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AUTOSAR SOME/IP 与 SOME/IP-SD

SOME/IP（Scalable service-Oriented MiddlewarE over IP）是 AUTOSAR 定义的面向服务的车载以太网通信标准：服务端提供服务（方法、事件、字段），客户端在运行时动态发现并调用，编译期无需任何静态绑定。SOME/IP-SD（Service Discovery，服务发现）则是让服务端与客户端在运行时互相找到对方的控制协议。

本文介绍 AS 的 SOME/IP 协议栈、JSON 配置方式，以及无需 ECU 硬件即可在 PC 主机上构建运行的示例程序。

一、协议基础

SOME/IP 报文由 16 字节报文头加序列化载荷组成：

packet-beta
title SOME/IP 报文头
0-15: "Message ID：Service ID"
16-31: "Message ID：Method/Event ID"
32-63: "Length"
64-79: "Request ID：Client ID"
80-95: "Request ID：Session ID"
96-103: "Protocol Version"
104-111: "Interface Version"
112-119: "Message Type"
120-127: "Return Code"
128-159: "Payload ..."

本协议栈实现的报文类型（见 SomeIp.c）：

类型	值	方向
REQUEST	0x00	客户端 -> 服务端，需要响应
REQUEST_NO_RETURN	0x01	客户端 -> 服务端，发后不管
NOTIFICATION	0x02	服务端 -> 客户端，事件通知
RESPONSE	0x80	服务端 -> 客户端，响应
ERROR	0x81	服务端 -> 客户端，错误响应
TP 标志	0x20	与报文类型按位或，表示 SOME/IP-TP 分包报文

单个 UDP 数据报最多承载 1396 字节载荷；更大的载荷使用 SOME/IP-TP 分包传输（每段最多 1392 字节，TP 头中带偏移量）。可靠方法走 TCP。

SOME/IP-TP 请求/响应流程

下面的时序图给出完整的 UDP 请求/响应 TP 分包流程，其中也包含服务端异步处理模式（SOMEIP_E_PENDING）：

sequenceDiagram
    participant ClientApp as 客户端应用
    participant ClientSOMEIP as 客户端 SOME/IP 栈
    participant UDP as UDP 网络
    participant ServerSOMEIP as 服务端 SOME/IP 栈
    participant ServerApp as 服务端应用
    participant Main as SomeIp_MainFunction

    Note over ClientApp,Main: 客户端发送请求
    ClientApp->>ClientSOMEIP: SomeIp_Request() 发起请求
    ClientSOMEIP->>ClientSOMEIP: SomeIp_RequestOrFire() 处理请求

    alt 请求需要 TP 分包（大报文）
        ClientSOMEIP->>ClientSOMEIP: 创建 SomeIp_TxTpMsgType，记录 TP 发送状态（offset、length、timer、sessionId）
        ClientSOMEIP->>ClientSOMEIP: SomeIp_SendNextTxTpMsg() 准备第一个 TP 分段
        ClientSOMEIP->>ClientApp: onTpCopyTxData() 向应用取分段数据
        ClientSOMEIP->>UDP: 发送 SOME/IP UDP TP 请求分段 1
        UDP->>ServerSOMEIP: SomeIp_RxIndication() 接收
        ServerSOMEIP->>ServerSOMEIP: SomeIp_ProcessRxTpMsg() 处理请求分段 1
        ServerSOMEIP->>ServerSOMEIP: 创建 SomeIp_RxTpMsgType，记录 TP 接收状态（offset、timer、clientId、sessionId）
        ServerSOMEIP->>ServerApp: onTpCopyRxData() 上交请求分段 1 数据
        loop 直到所有请求分段发送完毕
            Main->>ClientSOMEIP: SomeIp_MainFunction() 下一轮调度
            ClientSOMEIP->>ClientSOMEIP: SomeIp_MainClientTxTpMsg() 处理待发 TP 报文
            ClientSOMEIP->>ClientSOMEIP: SomeIp_SendNextTxTpMsg() 准备下一分段
            ClientSOMEIP->>ClientApp: onTpCopyTxData() 取下一分段数据
            ClientSOMEIP->>UDP: 发送 SOME/IP UDP TP 请求分段 N
            UDP->>ServerSOMEIP: SomeIp_RxIndication() 接收
            ServerSOMEIP->>ServerSOMEIP: SomeIp_ProcessRxTpMsg() 更新接收状态
            ServerSOMEIP->>ServerApp: onTpCopyRxData() 上交请求分段 N 数据
        end
        ServerSOMEIP->>ServerSOMEIP: 全部分段到齐，组装完整报文
        ServerSOMEIP->>ServerApp: onRequest() 上交完整请求
    else 请求很小（单帧）
        ClientSOMEIP->>UDP: 发送 SOME/IP UDP 请求（单帧）
        UDP->>ServerSOMEIP: SomeIp_RxIndication() 接收
        ServerSOMEIP->>ServerApp: onRequest() 上交完整请求
    end

