作者：VíctorMayoral-Vilches跟(gen)GiulioCorradi，賽靈思(si)公司
連載七：用ROS2正(zheng)在機器人外部集成自順應(ying)計較的新架(jia)構(gou)
圖1所示的架構(gou)將(jiang)硬件加(jia)速(su)(su)集成到ROS2中，同時保持(chi)以機(ji)器人專(zhuan)家為中間的理(li)念。沒有(you)要求熟習(xi)非(fei)ROS對象(xiang)（如Vivado或(huo)(huo)ViTIs對象(xiang)），或(huo)(huo)熟習(xi)OpenEmbedded或(huo)(huo)Yocto。另(ling)外，該(gai)架構(gou)構(gou)建(jian)正在開放的尺度(du)之上(shang)，以C++++跟OpenCL作為天生加(jia)速(su)(su)內核(he)的方(fang)針計較(jiao)語言(yan)。經由過程這類方(fang)式(shi)，機(ji)器人范疇的大(da)多(duo)數用(yong)(yong)戶皆可以受(shou)益(yi)于硬件加(jia)速(su)(su)的功用(yong)(yong)。該(gai)架構(gou)基于三大(da)支柱構(gou)建(jian)：ROS構(gou)建(jian)體系(xi)、ROS元構(gou)建(jian)對象(xiang)和嵌入式(shi)固件。
圖1：ROS2硬件加速工作組初(chu)始架構
煤矸石分揀機器人機械手設計第一(yi)個(ge)支柱是(shi)amentROS2構建體系(xi)(xi)的(de)(de)(de)擴(kuo)展(zhan)。ament_viTIs經由(you)過程一(yi)系(xi)(xi)列CMake宏跟實(shi)用(yong)工具實(shi)現這些(xie)擴(kuo)展(zhan)，將(jiang)ViTIs對(dui)象包括(kuo)到(dao)ROS2生態(tai)系(xi)(xi)統內(nei)。發起(qi)的(de)(de)(de)架(jia)構是(shi)一(yi)種合用(yong)于簡直任(ren)何(he)加(jia)(jia)(jia)(jia)速(su)技巧(qiao)的(de)(de)(de)架(jia)構，即(ji)ament_acceleraTIon籠(long)(long)統層(ceng)從(cong)框(kuang)架(jia)跟軟件平臺(tai)籠(long)(long)統構建體系(xi)(xi)擴(kuo)展(zhan)，為FPGA跟GPU供(gong)給撐持。作(zuo)為替(ti)換加(jia)(jia)(jia)(jia)速(su)技巧(qiao)的(de)(de)(de)例子，圖(tu)10里包括(kuo)了ament_rocm，展(zhan)示(shi)將(jiang)來(lai)集成ROCm5軟件開(kai)發平臺(tai)的(de)(de)(de)潛(qian)力，以實(shi)現HPC/超(chao)大規模級GPU計較。正(zheng)在后盾，ament_acceleration的(de)(de)(de)每次專門(men)優(you)化(hua)(hua)皆須要對(dui)應的(de)(de)(de)庫(ku)。例如(ru)，ament_vitis依(yi)賴Vitis跟賽靈(ling)思運轉(zhuan)時。后者是(shi)一(yi)種開(kai)源的(de)(de)(de)標準化(hua)(hua)軟件接(jie)口(kou)，用(yong)于簡化(hua)(hua)使用(yong)代碼跟加(jia)(jia)(jia)(jia)速(su)內(nei)核(he)之間的(de)(de)(de)通訊。Vitis對(dui)象跟XRT完整(zheng)對(dui)機(ji)器人工程師潛(qian)藏，不只簡化(hua)(hua)了加(jia)(jia)(jia)(jia)速(su)內(nei)核(he)的(de)(de)(de)創立，并且借資助機(ji)器人專家專注于計較圖(tu)象的(de)(de)(de)改善。經由(you)過程供(gong)給如(ru)同任(ren)何(he)其他ROS封(feng)裝(zhuang)的(de)(de)(de)體驗，以這類方法實(shi)現簡化(hua)(hua)加(jia)(jia)(jia)(jia)速(su)內(nei)核(he)創立事情的(de)(de)(de)方針。圖(tu)2所(suo)示(shi)的(de)(de)(de)代碼列表1展(zhan)現的(de)(de)(de)是(shi)利用(yong)ament_vitisROS封(feng)裝(zhuang)的(de)(de)(de)示(shi)例。宏vitis_acceleration_kernel供(gong)給靈(ling)活性，容許用(yong)戶無縫天(tian)擴(kuo)展(zhan)并取(qu)舍加(jia)(jia)(jia)(jia)速(su)ROS封(feng)裝(zhuang)的(de)(de)(de)哪些(xie)部門(men)。
