[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

摘要

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(图1)。

主权项

1.一种基于多核处理器架构的机器人混合系统，其特征在于包括：机器人操作系统(ROS)(12)，其包含支持机器人操作系统的非实时操作系统(13)，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(17)，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)(19)，用于支撑机器人操作系统和实时操作系统的运行和协调，将非实时操作系统(13)与实时操作系统(17)同时运行在多核处理器平台上，其中：所述多核处理器平台是基于ARM/X86架构的开放式多核处理器控制板、控制器和/或工控机，混合操作系统支撑框架RGMP包括RGMP非实时部分框架(191)和RGMP实时部分框架(192)，非实时操作系统(13)是嵌入式系统，运行在RGMP非实时部分框架(191)之上，实时操作系统(17)运行在RGMP实时部分框架(192)之上，非实时操作系统(13)包含操作系统基本的系统库SYS LIB(131)、C语言库LIBC(132)、网络协议NET(133)、BOOST库(134)、非实时操作系统内核(135)以及驱动程序(136)，实时操作系统(17)中提供有符合POSIX标准的系统调用接口，实时操作系统(17)包含操作系统基本的系统库SYS LIB(171)、C语言库LIBC(172)、网络协议NET(173)、BOOST库(174)、实时操作系统内核(175)以及驱动程序(176)，实时操作系统(17)和非实时操作系统(13)之间通过混合操作系统支撑框架RGMP(19)的VNET虚拟网络机制进行通信，实时操作系统(17)和非实时操作系统(13)分别单独占用多核处理器的不同处理器核心来运行，它们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，实时操作系统(17)和非实时操作系统(13)独立占有各自的硬件资源；对于共享设备的调度，实时操作系统(17)和非实时操作系统(13)通过它们之间的所述通信来实现，实时操作系统(17)和非实时操作系统(13)之间的所述通信通过混合操作系统支撑框架RGMP(19)的VNET虚拟网络机制进行，并使用机器人操作系统提供机器人操作系统的节点间通信协议，由混合操作系统支撑框架RGMP(19)为实时操作系统(17)和非实时操作系统(13)之间提供以共享内存为基础的上层通信接口，其中包括：‑‑‑实时与非实时系统之间的标准TCP/IP协议栈；‑‑‑实时系统调试信息打印管道；‑‑‑3个用户自定义接口，且实时操作系统(17)和非实时操作系统(13)分别使用计算机内存中不同的内存地址段，实时操作系统(17)和非实时操作系统(13)之间外部设备中断相互独立，无共享，中断通过所述ARM/X86多核处理器中提供的中断路由器进行独立分配，实时操作系统(17)和非实时操作系统(13)均使用标准的机器人操作系统编程与通信接口，在整个机器人系统中应用和控制程序都是以标准机器人操作系统节点的形式运行，可以由机器人操作系统统一管理，节点之间通过机器人操作系统标准通信接口进行通信，原来运行在机器人操作系统(12)上的不依赖第三方函数库的节点程序可被直接放置到实时操作系统(17)运行，实时应用在实时操作系统(17)上被编写，通过实时总线连接电机驱动器等实时外设，完成包括复杂电机运动控制在内的实时性要求高的任务。