    Note over ServerApp,Main: 服务端异步处理请求
    ServerApp-->>ServerSOMEIP: 返回 SOMEIP_E_PENDING，处理延后
    ServerSOMEIP->>ServerSOMEIP: 缓存 AsyncReqMsg，保存请求信息
    Main->>ServerSOMEIP: SomeIp_MainFunction() 周期主循环
    ServerSOMEIP->>ServerSOMEIP: SomeIp_MainServer() / SomeIp_MainServerAsyncRequest()
    ServerSOMEIP->>ServerApp: onAsyncRequest() 向应用取响应
    ServerApp-->>ServerSOMEIP: 返回 E_OK 及响应数据
    ServerSOMEIP->>ServerSOMEIP: SomeIp_ReplyRequest() 准备响应

    alt 响应需要 TP 分包（大报文）
        ServerSOMEIP->>ServerSOMEIP: 创建 SomeIp_TxTpMsgType，记录 TP 响应状态
        ServerSOMEIP->>ServerSOMEIP: SomeIp_SendNextTxTpMsg() 准备第一个 TP 分段
        ServerSOMEIP->>ServerApp: onTpCopyTxData() 取分段数据
        ServerSOMEIP->>UDP: 发送 SOME/IP UDP TP 响应分段 1
        UDP->>ClientSOMEIP: SomeIp_RxIndication() 接收
        ClientSOMEIP->>ClientSOMEIP: SomeIp_ProcessRxTpMsg() 处理响应分段 1
        ClientSOMEIP->>ClientSOMEIP: 创建 SomeIp_RxTpMsgType，记录接收状态
        ClientSOMEIP->>ClientApp: onTpCopyRxData() 上交响应分段 1 数据
        loop 直到所有响应分段发送完毕
            Main->>ServerSOMEIP: SomeIp_MainFunction() 下一轮调度
            ServerSOMEIP->>ServerSOMEIP: SomeIp_MainServerTxTpMsg() 处理待发 TP 报文
            ServerSOMEIP->>ServerSOMEIP: SomeIp_SendNextTxTpMsg() 准备下一分段
            ServerSOMEIP->>ServerApp: onTpCopyTxData() 取下一分段数据
            ServerSOMEIP->>UDP: 发送 SOME/IP UDP TP 响应分段 N
            ClientSOMEIP->>ClientSOMEIP: SomeIp_ProcessRxTpMsg() 更新接收状态
            ClientSOMEIP->>ClientApp: onTpCopyRxData() 上交响应分段 N 数据
        end
        ClientSOMEIP->>ClientSOMEIP: 全部分段到齐，组装完整报文
        ClientSOMEIP->>ClientApp: onResponse() 上交完整响应
    else 响应很小（单帧）
        ServerSOMEIP->>UDP: 发送 SOME/IP UDP 响应（单帧）
        UDP->>ClientSOMEIP: SomeIp_RxIndication() 接收
        ClientSOMEIP->>ClientApp: onResponse() 上交完整响应
    end

要点说明：

SomeIp_RxIndication() 的时机：服务端在客户端发出请求（分段）后很快被回调，客户端在服务端发出响应（分段）后很快被回调。
TP 报文管理：发送侧用 SomeIp_TxTpMsgType 跟踪发送状态（offset、定时器、sessionId），接收侧用 SomeIp_RxTpMsgType 跟踪接收状态并组装；SomeIp_MainFunction 周期推进待发/待收的 TP 报文，因此主函数必须被周期调度。
异步请求处理：服务端应用返回 SOMEIP_E_PENDING 时，请求被缓存为 AsyncReqMsg；之后主函数通过 onAsyncRequest() 回调向应用索取已准备好的响应。
回调职责：onTpCopyTxData() 从应用取分段发送数据；onTpCopyRxData() 上交收到的分段数据；onRequest() 上交完整请求；onAsyncRequest() 为挂起的请求取响应；onResponse() 向应用上交完整响应。

SOME/IP-SD 本身也是一条 SOME/IP 报文（Service ID 0xFFFF、Method ID 0x8100，UDP），在可配置的组播组上收发。其 Entry 类型（见 Sd.c）为：

