迈向机器人的分布式实时框架

实时机器人应用的ROS 2.0通信评估

通常，默认情况下，DDS实现使用Linux 络堆栈（LNS）作为传输和 络层。 这使LNS成为ROS 2.0性能的关键部分。 但是， 络堆栈并未针对有限的延迟进行优化，而是针对给定时刻的吞吐量进行了优化。 换句话说，由于 络堆栈的当前状态，将存在一些限制。 不过，LNS提供了QoS机制和线程调整，可在内核级别改善关键流量的确定性。

Linux内核中如何处理数据包的重要部分实际上与如何处理硬件中断有关。 在普通的Linux内核中，硬件中断分为两个阶段。 首先，在触发中断时调用一个中断服务例程（ISR），然后，硬件中断得到确认，工作被推迟以待稍后执行。 在第二阶段，稍后执行软中断或“下半部分”以处理来自硬件设备的数据。 在PREEMPT-RT内核中，大多数ISR被迫在专门为中断创建的线程中运行。 这些线程称为IRQ线程[8]。 通过将IRQ作为内核线程处理，PREEMPT-RT内核允许将IRQ调度为用户任务，从而设置优先级和CPU亲和力，以分别进行管理。 线程中运行的IRQ处理程序本身可以被中断，因此可以减少由于中断引起的延迟。 为了我们的特殊利益，由于我们的应用程序需要发送关键流量，因此可以将以太 中断线程的优先级设置为高于其他IRQ线程，以改善 络确定性。

普通内核和PREEMPT-RT内核之间的另一个重要区别是在执行softirq的上下文中。 从内核版本3.6.1-rt1开始，软IRQ处理程序在引发该软IRQ [9]的线程的上下文中执行。 因此，通常在 络设备IRQ线程的上下文中执行NET_RX软IRQ，它是用于接收 络数据包的软irq。 这允许对 络处理上下文进行精细控制。 但是，如果 络IRQ线程被抢占或耗尽NAPI权重时间片，则以ksoftirqd / n（其中n是CPU的逻辑数）执行该线程。

在ksoftirqd / n上下文中处理数据包对于实时性很麻烦，因为该线程被不同的进程用于延迟的工作，并且会增加延迟。 另外，由于ksoftirqd线程以SCHED_OTHER策略运行，因此可以很容易地抢先使用它。 实际上，软IRQ通常是在以太 IRQ线程和ksoftirqd / n线程的上下文中执行的，用于高 络负载和高压力（CPU，内存，I / O等）。 这里的结论是，在正常情况下，我们可以预期合理的确定性行为，但是如果 络和系统已加载，则延迟会大大增加。

潜入结果

在整个实验测试中，获得了以下结果。 可以在原始出版物中获得详细信息：

阅读完整的文章， 址为https://arxiv.org/pdf/1809.02595.pdf 。

参考资料

[1] M. Quigley，K。Conley，B。Gerkey，J。Faust，T。Foote，J。Leibs，R。Wheeler和AY Ng，“罗斯：开源机器人操作系统”，在ICRA研讨会上在开源软件上，第 3 3.2。 日本神户，2009年，第2页。 5，

[2] CSVGutiérrez，LUS Juan，IZ Ugarte和VM Vilches，“机器人的时间敏感 络”，CoRR，第1卷。 abs / 1804.07643，2018. [在线]。 可用： http ： //arxiv.org/abs/1804.07643

[3] CSVGutiérrez，L。Usategui San Juan，I。Zamalloa Ugarte和V. Mayoral Vilches，“实时Linux通信：对用于实时机器人应用程序的Linux通信堆栈的评估”，ArXiv电子版， 2018年8月。

[4] Y. Maruyama，S。Kato和T. Azumi，“探索ros2的性能”，在2016年嵌入式软件国际会议（EMSOFT）上，2016年10月，第1-10页。

[5]“ Ros 2.0设计”， http ：//design.ros2.org/ ，访问：2018-07-27。

[6]“实时系统简介”， http ：//design.ros2.org/articles/realtime_background.html，访问：2018–04–12。

[7] F. Cerqueira和BB Brandenburg，“ Linux，抢占rt和石蕊rt中调度延迟的比较。”

[8] J. Edge，“将中断移至线程”，2008年10月，[访问：2018年4月12日]。 [线上]。 可用： https : //lwn.net/Articles/302043/

[9] J. Corbet，“软件中断和实时”，2012年10月，[访问时间：2018年4月12日]。 [线上]。 可用： https: //lwn.net/Articles/ 520076 /

翻译自: https://hackernoon.com/towards-a-distributed-and-real-time-framework-for-robots-469ba77d6c42

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