byte）。

7.7 序列化：字符串（String）

7.7.1 字符串序列化

為了更好的兼容所有平臺，someip規(guī)定對string的定義要基于標(biāo)準(zhǔn)的utf-8/16BE/16LE。

1. utf-8：字符串的單個字符要按照8bit編碼；字符串序列化前面需要有3 bytes的BOM(byte order mark，大家可以理解為一個必要的string格式的標(biāo)識符，具體可以谷歌一下，這里就不細(xì)講了)；字符串必須以\0(0x00，注意這里占用1字節(jié))結(jié)尾
2. utf-16：字符串的單個字符要按照16bit編碼；字符串序列化前面需要有2 bytes的BOM(16BE和16LE的2 bytes的BOM順序剛好相反)；字符串必須以\0(0x0000，占用2字節(jié))結(jié)尾

從utf-16的定義上不難看出，其字節(jié)數(shù)必定是偶數(shù)。一般我們常用的是utf-8，但是如果說要傳輸中文字符串，那必然要選擇utf-16，不過實際應(yīng)用中很少遇到。

7.7.2 靜態(tài)字符串

像c語言這樣的嵌入式語言沒有直接對string類型的定義，一般是通過數(shù)組模擬出來。特別是在嵌入式系統(tǒng)中，一般不允許動態(tài)開辟內(nèi)存，所以都會給string一個長度上限。而在序列化的時候，只會序列化到\0的地方，后面的數(shù)據(jù)就不會繼續(xù)序列化了。

還有值得一提的是，某些車廠仍然將string序列化成array的形式，這種形式不是未來安全所提倡的趨勢，someip中有開關(guān)可以控制，但是大家盡量使用我們講解的標(biāo)準(zhǔn)someip的序列化形式。

7.7.3 動態(tài)字符串

動態(tài)字符串與靜態(tài)最大的區(qū)別是在字符串頭部添加了長度域，該長度域的長度值等于后續(xù)從BOM開始到\0的長度和。動態(tài)字符串的長度域本身默認(rèn)占用4個bytes（如下圖，以utf-8為例），也可以配置成1，2個bytes。在反序列化的時候會校驗length的長度和解析到\0的長度是否一致，如果有偏差會報錯。

實際上動態(tài)字符串和靜態(tài)字符串都可以是動態(tài)的，因為靜態(tài)字符串是按照\0之前的數(shù)據(jù)序列化，長度也是動態(tài)的。只是它們兩個在c語言中的類型定義有所不同：

1. 靜態(tài)string是一個char數(shù)組
2. 動態(tài)string是一個struct，struct里有兩個元素，一個是指示后面有多少個string元素的size indicator，一個是char數(shù)組

需要注意的一點是這里的sizeIndicator是指的后面的string中有多少個元素（如果是utf-16，等于字節(jié)數(shù)除以2）；而最終序列化到buffer中，是指的序列化后的長度，是后面的字節(jié)數(shù)。比如同樣是?“HelloWorld”?這句話，那么：

• utf-8：

sizeIndicator = 11（HelloWorld共10個字符，加上\0，共11個元素）

length = 14（上述11+3bytes的BOM）

• utf-16：

sizeIndicator = 11（HelloWorld共10個字符，加上\0，共11個元素）

length = 24（上述11*2+2bytes的BOM）

?7.8 序列化：數(shù)組（Arrays）

數(shù)組和字符串很類似，都是分為靜態(tài)和動態(tài)兩類，但是在序列化的方式上又有所區(qū)別。

7.8.1 靜態(tài)長度數(shù)組

靜態(tài)數(shù)組的長度是固定的，不像靜態(tài)字符串那樣通過\0來實現(xiàn)變長。且靜態(tài)數(shù)組可以像動態(tài)字符串那樣通過配置添加一個長度域（也可以沒有）。

我們舉一個2維數(shù)組的例子看看實際序列化后的樣子：

可以看到2維數(shù)組有兩類不同的長度域，一種是第1維度的length_all，長度為后續(xù)所有數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)總和16；另一種是第2維度的legnth_0/1，分別代表arr[0]/[1]的長度，都是4。如果后續(xù)還有3維，或者更高維度的數(shù)組，以此類推即可。