Entry	值	作用
FindService	0x00	客户端查找服务实例
OfferService	0x01	服务端通告服务实例（周期发送 / 按需响应）
SubscribeEventgroup	0x06	客户端订阅事件组
SubscribeEventgroupAck/Nack	0x07	服务端接受/拒绝订阅

另外还有对应的 StopOfferService / StopSubscribeEventgroup。每个 Entry 都带 TTL：服务下线或停止订阅时以 TTL = 0 通告，超时后实体自动消失。

二、协议栈架构

实现遵循 AUTOSAR CP 4.4 的模块划分，但 SomeIp 与 Sd 并非严格的上下层，而是并列于 SoAd 之上的两个对等模块，并通过一组横向接口互相协作：

flowchart TD
    APP["应用层 / 生成的 Skeleton 与 Proxy（C 接口或 ARA 风格 C++）"]
    XF["SomeIpXf（方法参数的序列化 / 反序列化）"]
    SIP["SomeIp（方法调用、事件通知、SOME/IP-TP 分包）"]
    SD["Sd（服务发现：offer / find / subscribe 状态机，<br/>维护提供者地址表与订阅者表）"]
    SOAD["SoAd（套接字连接器：TCP/UDP socket 与 PDU 路由）"]
    TCPIP["TcpIp（目标平台用 LWIP；主机 OSAL 移植用操作系统原生套接字）"]

    APP -->|"SomeIp_Request 等"| SIP
    APP -->|"Sd_*SetState：服务上线 / 查找 / 订阅"| SD
    APP --> XF
    XF -.->|"序列化后的载荷"| SIP

    SIP -->|"Sd_GetProviderAddr()：查服务端地址<br/>Sd_GetSubscribers()：查事件订阅者<br/>Sd_NotifyServiceOffline() / Sd_RemoveSubscriber()"| SD
    SD -->|"SomeIp_ResolveSubscriber()：<br/>为新订阅者匹配 TCP 连接并确定事件 TxPdu"| SIP

    SIP -->|"业务报文收/发（SoAd_IfTransmit / RxIndication）"| SOAD
    SD -->|"SD 报文（0xFFFF:0x8100）经独立 socket 收/发"| SOAD
    SOAD --> TCPIP

图中的协作关系均来自代码：

SomeIp -> Sd：客户端发起请求前，调用 Sd_GetProviderAddr() 获取 Sd 发现到的服务端地址（再据此打开 TCP 连接）；服务端发送事件通知前，调用 Sd_GetSubscribers() 取 Sd 维护的订阅者列表；连接断开或服务下线时调用 Sd_RemoveSubscriber() / Sd_NotifyServiceOffline()。
Sd -> SomeIp：服务端的 Sd 收到 SubscribeEventgroup Entry 时，调用 SomeIp_ResolveSubscriber()，由 SomeIp 在已建立的 TCP 连接中按远端地址匹配订阅者并分配事件 TxPdu（UDP 服务直接取单播 TxPdu；订阅数达到 MulticastThreshold 后，Sd 直接改用组播 TxPdu 并打开组播 socket）。
两者共用 SoAd 但通道独立：SD 报文（Service ID 0xFFFF、Method ID 0x8100）由 Sd 经自己的 socket connector 收/发，业务 SOME/IP 报文走 SomeIp 的连接，SoAd 按 PDU/连接器把上行报文分别指示给 Sd_RxIndication 或 SomeIp_RxIndication。

相关模块位于 infras/communication：SomeIp、SomeIpXf、Sd、SoAd，以及可选的 E2E 端到端保护模块（P04/P05/P07/P11 等 profile）。

主要公共 API：

SomeIp：SomeIp_Request、SomeIp_RxIndication、SomeIp_SoAdTpStartOfReception、SomeIp_MainFunction（SomeIp.h）；
Sd：Sd_ServerServiceSetState(handle, SD_SERVER_SERVICE_AVAILABLE/DOWN)、Sd_ClientServiceSetState(handle, SD_CLIENT_SERVICE_REQUESTED/RELEASED)、Sd_ConsumedEventGroupSetState、Sd_MainFunction（Sd.h）。

应用代码通常不直接调用这些接口：代码生成器会为配置中的每个服务生成 Skeleton（服务端）和 Proxy（客户端）。生成的 C 接口形如：

/* 服务端 Skeleton */
Std_ReturnType Math_OfferService(void);
Std_ReturnType Math_StopOfferService(void);
Std_ReturnType Math_add(const add_args_Type *args, Result_Type *ret);  /* 由用户实现 */