圖2：代碼列表1
第二個支柱擴展(zhan)“colcon”ROS元構(gou)建對象，以(yi)集成硬件(jian)加速公用流。
第三個(ge)支柱是嵌入式固(gu)件(jian)(jian)。抒發為(wei)acceleration_firmware，第三個(ge)支柱致力于為(wei)硬(ying)件(jian)(jian)加(jia)速(su)平臺(tai)供給固(gu)件(jian)(jian)公用工(gong)件(jian)(jian)，如許便(bian)能(neng)針對(dui)這些(xie)工(gong)件(jian)(jian)編(bian)(bian)譯加(jia)速(su)內(nei)核，從而簡(jian)化(hua)流(liu)程(cheng)并(bing)連結ROS開辟流(liu)程(cheng)。提出的架構正在(zai)構建時特(te)地思量到(dao)各(ge)類(lei)硬(ying)件(jian)(jian)加(jia)速(su)平臺(tai)，可以撐持邊緣器件(jian)(jian)，和合(he)用于工(gong)作站、數據中(zhong)心甚至(zhi)云(yun)硬(ying)件(jian)(jian)加(jia)速(su)的PCIe?加(jia)速(su)器。平臺(tai)取舍經由過程(cheng)正在(zai)ROS事情空間(jian)資源中(zhong)參加(jia)特(te)定的acceleration_firmware庫（acceleration_firmware_xilinx）去(qu)實現。構建進(jin)程(cheng)中(zhong)的平臺(tai)取舍（本例中(zhong)為(wei)賽靈思ZynqUltraScale+?MPSoCZCU102平臺(tai)）經由過程(cheng)colconmixins去(qu)實現。經由過程(cheng)這類(lei)方(fang)法，colconbuild-build-base=build-zcu102-install-base=install-zcu102-merge-install-mixinzcu102將(jiang)為(wei)ZCU102硬(ying)件(jian)(jian)平臺(tai)構建完全(quan)的ROS2事情空間(jian)，穿插編(bian)(bian)譯ROS封(feng)裝，正在(zai)運轉中(zhong)視環境為(wei)ZCU102平臺(tai)天生內(nei)核。一切中(zhong)央步調完整實現自動化(hua)，并(bing)且發生的install-zcu102目次能(neng)間(jian)接正在(zai)硬(ying)件(jian)(jian)中(zhong)利用。
引進郵件分揀機器人為了包容中央工件并正在嵌入式流程中供給靈活性，acceleration_firmware正在ROS2事情空間(jian)中引入新的子文件夾布局，即《ros2-workspace-path》/acceleration/firmware/《platform》門路。
圖3是(shi)acceleration_examplesROS2封(feng)裝構(gou)建實現后，該(gai)架構(gou)的事情方(fang)法(fa)預演。流程從colcon構(gou)建ROS2事情空間起(qi)頭。無需(xu)(xu)利用特別的旗標，只是(shi)對應(ying)的封(feng)裝跟硬(ying)件加速工(gong)作組基礎設施(shi)必需(xu)(xu)位于(yu)事情空間的src目(mu)次內。colcon將為開(kai)辟(pi)工(gong)作站架構(gou)構(gou)建每一個封(feng)裝。那此中(zhong)包括ament_vitisCmake宏(hong)，該(gai)宏(hong)將一系列CMake擴(kuo)展(zhan)布置到發(fa)生的當地(di)ROS2疊(die)加事情空間中(zhong)。
這(zhe)些(xie)擴展與當(dang)地Vitis裝置(zhi)相連，對(dui)ROS2包(bao)間接供給其功用。換句話(hua)說，ROS2包(bao)能(neng)從(cong)它們的(de)文件利用這(zhe)些(xie)宏，而且利用賽靈思的(de)硬件加速對(dui)象。
