作者：VíctorMayoral-Vilches跟GiulioCorradi，賽(sai)靈思公司(si)
連載七：用ROS2正在機器人外部集成自順(shun)應計較的(de)新架構
圖1所示的(de)架構(gou)將硬(ying)件加(jia)速(su)集成(cheng)到ROS2中，同(tong)時(shi)保持(chi)以機器人(ren)專(zhuan)家為中間的(de)理念。沒有(you)要求熟(shu)習(xi)(xi)非ROS對(dui)象(xiang)（如Vivado或(huo)ViTIs對(dui)象(xiang)），或(huo)熟(shu)習(xi)(xi)OpenEmbedded或(huo)Yocto。另外(wai)，該架構(gou)構(gou)建正(zheng)在開放的(de)尺(chi)度之上，以C++++跟OpenCL作為天生加(jia)速(su)內核的(de)方針計較語言。經(jing)由過程(cheng)這類(lei)方式(shi)，機器人(ren)范疇(chou)的(de)大多(duo)數用(yong)戶皆可(ke)以受益(yi)于(yu)硬(ying)件加(jia)速(su)的(de)功用(yong)。該架構(gou)基于(yu)三大支柱構(gou)建：ROS構(gou)建體系、ROS元(yuan)構(gou)建對(dui)象(xiang)和嵌入式(shi)固件。
圖(tu)1：ROS2硬件加速工作(zuo)組(zu)初始架構
煤矸石分揀機器人機械手設計第一(yi)個支(zhi)柱是amentROS2構建體(ti)(ti)系的(de)(de)(de)(de)擴(kuo)展(zhan)。ament_viTIs經(jing)(jing)由過(guo)程(cheng)一(yi)系列CMake宏(hong)跟(gen)(gen)實用(yong)(yong)工具實現(xian)這(zhe)些擴(kuo)展(zhan)，將ViTIs對(dui)象(xiang)包括到ROS2生態系統(tong)內。發起的(de)(de)(de)(de)架構是一(yi)種(zhong)合用(yong)(yong)于(yu)(yu)(yu)簡(jian)直任何加(jia)速(su)(su)技(ji)巧的(de)(de)(de)(de)架構，即ament_acceleraTIon籠(long)統(tong)層從框架跟(gen)(gen)軟件(jian)平臺(tai)籠(long)統(tong)構建體(ti)(ti)系擴(kuo)展(zhan)，為(wei)(wei)FPGA跟(gen)(gen)GPU供(gong)給撐(cheng)持。作為(wei)(wei)替換加(jia)速(su)(su)技(ji)巧的(de)(de)(de)(de)例子，圖10里包括了(le)ament_rocm，展(zhan)示將來集(ji)成ROCm5軟件(jian)開發平臺(tai)的(de)(de)(de)(de)潛力，以實現(xian)HPC/超大規(gui)模級(ji)GPU計較。正在后盾，ament_acceleration的(de)(de)(de)(de)每次專門優(you)化(hua)皆須(xu)要對(dui)應的(de)(de)(de)(de)庫(ku)。例如，ament_vitis依賴Vitis跟(gen)(gen)賽靈思運(yun)轉時。后者是一(yi)種(zhong)開源的(de)(de)(de)(de)標準(zhun)化(hua)軟件(jian)接(jie)口，用(yong)(yong)于(yu)(yu)(yu)簡(jian)化(hua)使用(yong)(yong)代碼跟(gen)(gen)加(jia)速(su)(su)內核之間的(de)(de)(de)(de)通訊(xun)。Vitis對(dui)象(xiang)跟(gen)(gen)XRT完(wan)整對(dui)機(ji)器人工程(cheng)師潛藏，不只簡(jian)化(hua)了(le)加(jia)速(su)(su)內核的(de)(de)(de)(de)創立，并且借資助機(ji)器人專家專注于(yu)(yu)(yu)計較圖象(xiang)的(de)(de)(de)(de)改善。經(jing)(jing)由過(guo)程(cheng)供(gong)給如同任何其他(ta)ROS封裝(zhuang)的(de)(de)(de)(de)體(ti)(ti)驗(yan)，以這(zhe)類(lei)方(fang)法實現(xian)簡(jian)化(hua)加(jia)速(su)(su)內核創立事情的(de)(de)(de)(de)方(fang)針。圖2所(suo)示的(de)(de)(de)(de)代碼列表(biao)1展(zhan)現(xian)的(de)(de)(de)(de)是利用(yong)(yong)ament_vitisROS封裝(zhuang)的(de)(de)(de)(de)示例。宏(hong)vitis_acceleration_kernel供(gong)給靈活性，容許用(yong)(yong)戶無縫天擴(kuo)展(zhan)并取舍加(jia)速(su)(su)ROS封裝(zhuang)的(de)(de)(de)(de)哪(na)些部(bu)門。
圖2：代碼列表1
第二個(ge)支(zhi)柱擴展“colcon”ROS元構建(jian)對象，以集成硬(ying)件加速公用流。
第三(san)個(ge)支柱是嵌入式固件(jian)。抒(shu)發(fa)為acceleration_firmware，第三(san)個(ge)支柱致力于為硬(ying)件(jian)加(jia)速平(ping)(ping)臺(tai)(tai)供給(gei)固件(jian)公用工件(jian)，如許便能針對這些工件(jian)編(bian)譯(yi)加(jia)速內核，從而(er)簡化流(liu)(liu)程(cheng)(cheng)(cheng)并連結(jie)ROS開辟流(liu)(liu)程(cheng)(cheng)(cheng)。提出的(de)架構正(zheng)(zheng)在構建(jian)(jian)時特(te)地思量到(dao)各(ge)類硬(ying)件(jian)加(jia)速平(ping)(ping)臺(tai)(tai)，可以(yi)撐持邊緣器件(jian)，和(he)合(he)用于工作(zuo)站、數據中(zhong)心甚至云硬(ying)件(jian)加(jia)速的(de)PCIe?