/* 客户端 Proxy */
Std_ReturnType Math_add_Call(const add_args_Type *args);               /* 异步调用 */
void Math_add_OnResponse(Result_Type *ret);                            /* 由用户实现 */

同时也会生成 C++/ARA 风格的版本（MathSkeleton / MathProxy，使用 ara::core::Result、future 与回调），并可选择 vsomeip 后端以实现跨协议栈互通（见第 6 节）。

三、配置（Network.json）

所有网络模块由同一个 Network.json（class 为 Net）配置。下面是 TCP “add” 请求/响应示例的服务端配置（add/config/server/Network.json）：

{
  "class": "Net",
  "Modules": [
    {
      "name": "SomeIp",
      "class": "SomeIp",
      "SD": { "hostname": "AS", "multicast": "224.244.224.245" },
      "structs": [
        { "name": "Vector", "data": [
          { "name": "number", "type": "uint8_n", "variable_array": true, "size": 2048 } ] },
        { "name": "Result", "data": [
          { "name": "ercd", "type": "uint8" },
          { "name": "summary", "type": "uint32" },
          { "name": "number", "type": "uint8_n", "variable_array": true, "size": 2048 } ] }
      ],
      "args": [
        { "name": "add-args", "args": [
          { "name": "A", "type": "Vector" }, { "name": "B", "type": "Vector" } ] }
      ],
      "servers": [
        {
          "name": "Math", "service": "0xadda", "instance": "0x1001",
          "clientId": "0x1001", "protocol": "TCP", "reliable": 30680,
          "methods": [
            { "name": "add", "methodId": "0x0add", "args": "add-args",
              "return": "Result", "tp": true, "version": "0" }
          ],
          "event-groups": []
        }
      ]
    }
  ]
}

配置元素说明：

元素	含义
`SD.multicast`	SOME/IP-SD 使用的组播组（DoIP 发现可共用）
`structs`	用户自定义数据类型：标量/数组成员，支持定长或 `variable_array` 变长数组
`args`	可复用的方法参数列表
`servers` / `clients`	本节点提供/消费的服务实例，每个一条
`service` / `instance` / `clientId`	SOME/IP 服务 ID、实例 ID、客户端 ID
`protocol` + `reliable` / `unreliable`	服务使用的 TCP 端口或 UDP 端口
`methods[]`	方法 ID、参数列表、返回结构体；`tp: true` 允许分包传输；`version` 为接口主版本
`event-groups[]`	事件（NOTIFICATION），走 UDP，可选组播与 E2E 保护
`fields[]`	字段的 get/set/notify 三元组（各占用一个保留方法/事件）

客户端 JSON 完全相同，只是把 servers 换成 clients。生成器据此产出 SomeIp/SomeIpXf/Sd/SoAd 的 C 配置以及 Skeleton/Proxy 代码；也可以使用 JSON Editor 工具（见 JSON Editor 文档）图形化编辑和生成。

功能完整的示例是 RadarService（服务 0xadaa / 实例 0x2001，UDP 端口 12345）：包含 Adjust 方法、BrakeEvent 事件组、UpdateRate 字段（get/set/notify）、变长数组以及 E2E P11 保护。

四、主机示例

最快的上手方式是 OSAL 主机构建——直接使用操作系统原生 TCP/IP 套接字（回环 / 组播），不需要 VirtualBox、PCAP 或 LWIP。

4.1 TCP 请求/响应：add 示例

scons --app=AddServerEx --os=OSAL
scons --app=AddClientEx --os=OSAL

在两个终端分别运行服务端和客户端：

build\nt\GCC\AddServerEx\AddServerEx.exe
build\nt\GCC\AddClientEx\AddClientEx.exe

客户端通过 SD 发现 Math 服务，经 TCP 以 2KB 的 TP 分包载荷调用 add，输出类似：

MATH    :add response session=2: ercd = 0 summary 64448 == 64448
MATH    :add response session=3: ercd = 0 summary 68096 == 68096

详见 examples/someip/add/README.md。

4.2 UDP 组播发布/订阅：can 示例

scons --app=CanPubEx --os=OSAL
scons --app=CanSubEx --os=OSAL

启动一个发布者和任意数量的订阅者；所有订阅者都会通过 UDP 组播收到相同的 NOTIFICATION。详见 examples/someip/can/README.md。