自動分揀機器人調閾值固(gu)件(jian)(jian)包(bao)(bao)(bao)（如(ru)acceleration_firmware_kv260）是該(gai)架(jia)構(gou)的(de)緊張組件(jian)(jian)。切換加(jia)速(su)器時(shi)，只需用(yong)合(he)用(yong)于新(xin)的(de)方針加(jia)速(su)器的(de)包(bao)(bao)(bao)替代這個(ge)包(bao)(bao)(bao)便可。隨(sui)意率性一個(ge)無效(xiao)的(de)固(gu)件(jian)(jian)包(bao)(bao)(bao)都應包(bao)(bao)(bao)括固(gu)件(jian)(jian)工件(jian)(jian)跟CMake邏輯，以便正(zheng)在(zai)ROS疊加(jia)事情空間中精確地為實現硬件(jian)(jian)加(jia)速(su)目標而解包(bao)(bao)(bao)、布(bu)置跟設(she)置固(gu)件(jian)(jian)。另外，無效(xiao)的(de)固(gu)件(jian)(jian)包(bao)(bao)(bao)應包(bao)(bao)(bao)括根(gen)文(wen)件(jian)(jian)系統、根(gen)文(wen)件(jian)(jian)系統的(de)sysroot或正(zheng)在(zai)構(gou)建時(shi)自動天生ROS2mixins的(de)模板，以簡化嵌入式流程跟其(qi)他方面。如(ru)需進一步具(ju)體(ti)相識，請參閱任何(he)官方固(gu)件(jian)(jian)包(bao)(bao)(bao)的(de)完全工件(jian)(jian)列表。
總之(zhi)，起首挪用colcon構建，讓ROS2事情空(kong)間為(wei)硬(ying)件加(jia)(jia)(jia)速(su)做好籌備并將文件布(bu)置正(zheng)在當地疊加(jia)(jia)(jia)內（圖3，插(cha)圖編號(hao)2、3跟4）。在此之(zhi)后，從當地疊加(jia)(jia)(jia)第二次(ci)挪用帶-mixin《target-board》旗標的colcon構建，將停(ting)止(zhi)穿插(cha)編譯(yi)并依據須要(yao)為(wei)方針(zhen)加(jia)(jia)(jia)速(su)器(qi)硬(ying)件天生加(jia)(jia)(jia)速(su)器(qi)。從這一(yi)點起頭，colcon_acceleration包(bao)有(you)助于其余流程的進一(yi)步自動化。這部分已超越本(ben)文所要(yao)商量的內容。
下(xia)列(lie)三種(zhong)分歧的電路(lu)開發板(ban)曾經取得根本撐持：賽(sai)靈思ZynqUltraScale+MPSoCZCU102，ZCU104和(he)Kria?KV260視覺AI入(ru)門套件。
快遞分揀機器人發展前景圖3：HAWG初始架構內ROS2包之間的交(jiao)互走查
要點總(zong)結：正(zheng)在既往(wang)研討的(de)(de)(de)(de)開(kai)導下，以后研討提出一種以ROS2為中(zhong)間的(de)(de)(de)(de)架構，讓硬(ying)件(jian)加(jia)速正(zheng)在ROS生態系(xi)統中(zhong)施展關(guan)鍵作用(yong)。圖12表現的(de)(de)(de)(de)發起被模塊化成(cheng)分歧的(de)(de)(de)(de)ROS2包，它們的(de)(de)(de)(de)構建方法與任何其(qi)他ROS包一樣。這類(lei)架構合(he)用(yong)于(yu)各類(lei)平臺(tai)（對準(zhun)邊緣、工(gong)作站、數據中(zhong)心或云供給撐持），也合(he)用(yong)于(yu)各類(lei)技巧，而且只需供給對應的(de)(de)(de)(de)專(zhuan)業(ye)acceleration_firmware，便能(neng)輕松天將其(qi)移植到其(qi)他電路板。
表4總(zong)結了這里(li)提出的(de)方式與之(zhi)前的(de)事情的(de)比力。
表4：ROS與ROS2各種自(zi)順應計(ji)較集成方式比力表（含賽(sai)靈思ament_vitis）
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