SOME/IP 协议详解——序列化

0. 概述

SOME/IP序列化分为四部分，基本数据序列化，字符串序列化，结构体序列化，数组序列化。

1.基本数据序列化

Type	Description	Size [bit]	Remark
boolean	TRUE/FALSE value	8	FALSE (0), TRUE (1)
uint8	unsigned Integer	8
uint16	unsigned Integer	16
uint32	unsigned Integer	32
sint8	signed Integer	8
sint16	signed Integer	16
sint32	signed Integer	32
float32	floating point number	32	IEEE 754 binary32 (Single Precision)
float64	floating point number	64	IEEE 754 binary64 (Double Precision)

对于每个参数的字节序，是由配置来决定的（大小端顺序）。这就好比是给一群数字 “小朋友” 排队，不同的配置会让他们站成不同的顺序。

在对布尔值进行评估时，只看 uint8 中的最低位，其他位都被忽略。

这些基本数据类型在 SOME/IP 协议中就像是一个个小积木，通过不同的组合和排列，构建起了复杂的数据结构，支撑着整个协议的数据处理和传输功能。

2.字符串序列化

2.1 字符串通用规则

• 编码支持
  • 支持不同的 Unicode 编码，包括 UTF - 8、UTF - 16BE 和 UTF - 16LE。
• 字符串终止
  • UTF - 16LE 和 UTF - 16BE 字符串应以零字符（‘\0’）终止，且至少有两个 0x00 字节。
  • 所有字符串应始终以字节顺序标记（BOM）开始，BOM 应包含在固定长度和动态长度字符串中，用于检测编码。

2.2 固定长度字符串规则

• 字符串终止
  • 固定长度字符串也应以 ‘\0’ 字符终止，且字符串长度（包括 ‘\0’ 字节）在数据类型定义中指定，未使用空间用 ‘\0’ 填充，BOM 包含在长度内。
• 长度检查
  • 如果固定长度字符串长于预期，反序列化应停止，消息视为格式错误。
  • 如果固定长度字符串短于预期但正确以 ‘\0’ 终止，可接受。
  • 如果固定长度字符串短于预期且未正确以 ‘\0’ 终止，反序列化应停止，消息视为格式错误。

2.3 动态长度字符串规则

• 长度字段
  • 动态长度字符串应以长度字段开始，长度以字节为单位测量，长度字段在 BOM 之前，BOM 包含在长度内，字符串以 ‘\0’ 终止，字符串（包括 ‘\0’ 终止）的最大字节数由数据类型定义得出。
• 长度定义
  • 动态长度字符串的长度字段有 8、16 或 32 位可选，由接口规范决定，未指定时默认 32 位。长度字段的值不包括长度字段本身。
  • 如果动态长度字符串长于预期，反序列化应停止，消息视为格式错误。
• 替代传输方式
  • 除了将应用程序字符串作为带有 BOM 和 ‘\0’ 终止的 SOME/IP 字符串传输外，还可将其作为普通动态长度数组传输（不带 BOM 和 ‘\0’ 终止），但应用程序需自行处理字符串，如编码转换。

概括而言：
定长字符串格式【BOM】【data】【‘\0’】
变长字符串格式【length】【BOM】【data】【‘\0’】

lenth大小默认为4byte，包含BOM，data和结束符的长度总和。

3.结构体序列化

• 总体原则
  • 结构体序列化要依循内存布局，像按图施工一样逐个参数序列化到缓冲区，且要考虑内存对齐。
• 示例说明
  
  以几个结构体及其内部成员（如 Struct_1 包含 uint32 a 和 float32 b [2] 等）展示序列化过程，如同按盒子内物品摆放顺序处理。
• 关键规则
  • 填充数据：不会自动插入无用填充数据，保证数据紧凑。
  • 长度字段：可配置插入 8、16 或 32 位长度字段来标识结构体传输字节数，长度不包含长度字段自身。
  • 长度检查处理：接收长度大于定义时只按定义处理，多余跳过；长度小于且无法补全缺失数据时反序列化中止，视为格式错误。
  • 序列化顺序：按深度优先遍历顺序进行序列化，确保成员处理无遗漏或重复。

4. 带有标识符和可选成员的结构化数据类型

• 总体目的

  • 为了实现更好的前向和后向兼容性，在结构体成员或方法参数前可添加额外的数据标识符（Data ID）。接收方可以通过这些标识符跳过未知成员或参数，保证系统在处理新旧数据时的兼容性。

• 标识符规则

  • 唯一性：数据标识符在一个 struct 的直接成员或方法的参数中必须唯一，但不需要在不同 struct 或方法之间保持唯一。
  • 配置一致性：对于 struct 同一层级的所有成员，要么全部定义数据标识符，要么全部不定义；对于方法的所有参数，也是如此。

