1 介绍
1.1 DDS 概述
数据分发服务DDS(DataDistributionService)是OMG对象管理组织在HLA及CORBA等标准的基础上制定的新一代分布式实时通信中间件技术规范，DDS采用发布/订阅体系架构，强调以数据为中心，提供丰富的QoS服务质量策略，能保障数据进行实时、高效、灵活地分发，可满足各种分布式实时通信应用需求。
1.2 通信分类
域与域通信
跨网络通信
2 要素
IDL（Interface Definition Language）
要声明结构化数据，必须使用 IDL 格式。IDL （接口定义语言）是一种规范语言，由OMG（对象管理组织）制定，它以与语言无关的方式描述接口，允许不同语言的软件组件之间进行通信。
IDL的全称是Interface Definition Language，即接口定义语言（有时也叫作接口描述语言）。因为RPC通常是跨进程、跨机器、跨系统和跨语言的，IDL是用来解决这个问题的，它与语言无关，借助编译器将它翻译成不同的编程语言。
Google开源的ProtoBuf中的“.proto”文件就是一种IDL文件。
IDL部分很多会用到 flex & bison。
- protobuf 中底层有用flex & bison
- opensplice DDS中底层有用flex & bison
- RTI DDS中底层有用flex & bison
- Fast DDS中底层有用flex & bison
详细介绍
OMG–IDL（Interface Definition Language）
拓展
序列化与反序列化深入理解
数据传输中，双方交互都需要对数据进行序列化和反序列化。也称为编码和解码。
RTPS
如下介绍，OMG组织定义的RTPS（Real Time Publish Subscribe Protocol），实时发布订阅协议。
Version: 2.5
OMG Document Number: formal/2022-04-01
Standard document URL: https://www.omg.org/spec/DDSI-RTPS/2.5/PDF
| 缩写 | 含义 | 备注 |
|---|---|---|
| CDR | Common Data Representation | 通用数据表示 |
| DDS | Data Distribution Service | 数据分发服务 |
| EDP | Endpoint Discovery Protocol | 端点发现协议 |
| GUID | Globally Unique Indentifier | 全局唯一标识符 |
| PDP | Participant DiscoveryProtocol | 参与者发现协议 |
| PIM | Platform Independent Model | 平台独立模型 |
| PSM | Platform Specific Model | 平台专用模型 |
| RTPS | Real-Time Publish-Subscribe | 实时发布订阅 |
| SEDP | Simple Endpoint Discovery Protocol | 简单端点发现协议 |
| WLP | Write Liveliness Protocol | 写入者活跃性协议 |
详细介绍
OMG–RTPS（Real Time Publish Subscribe Protocol）
详细介绍–Discovery Module（发现模块）
发现协议的目的是允许每个 RTPS 参与者发现其他相关参与者及其端点。 一旦远程端点已经发现，实现可以相应地配置本地端点以建立通信。
DDS 规范同样依赖于使用发现机制来建立通信匹配的 DataWriters 和 DataReaders。 DDS 实现必须自动发现远程实体，无论是在他们加入和离开网络时。
RTPS 规范将发现协议拆分为两个独立的协议：（大型网络的基本发现协议。）
- Participant Discovery Protocol（PDP）【参与者发现协议】
- Endpoint Discovery Protocol（EDP）【端点发现协议】
为了互操作性，所有 RTPS 实现必须至少提供以下发现协议：（中小型网络的基本发现协议。）
- Simple Participant Discovery Protocol （SPDP）
- Simple Endpoint Discovery Protocol （SEDP）
每个RTPS StatelessWriter关联RTPS ReaderLocator对象。
每个RTPS StatefulWriter关联RTPS ReaderProxy对象。
每个RTPS StatefulReader关联RTPS WriterProxy对象。
DDS(DataDistributionService)数据分发服务
DDS(DataDistributionService)是OMG对象管理组织在HLA及CORBA等标准的基础上制定的新一代分布式实时通信中间件技术规范，DDS采用发布/订阅体系架构，强调以数据为中心，提供丰富的QoS服务质量策略，能保障数据进行实时、高效、灵活地分发，可满足各种分布式实时通信应用需求。DDS信息分发中间件是一种轻便的、能够提供实时信息传送的中间件技术。
以数据为中心的模型，虚拟出全局数据空间的概念，各节点向该空间声明发布者或者订阅者的意图；
域（Domain）：
这是用于链接所有发布者和订阅者的概念，属于一个或多个应用程序，它们在不同主题下交换数据。这些参与域的单个应用程序称为DomainParticipant。DDS域由域ID标识。DomainParticipant定义Domain ID以指定它所属的DDS域。具有不同ID的两个DomainParticipants不知道彼此在网络中的存在。因此，可以创建多个通信通道。这适用于涉及多个DDS应用程序的场景，它们各自的DomainParticipants相互通信，但这些应用程序不得干扰。DomainParticipant充当其他 DCPS实体的容器，充当发布者、订阅者和主题实体的工厂，并在域中提供管理服务。
主题（Topic）：
它是将发布者的DataWriters与订阅者的DataReaders绑定的实体，在DDS域中是唯一的。它可在进程之间交换的数据的消息，数据表示为可以包含不同数据类型的结构，如整数，字符串等;
数据写入器（Data Writer）：
它是负责发布消息的实体，用户在创建此实体时必须提供一个主题，该主题将是发布数据的主题；
数据读取器（Data Reader）：
它是订阅主题以接收发布的实体，用户在创建此实体时必须提供订阅主题；
发布者（Publisher）：
它是负责创建和配置其实现的DataWriters的DCPS实体。DataWriter是负责实际发布消息的实体。每个人都有一个分配的主题，在该主题下发布消息;
订阅者（Subscriber）：
它是 DCPS实体，负责接收在其订阅的主题下发布的数据。它为一个或多个DataReader对象提供服务，这些对象负责将新数据的可用性传达给应用程序;
3 组件
eProsima Fast DDS-Gen
eProsima Fast DDS-Gen是一个 Java 应用程序，它使用 IDL（接口定义语言）文件中定义的数据类型生成eProsima Fast DDS源代码。
eProsima Fast DDS-Gen生成的源代码使用Fast CDR，这是一个提供数据序列化和编码机制的 C++11 库。因此，正如RTPS 标准中所述，发送数据时，它们会使用相应的通用数据表示 (CDR) 进行序列化和编码。CDR 传输语法是代理间传输的低级表示，从 OMG IDL 数据类型映射到字节流。
foonathan_memory_vendor
an STL compatible C++ memory allocator library.