4.3 ARA 风格 RadarService（C++ 或 C，可选 E2E）

# C++/ARA 版 Skeleton 与 Proxy
scons --app=RadarServiceServer --os=OSAL
scons --app=RadarServiceClient --os=OSAL

# 纯 C 版 Skeleton 与 Proxy
scons --app=RadarServiceServerC --os=OSAL
scons --app=RadarServiceClientC --os=OSAL

服务端 Offer RadarService（方法 + 事件组 + 字段），客户端发现服务、订阅事件组并收发带 E2E 保护的报文。

以上示例都可以在 Wireshark 中选择回环网卡抓包：SD 组播握手、OfferService/FindService Entry、SOME/IP-TP 分段都能被 Wireshark 的 SOME/IP 解析器解码。

五、NetApp / NetAppT（集成应用）

主集成应用位于 app/app，把 SOME/IP 协议栈与 DoIP、CAN 通信栈集成在一起：

NetApp：FreeRTOS + LWIP 上的完整协议栈。在 Windows 主机上通过 PCAP 对接虚拟网卡来模拟真实 ECU 以太网口。构建命令：
```
set PACKET_LIB_ADAPTER_NR=0
set USE_PCAP=YES
scons --app=NetApp --net=LWIP --os=FreeRTOS
```
需安装 VirtualBox，并把其 host-only 网卡的静态 IPv4 地址设为 172.18.0.1；仿真 ECU 内的 LWIP 以 172.18.0.200 启动（若网卡序号不是 0，用 ipconfig 查看实际序号）：
NetAppT：使用同一份 SOME/IP 配置，但构建在 OSAL 主机套接字上（SoAd_T / SomeIp_T / Sd_T 测试版本），协议栈直接在 PC 上原生运行，无需 LWIP：
```
scons --app=NetAppT --os=OSAL
build\nt\GCC\NetAppT\NetAppT.exe
```

在两个终端分别运行 NetApp 和 NetAppT，它们会通过 SD 互相发现并交互方法/事件数据。服务由应用骨架代码中生成的 ServiceX_OfferService() 调用上线。设置 USE_PCAP=YES 时，工作目录下会生成文本跟踪文件 net.log 和抓包文件 wireshark.pcap：

Wireshark Capture

六、与 vsomeip 互通

为验证报文级兼容性，ARA 风格的 RadarService 示例可以改用开源 vsomeip 后端编译，两个后端可以互通。构建脚本会自动拉取维护中的镜像（infras/libraries/dds/vsomeip/SConscript）：

# 构建 vsomeip 动态库（从 gitee.com/autoas/vsomeip 下载）
scons --lib=vsomeip3 -j8
scons --lib=vsomeip3-cfg --prebuilt -j8
scons --lib=vsomeip3-sd --prebuilt -j8
scons --lib=vsomeip3-e2e --prebuilt -j8
scons --app=vsomeip3-routingmanagerd --prebuilt -j8

然后一端用 vsomeip 后端、另一端用 AS 原生栈构建（由 RadarService SConscript 中的 SOMEIP_BACKEND 环境变量选择）：

# 客户端使用 vsomeip
set SOMEIP_BACKEND=vsomeip
scons --app=RadarServiceClient --os=OSAL --gen

# 服务端使用 AS 原生 SOME/IP 栈
set SOMEIP_BACKEND=someip
scons --app=RadarServiceServer --os=OSAL --gen

先启动 routing manager（vsomeip 在每台机器上都需要一个 routing manager），再启动服务端和客户端。vsomeip 客户端会通过 SD 发现 AS 服务端，通信过程与对端是另一个 vsomeip 节点完全一致。

七、常见问题

LWIP/PCAP 打不开网卡：检查 PACKET_LIB_ADAPTER_NR 是否与 ipconfig 列出的 VirtualBox 网卡序号一致；确认其 IP 已设为 172.18.0.1；在 Windows 防火墙中放行相关流量。
OSAL 示例收不到流量：OSAL 移植走主机套接字；确认 UDP 组播 224.244.224.245 没有被 VPN 或防火墙拦截，并在 Wireshark 中选择正确的（回环 / 组播）网卡抓包。
服务互相发现不到：确认两侧组播组、Service ID、Instance ID 一致；SD Entry 带 TTL，对端停止后需等 TTL 超时才会消失。
vsomeip 客户端连不上：routing manager 必须先启动，且其 JSON 配置中的网络接口要与实际一致。
TP 报文超时：SomeIp_MainFunction（以及 Sd_MainFunction）必须被周期调度——分包传输和 SD 定时器都由这两个主函数驱动。

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