[发明专利]一种基于多核处理器架构的机器人混合系统应用框架

说明书

本发明描述了一种基于多核处理器架构的机器人混合系统应用框架。在采用ARM/X86多核处理器作为控制器的机器人系统中，利用ARM/X86多核处理器的多核并行处理结构，在整个机器人控制器同时运行由实时操作系统、非实时操作系统、系统支撑框架组成的机器人混合系统应用框架，来提供改进的操作系统服务。在该应用框架中，一个实时操作系统单独运行在其中一个ARM/X86核中，同时若干个非实时操作系统运行在其它ARM/X86核中，操作系统间彼此单独占用处理器资源与外设，分别运行不同实时性要求的机器人应用程序，应用程序可以以统一的机器人操作系统(ROS)应用节点形式使用。

本申请是中国专利申请第201410324304.3号的分案申请。

技术领域

本发明属于机器人领域，涉及一种基于多核处理器架构的机器人混合系统应用框架。

背景技术

机器人控制是机器人研究的一个重要领域，其对应用程序的需求日趋复杂，并伴随着使用各种实时与非实时操作系统来提供系统支持。程序员需要使用操作系统提供的丰富编程资源编写机器人控制程序，同时也需要操作系统提供的实时性支持。基于Linux的机器人操作系统(Robotic Operating System,ROS)就是为了提高机器人开发效率所诞生的开源操作系统，但Linux的非实时特性限制了机器人操作系统ROS在机器人实时控制领域的应用。而目前市场上有众多的实时操作系统，由于相对通用操作系统来说，它们大多都是功能单一，系统应用资源少，难以方便实现复杂的应用。机器人开发者需要在满足实时性的同时能够高效地开发出机器人应用程序。

发明内容

为了解决现有的技术问题，本发明提供一种基于多核处理器架构的机器人混合系统应用框架。该框架可以应用于各种基于ARM/X86多核架构的机器人控制器中，在保证实时性要求的同时，能够大幅度提高机器人控制软件的开发效率，并降低集成开发成本。

此应用框架主要由三个部分组成，机器人操作系统ROS，实时操作系统，混合操作系统支撑框架RGMP(RTOS and GPOS on Multi-Processor)。

--机器人操作系统ROS(含支持机器人操作系统ROS的非实时操作系统，通常是Linux)，用于提供基本的机器人应用、相应服务和系统资源。

--实时操作系统，用于提供机器人实时任务的服务和系统资源。

--混合操作系统支撑框架RGMP，用于支撑机器人操作系统ROS和实时操作系统的运行和协调。

RGMP是一个在多核处理器上支持实时操作系统和非实时操作系统并行运行的开源支撑框架，它利用SMP(对称多核体系结构)计算机的中断路由器独立分配实时操作系统和非实时操作系统的中断资源，可以自然地将这些操作系统分别并行运行在各处理器核心上，合理分配处理资源，减小系统耦合，并避免了传统的共享式混合操作系统因同处一个处理器核心而带来的资源竞争和切换问题。RGMP开源源码及文档见【1】，即：

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

混合操作系统支撑框架RGMP包括以下四个系统布置内容部分:

---用户通过实时应用框架RTroscpp实现快速开发实时机器人控制程序(可选)。

---非实时系统与实时系统分别单独占用多核处理器的不同CPU核心，它们可同时维持各自的应用状态而不必针对混合操作系统架构进行优化，其运行、调试均相互独立。

---在混合系统运行时，实时与非实时操作系统独立占有各自的硬件资源。

---对于共享设备的调度通过它们之间的通信来实现。