7.8.2 動態(tài)長度數(shù)組

動態(tài)長度數(shù)組和靜態(tài)的區(qū)別也是在其數(shù)據(jù)類型的定義上（和string類似），sizeIndicator也是指的元素，length是指長度，這里不再贅述。動態(tài)長度數(shù)組必須要有length域，否則就是靜態(tài)數(shù)組；someip會按照sizeIndicator的大小進行序列化，sizeIndicator沒有覆蓋的數(shù)據(jù)不會被傳輸。序列化后的layout也上面靜態(tài)數(shù)組中的圖長的一樣。

當(dāng)然，以上僅僅是舉例，數(shù)組的元素也可以不是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類型，是一些結(jié)構(gòu)體，或者string之類的都行。

7.9 序列化：聯(lián)合體（Union/Variant）

聯(lián)合體可以說是我們使用最少的類型了，甚至有的車廠直接靜止使用聯(lián)合體，以確保someip通信報文的易讀性；同時有些c語言規(guī)范也不提倡使用聯(lián)合體，容易在使用中出問題，所以可能是我們使用中最不常見的一種形式 聯(lián)合體是說將一塊內(nèi)存的數(shù)據(jù)可以解析成不同的類型，以方便調(diào)用，而序列化的時候，只能選定其中一種類型進行傳輸。比如我們有如下的union定義：

我們選定按照b類型傳輸，那么最終的layout如圖：

我們分為3段來看：

1. length 代表這個union序列化后的長度，這里包括后面的type+數(shù)據(jù)+填充的長度。這個長度域也可以配置占用字節(jié)數(shù)（0，1，2，4bytes；其中0就是不要有長度域）
2. type 代表要將這個聯(lián)合體以哪種類型進行序列話，比如我們選擇上面的uint16，那么對應(yīng)的類型是2（0保留為NULL的含義，從1開始算，uint16對應(yīng)type==2）
3. 然后就是uint16 類型的b這個數(shù)據(jù)本身
4. 最后為了之前講過的對齊原因，這里填充了2bytes

7.10 序列化：TLV簡述（Tag Length Value）

7.10.1 什么是TLV

TLV是Tag Length Value的簡稱，是someip序列化的一種格式，會有部分車廠在使用，但并不是主流。我們簡單講解一下，讓大家知道這個干什么的，不對細(xì)節(jié)做進一步分析。與之前講過的所有的類型的序列化格式有所區(qū)別，tlv還會再加一層標(biāo)簽，對每個數(shù)據(jù)進行單獨標(biāo)識，方便管理。標(biāo)簽可以在兩個地方加：

1. someip服務(wù)接口參數(shù)
2. 某參數(shù)定義的struct里的成員

7.10.2 TLV格式

從下圖中可以看到，如果光看藍(lán)色部分，就是和前面章節(jié)中講解的序列化方式是一樣的，而這個主要加了2 bytes的tag頭。一個someip報文里可以有很多這樣的數(shù)據(jù)?？梢钥闯?，tag+length+數(shù)據(jù)的形式就在字節(jié)流中將每個數(shù)據(jù)劃分成了一段，形成了一個鏈表，如果不想要該tag的數(shù)據(jù)，就可以通過length直接跳過去，甚至不用再反序列化（注意的一點是，這里length無論是靜態(tài)動態(tài)數(shù)據(jù)類型，只要不是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類型都必須要有長度域，以便能通過長度域找到下一個數(shù)據(jù)）。

再說一下上面圖中的tag頭，主要是3部分組成，1bit的res保留，3bits的wire type，和12bits的data ID：

• wire type：?wire type用來指示后續(xù)的長度域占用幾個bytes，如果是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類型，沒有長度域，其余類型都必須有長度域

• data ID：?data ID對于每一層級的數(shù)據(jù)要唯一，比如有一個2維度嵌套的struct，那么每一維度都可以使用data ID = 1，但是同一維度ID不能相同。

文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-618467.html

到了這里，關(guān)于SOME/IP協(xié)議詳解[7 SOME/IP序列化]的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請在右上角搜索TOY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！