【自適應(yīng)計(jì)算在機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用】連載六：自適應(yīng)計(jì)算平臺(tái)實(shí)現(xiàn)ROS之路

【自適應(yīng)計(jì)算在機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用】連載六：自適應(yīng)計(jì)算平臺(tái)實(shí)現(xiàn)ROS之路VíctorMayoral-Vilches和GiulioCorradi，賽靈思公司連載六：自適應(yīng)計(jì)算平臺(tái)實(shí)現(xiàn)ROS之路？表1和表2總結(jié)的是將ROS和ROS2分別實(shí)現(xiàn)在圖1所示一些自適應(yīng)計(jì)算平臺(tái)的既往研究。圖4所示的是歷年來最具相關(guān)性的成果。圖1：賽靈思自適應(yīng)計(jì)算解決方案表1：在自適應(yīng)計(jì)算平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)ROS的既往研究表2：有關(guān)在自適應(yīng)計(jì)算平臺(tái)上運(yùn)行ROS的既往研究圖2：ROS與ROS2演進(jìn)變革圖2反映出科研界對(duì)促進(jìn)自適應(yīng)計(jì)算發(fā)展的興趣越來越濃厚。從ROS的角度來看，可以將過去的研究分為三類：第一類研究提出幫助機(jī)器人專家充分利用硬件加速功能，將ROS計(jì)算圖的一部分卸載到可編程邏輯（FPGA）并進(jìn)行加速的工具和方法。第二類研究提出加速ROS底層的概念，特別是用網(wǎng)絡(luò)堆棧優(yōu)化節(jié)點(diǎn)間的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)交互。根據(jù)“Real-timeLinuxcommunications：anevaluationofthelinuxcommunicationstackforreal-timeroboticapplications”的描述，網(wǎng)絡(luò)堆棧是ROS通信的瓶頸，“Accelerationofpublish/subscribemessaginginROS-compliantFPGAcomponent”等研究對(duì)實(shí)時(shí)分布式系統(tǒng)有參考價(jià)值。第三類研究提出用自適應(yīng)計(jì)算優(yōu)化ROS計(jì)算圖。除了在用戶空間層面加速特定應(yīng)用和ROS庫，值得一提的還有在流程間、流程內(nèi)乃至網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的層面上加速ROS節(jié)點(diǎn)間的交互。由于機(jī)器人行為建立在ROS節(jié)點(diǎn)交互的結(jié)果之上，因此用于這個(gè)用途的加速器通過從總體上減少ROS和ROS2計(jì)算圖數(shù)據(jù)流，顯著影響總時(shí)延。也就是說，在考慮ROS和ROS2時(shí)，必須應(yīng)用全面的硬件加速視圖。這種視圖能體現(xiàn)：a）對(duì)流程中、流程內(nèi)、網(wǎng)絡(luò)內(nèi)（含底層）ROS計(jì)算圖交互的優(yōu)化；以及b）對(duì)ROS上運(yùn)行的應(yīng)用的加速。要點(diǎn)總結(jié)：在考慮ROS和ROS2時(shí)，必須應(yīng)用全面的硬件加速視圖。這種視圖能體現(xiàn)：a）對(duì)流程中、流程內(nèi)、網(wǎng)絡(luò)內(nèi)（含底層）的ROS計(jì)算圖交互的優(yōu)化；以及b）對(duì)ROS上運(yùn)行的應(yīng)用的加速。根據(jù)圖2列出的既往研究，還可以得出另一個(gè)結(jié)論。過去的大多數(shù)方法主要都是從硬件工程師的視角解決自適應(yīng)計(jì)算與ROS的集成問題，其提出的大多數(shù)工具和方法都有一個(gè)先決條件，即最終用戶必須具備嵌入式流和硬件流的既有經(jīng)驗(yàn)。這往往意味著需要熟悉RTL、HDL和HLS等概念，或能熟練使用Vivado?設(shè)計(jì)套件或Vitis?統(tǒng)一軟件平臺(tái)等工具。類似地，部署到嵌入式目標(biāo)也需要用戶在一定程度上熟悉Yocto，OpenEmbedded以及相關(guān)工具。大多數(shù)從事ROS研發(fā)的機(jī)器人專家不具備這樣的能力。要集成自適應(yīng)計(jì)算，需要采用一種以ROS為中心的方法。硬件和嵌入式流程必須直接集成到ROS生態(tài)系統(tǒng)中，提供的體驗(yàn)與機(jī)器人專家在其桌面工作