一、RPC简介
RPC(Remote Procedure Call,远程过程调用)机制是一种常用的通信机制。实际上就是要像调用本地的函数一样去调远程函数。
RPC机制,在互联网中应用得比较广泛。在我们嵌入式中,把传输层拓展到IPC、TPC/IP、UART、USB等,很多场景下也都可以用得上。
如:
• 需要发送确认的场景,比如发送某个数据,需要对端回复一个数据进行确认,这种场景,我们可以在应用上进行实现,随着协议越加越多,对应的回复的代码也越来越多,但基本都是很相似的代码。这种下使用RPC机制就比较优雅了,本地发起远端调用请求,远端执行完后会将结果返回。
• 应用于进程间的交互:你写了一段代码,这段代码可以调用你电脑上某个服务提供的功能,而不需要关心这个服务运行在你的电脑上还是在网络的另一端。
• 应用于板间的交互:多个控制板之间需要通信和协作来协调生产过程。使用RPC可以简化这些控制单元之间的调用和数据共享。
• 应用于端云的交互:IoT设备通常需要和云端服务器或其他设备交互。通过RPC,设备可以远程调用云服务,实现数据同步、功能升级等操作。
二、RPC的基本原理
嵌入式RPC机制主要由客户端和服务器两部分组成:
1、客户端:发起调用请求,将参数传递给远程方法,并接收服务端返回的结果。在嵌入式系统中,客户端通常作为非安全环境中的应用程序。
2、服务器:执行客户端调用的远程过程,并将结果返回给客户端。在嵌入式系统中,服务器通常位于安全环境中的可信执行环境(TEE)中,如OP-TEE框架。
这张图里的network传输链路,在我们嵌入式中,对于不同的应用场景可以是UART、USB等。
RPC的基本工作原理如下:
1、定义远程方法接口(服务契约),包括方法名称、参数类型、返回值类型等信息。
2、生成客户端和服务端的stub(桩)和skeleton(骨架)代码。
3、客户端通过stub调用远程方法,stub将请求序列化为网络传输格式,然后通过网络发送给服务端。
4、服务端接收到请求后,通过skeleton进行反序列化,根据接口定义执行远程方法,并将返回值序列化为网络传输格式,发送给客户端。
5、客户端接收到服务端的响应后,通过stub进行反序列化,获取返回值。
三、RPC的主要特点
跨平台性:RPC框架可以在不同的操作系统和平台上运行,实现跨平台的远程调用。这一特点使得RPC框架能够广泛应用于各种异构环境中,提高了系统的灵活性和适应性。
透明性:RPC框架隐藏了底层的通信细节,使得客户端能够像调用本地函数一样调用远程函数,无需关注网络通信的具体实现。这一特点简化了开发者的编程模型,降低了开发难度。
高效性:RPC框架通常采用二进制数据传输和压缩等技术,使得网络通信效率更高,比如使用protobuf进行序列化与反序列化。
四、嵌入式RPC框架推荐:erpc
eRPC(嵌入式RPC)是NXP开源的、用于多芯片嵌入式系统和异构多核SoC的开源远程过程调用(RPC)系统。与其他现代RPC系统(如出色的Apache Thrift)不同,eRPC的与众不同之处在于它是为紧密耦合的系统设计的,使用纯C实现远程功能,并且代码大小较小(<5kB)。它不适用于网络上的高性能分布式系统。
erpc源码:
https://github.com/EmbeddedRPC/erpc
• 函数的参数和标识符(用于被调用的例程)被序列化成字节流。
• 该字节流通过通信通道(IPC、TPC/IP、UART等)传输到服务器。
• 服务器对参数进行反序列化,确定调用了哪个函数,然后调用它。
• 如果函数返回一个值,那么该值将被序列化并通过通信通道发送回客户端。
erpc主要特点
• 轻量级但可扩展
• 生成的代码较小
• 抽象传输接口
• 序列化数据的大小较小
• 非常适合C语言的环境,也足够灵活,可以支持面向对象的语言,如c++
• 从服务器到客户机的异步通知
• 最小化延迟影响