fastcdr
a C++ library for data serialization according to the CDR standard (Section 10.2.1.2 OMG CDR).
fastrtps
the core library of eProsima Fast DDS library.
4 架构
DDS模型架构
主要功能类
Domain类图
Publisher类图
Subscriber类图
Topic类图
5 示例介绍
helloworld.idl
struct HelloWorld
{
unsigned long index;
string message;
};
在FastDDS中，unsigned long是一种无符号整数类型，通常用于表示非负整数。在DDS中，unsigned long常用于表示时间戳、状态代码等数值。
fastddsgen 生成文件
HelloWorld
├── CMakeLists.txt
├── HelloWorld.cxx // 由 idl 生成, HelloWorld 类型定义
├── HelloWorld.h
├── HelloWorld.idl // idl 文件, payload
├── HelloWorld_main.cpp
├── HelloWorldPublisher.cpp // 发布服务器
├── HelloWorldPublisher.h
├── HelloWorldPubSubTypes.cxx // 由 idl 生成, 序列化和反序列化代码
├── HelloWorldPubSubTypes.h
├── HelloWorldSubscriber.cpp // 订阅服务器
└── HelloWorldSubscriber.h
序列化，反序列化
HelloWorld.h、HelloWorld.cxx 【类型定义，序列化反序列化(CDR<->Data)】
序列化反序列化，消息类型都必须继承自 eprosima::fastcdr::Cdr 类。
// 使用 CDR 将 HelloWorld 结构体序列化为二进制数据
void HelloWorld::serialize(
eprosima::fastcdr::Cdr& scdr) const
{
scdr << m_index;
scdr << m_message.c_str();
}
// 使用 CDR 将二进制数据反序列化为 HelloWorld 结构体
void HelloWorld::deserialize(
eprosima::fastcdr::Cdr& dcdr)
{
dcdr >> m_index;
dcdr >> m_message;
}
helloworldPubSubTypes.h & helloworldPubSubTypes.cxx 【序列化反序列化 (buffer<->CDR<->Data)】
helloworldPublisher.h & helloworldPublisher.cxx
eprosima::fastdds::dds::DomainParticipant* participant_;
eprosima::fastdds::dds::Publisher* publisher_;
eprosima::fastdds::dds::Topic* topic_;
eprosima::fastdds::dds::DataWriter* writer_;
eprosima::fastdds::dds::TypeSupport type_;
- DomainParticipant：充当所有其他实体对象的容器，并充当发布者、订阅者和主题对象的工厂。
- Publisher：是负责创建 DataWriter的对象。
- DataWriter：允许应用程序设置要在给定主题下发布的数据的值。
- TypeSupport：为participant提供序列化、反序列化和获取特定数据类型的key的函数。
helloworldSubscriber.h & helloworldSubscriber.cxx
eprosima::fastdds::dds::DomainParticipant* participant_;
eprosima::fastdds::dds::Subscriber* subscriber_;
eprosima::fastdds::dds::Topic* topic_;
eprosima::fastdds::dds::DataReader* reader_;
eprosima::fastdds::dds::TypeSupport type_;
- DomainParticipant：充当所有其他实体对象的容器，并充当发布者、订阅者和主题对象的工厂。
- Subscriber：是负责创建 DataReader 的对象。
- DataReader：它是负责实际接收数据的对象。
- TypeSupport：为participant提供序列化、反序列化和获取特定数据类型的key的函数。
发布消息步骤：
- 创建要发布数据的 idl ，并通过 fast-gen 生成对应的数据结构，并生成该数据结构序列化的类
- 通过 DomainParticipantFactory 创建 participant ，参数为 domain id 和 qos
- 将 participant 注册到 type ，该类型提供 helloworld 的序列化支持
- 通过 participant 创建 publisher ，用于发布数据
- PubListener 继承于 DataWriterListener ，用于给发布者注册消息通知函数。DDS 通过服务发现，将消息最终给到应用
- publisher 创建 writer ，用于最终的消息发布
在线安装 & 调试
源码编译 & 调试
零拷贝问题
参考
1、机器人开发–Fast DDS
2、OMG–IDL（Interface Definition Language）
3、FastDDS 示例介绍
4、FastDDS 编译（x86、arm）
5、序列化与反序列化深入理解
6、OMG–RTPS（Real Time Publish Subscribe Protocol）
7、机器人开发–DDS数据分发服务
8、OMG–DDS（Data Distribution Service）