• 数据类型编码

  • 除了数据标识符，还使用 “线类型（wire type）” 来编码成员的数据类型，两者共同组成 “标签（tag）”。
  • 标签结构：标签长度为两个字节，其布局包含多个部分，包括保留位、线类型、数据标识符等。例如，保留位在第 7 位，线类型在第 6 - 4 位，数据标识符在第 3 - 0 位和第二个字节的全部 8 位。
    

• 不同数据类型的序列化规则

  • 基本数据类型：如果序列化的成员或参数是基本数据类型（线类型 0 - 3）且配置了数据标识符，标签应直接插入在成员或参数前面，并且不插入长度字段。
  • 复杂数据类型：如果是复杂数据类型（线类型 4 - 7）且配置了数据标识符，标签应插入在长度字段前面，并且必须插入长度字段。

• 长度字段相关规则

  • 长度字段始终包含到 struct 中下一个标签的长度。对于 struct、动态长度字符串、动态长度数组、联合类型等，都有相应的长度字段规则，且这些类型的长度字段大小在配置中应大于 0，并且通常应配置为相同大小，以便在处理未知成员或参数时，接收方能够根据统一的规则来解析数据。

• 可选成员处理

  • 序列化器在序列化时，如果可选成员被标记为不可用，不应将其包含在序列化字节流中；反序列化器在反序列化时，应忽略字节流中不存在的可选成员。

• 未知数据处理

  • 如果反序列化器读取到未知的数据标识符，它应根据线类型和长度字段的信息跳过未知的成员或参数；如果在字节流中找不到必需的（非可选）成员或参数，反序列化应中止，并将消息视为格式错误。

• 接口版本与序列化兼容性

  • 如果对现有服务接口引入带标签的序列化，而之前未使用标签，应增加主要接口版本来指示这一变化。

• 带有标签的序列化示例
  
  
  

5. 数组

5.1 固定长度数组

• 长度定义

  • 固定长度数组的长度由数据类型定义确定。可以将其视为相同类型元素的重复排列。
  • 例如，一维固定长度数组携带指定数量（n）的相同类型元素，其布局按照顺序依次排列，元素大小乘以元素数量就是数组占用的空间大小。
    
  • 多维固定长度数组的序列化遵循编程语言中的内存布局（行主序）。
    

• 长度处理与错误情况

  • 如果接收到的固定长度数组长度大于预期（根据数据类型定义），只解释指定数量的元素，多余字节根据长度字段跳过。
  • 如果长度小于预期且接收方无法提供缺失数据的替代值，反序列化将中止，消息视为格式错误。

5.2 动态长度数组

• 布局与长度字段

  • 动态长度数组的布局基于固定长度数组，可以在数组开头使用可选的长度字段来指定数组字节长度。
  • 长度字段长度可以是 0、8 位、16 位或 32 位，由配置决定。当长度字段设置为 0 位时，数组元素数量固定，此时相当于固定长度数组。
    -长度不包括长度字段本身大小。
    

• 多维数组特点

  • 在多维动态长度数组中，每个不同维度的子数组都有自己的长度字段。

  • 如果需要静态分配缓冲区大小，数据类型定义应指定每个维度的最大长度。
    

  • 当测量字节长度时，复杂多维数组在反序列化时可以跳过。

  • SOME/IP 支持同一维度中列和行的不同长度，每个动态长度数组前都需要有长度指示。

• 长度处理与错误情况

  • 如果动态长度数组长度大于预期，只解释指定数量的元素，多余字节根据长度字段跳过。

5.3 Enumeration（枚举）

• 枚举在 SOME/IP 中不作为独立类型考虑，而是被当作无符号整数数据类型传输。

5.4 Bitfield（位域）

• 位域应作为无符号数据类型（uint8/uint16/uint32）传输，数据类型定义可以指定每个位的名称和值。

5.5 Union/Variant（联合 / 变体）

• 联合用于在网络上传输具有不同数据类型的可选数据，由长度字段、类型选择器和有效负载组成。
  

• 长度字段定义数据和填充字节的大小（不包括长度字段和类型字段本身），类型字段指定数据类型，有效负载根据类型字段进行序列化。

• 长度字段长度由配置决定，可以是 32 位、16 位、8 位或 0 位，当长度字段为 0 位时，联合中的所有类型必须长度相同。

• 类型字段的值由配置为每个联合单独定义，其中 0 值保留用于空类型（表示空联合），并且是否允许空联合也由配置决定。

总结

整体来说，SOME/IP的序列化和反序列化比较死板，不够灵活。