[發明專利]一種基于多核處理器架構的機器人混合系統應用框架

有效

• 申請號: 201410324304.3
• 申請日: 2014-07-08
• 公開（公告）號: CN105278940B
• 公開（公告）日: 2018-09-25
• 發明（設計）人: 魏洪興;鄒瑩;陳友東;劉淼;黃真
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F8/20
• 分類號: G06F8/20
• 代理公司: 北京金恒聯合知識產權代理事務所 11324
• 代理人: 李強

本發明描述了一種基于多核處理器架構的機器人混合系統應用框架。在采用ARM/X86多核處理器作為控制器的機器人系統中，利用ARM/X86多核處理器的多核并行處理結構，在整個機器人控制器同時運行由實時操作系統、非實時操作系統、系統支撐框架組成的機器人混合系統應用框架，來提供改進的操作系統服務。在該應用框架中，一個實時操作系統單獨運行在其中一個ARM/X86核中，同時若干個非實時操作系統運行在其它ARM/X86核中，操作系統間彼此單獨占用處理器資源與外設，分別運行不同實時性要求的機器人應用程序，應用程序可以以統一的機器人操作系統(ROS)應用節點形式使用(圖1)。

技術領域

本發明屬于機器人領域，涉及一種基于多核處理器架構的機器人混合系統應用框架。

背景技術

機器人控制是機器人研究的一個重要領域，其對應用程序的需求日趨復雜，并伴隨著使用各種實時與非實時操作系統來提供系統支持。程序員需要使用操作系統提供的豐富編程資源編寫機器人控制程序，同時也需要操作系統提供的實時性支持。基于Linux的機器人操作系統(Robotic Operating System,ROS)就是為了提高機器人開發效率所誕生的開源操作系統，但Linux的非實時特性限制了機器人操作系統ROS在機器人實時控制領域的應用。而目前市場上有眾多的實時操作系統，由于相對通用操作系統來說，它們大多都是功能單一，系統應用資源少，難以方便實現復雜的應用。機器人開發者需要在滿足實時性的同時能夠高效地開發出機器人應用程序。

發明內容

為了解決現有的技術問題，本發明提供一種基于多核處理器架構的機器人混合系統應用框架。該框架可以應用于各種基于ARM/X86多核架構的機器人控制器中，在保證實時性要求的同時，能夠大幅度提高機器人控制軟件的開發效率，并降低集成開發成本。

此應用框架主要由三個部分組成，機器人操作系統ROS，實時操作系統，混合操作系統支撐框架RGMP(RTOS and GPOS on Multi-Processor)。

--機器人操作系統ROS(含支持機器人操作系統ROS的非實時操作系統，通常是Linux)，用于提供基本的機器人應用、相應服務和系統資源。

--實時操作系統，用于提供機器人實時任務的服務和系統資源。

--混合操作系統支撐框架RGMP，用于支撐機器人操作系統ROS和實時操作系統的運行和協調。

RGMP是一個在多核處理器上支持實時操作系統和非實時操作系統并行運行的開源支撐框架，它利用SMP(對稱多核體系結構)計算機的中斷路由器獨立分配實時操作系統和非實時操作系統的中斷資源，可以自然地將這些操作系統分別并行運行在各處理器核心上，合理分配處理資源，減小系統耦合，并避免了傳統的共享式混合操作系統因同處一個處理器核心而帶來的資源競爭和切換問題。RGMP開源源碼及文檔見【1】，即：

http://rgmp.sourceforge.net/wiki/index.php/Main_Page

混合操作系統支撐框架RGMP包括以下四個系統布置內容部分:

---用戶通過實時應用框架RTroscpp實現快速開發實時機器人控制程序(可選)。

---非實時系統與實時系統分別單獨占用多核處理器的不同CPU核心，它們可同時維持各自的應用狀態而不必針對混合操作系統架構進行優化，其運行、調試均相互獨立。

---在混合系統運行時，實時與非實時操作系統獨立占有各自的硬件資源。

---對于共享設備的調度通過它們之間的通信來實現。

本發明中，實時系統與非實時系統之間使用機器人操作系統提供ROS的節點間通信協議，由RGMP為兩個系統之間提供以共享內存為基礎的上層通信接口，其中包括：