加(jia)速器。平(ping)(ping)臺(tai)(tai)取舍經(jing)(jing)由過程(cheng)(cheng)(cheng)正(zheng)(zheng)在ROS事情(qing)空(kong)間資源中(zhong)參加(jia)特(te)定(ding)的(de)acceleration_firmware庫（acceleration_firmware_xilinx）去(qu)實(shi)現。構建(jian)(jian)進程(cheng)(cheng)(cheng)中(zhong)的(de)平(ping)(ping)臺(tai)(tai)取舍（本例中(zhong)為賽靈思ZynqUltraScale+?MPSoCZCU102平(ping)(ping)臺(tai)(tai)）經(jing)(jing)由過程(cheng)(cheng)(cheng)colconmixins去(qu)實(shi)現。經(jing)(jing)由過程(cheng)(cheng)(cheng)這類方(fang)法，colconbuild-build-base=build-zcu102-install-base=install-zcu102-merge-install-mixinzcu102將(jiang)為ZCU102硬(ying)件(jian)平(ping)(ping)臺(tai)(tai)構建(jian)(jian)完全的(de)ROS2事情(qing)空(kong)間，穿(chuan)插(cha)編(bian)譯(yi)ROS封裝，正(zheng)(zheng)在運轉中(zhong)視環境為ZCU102平(ping)(ping)臺(tai)(tai)天生內核。一切中(zhong)央步調完整實(shi)現自動化，并且(qie)發(fa)生的(de)install-zcu102目(mu)次能間接正(zheng)(zheng)在硬(ying)件(jian)中(zhong)利(li)用。
引進郵件分揀機器人為了包容(rong)中央工件(jian)并正在嵌入(ru)式(shi)流程中供給靈(ling)活性，acceleration_firmware正在ROS2事情(qing)空間中引入(ru)新的子文件(jian)夾布(bu)局，即《ros2-workspace-path》/acceleration/firmware/《platform》門路。
圖3是acceleration_examplesROS2封裝(zhuang)構(gou)建實(shi)現(xian)后(hou)，該(gai)架構(gou)的(de)事情方法預演。流(liu)程從colcon構(gou)建ROS2事情空間起(qi)頭。無(wu)需利(li)用特別的(de)旗標，只是對應的(de)封裝(zhuang)跟(gen)硬(ying)件加(jia)速工作(zuo)組(zu)基礎設(she)施必需位于事情空間的(de)src目次內。colcon將(jiang)(jiang)為開辟工作(zuo)站架構(gou)構(gou)建每(mei)一個封裝(zhuang)。那(nei)此中包括(kuo)ament_vitisCmake宏，該(gai)宏將(jiang)(jiang)一系列(lie)CMake擴展布置(zhi)到發生的(de)當地ROS2疊加(jia)事情空間中。
這(zhe)(zhe)些(xie)擴展(zhan)與當地Vitis裝置(zhi)相連(lian)，對ROS2包(bao)間接(jie)供給其功(gong)用。換句話說，ROS2包(bao)能從(cong)它們(men)的文件利用這(zhe)(zhe)些(xie)宏，而且利用賽靈(ling)思的硬件加速對象。
自動分揀機器人調閾值固(gu)件(jian)包(bao)(bao)（如acceleration_firmware_kv260）是該架(jia)構的(de)(de)(de)(de)緊張組件(jian)。切(qie)換(huan)加速(su)器(qi)時，只(zhi)需用(yong)合用(yong)于新的(de)(de)(de)(de)方(fang)針加速(su)器(qi)的(de)(de)(de)(de)包(bao)(bao)替代這(zhe)個(ge)包(bao)(bao)便可。隨意率性(xing)一(yi)個(ge)無效(xiao)的(de)(de)(de)(de)固(gu)件(jian)包(bao)(bao)都(dou)應(ying)包(bao)(bao)括固(gu)件(jian)工(gong)件(jian)跟(gen)(gen)CMake邏輯，以(yi)便正在(zai)ROS疊(die)加事情空間中精(jing)確(que)地為實現硬件(jian)加速(su)目標而解包(bao)(bao)、布置(zhi)跟(gen)(gen)設置(zhi)固(gu)件(jian)。另外，無效(xiao)的(de)(de)(de)(de)固(gu)件(jian)包(bao)(bao)應(ying)包(bao)(bao)括根文件(jian)系統、根文件(jian)系統的(de)(de)(de)(de)sysroot或正在(zai)構建時自(zi)動天(tian)生ROS2mixins的(de)(de)(de)(de)模(mo)板，以(yi)簡(jian)化嵌入式流程跟(gen)(gen)其他方(fang)面。如需進一(yi)步具體相識，請參(can)閱任何(he)官方(fang)固(gu)件(jian)包(bao)(bao)的(de)(de)(de)(de)完(wan)全工(gong)件(jian)列表。
總之，起首挪用(yong)colcon構建，讓ROS2事情空間(jian)為硬(ying)件(jian)加速做(zuo)好籌備并(bing)將(jiang)文件(jian)布置正在當地(di)疊加內(nei)（圖3，插圖編號2、3跟4）。在此(ci)之后，從當地(di)疊加第(di)二次挪用(yong)帶-mixin《target-board》旗標的(de)colcon構建，將(jiang)停止穿插編譯并(bing)依據須(xu)要為方針加速器硬(ying)件(jian)天生(sheng)加速器。從這一(yi)點起頭，colcon_acceleration包有助(zhu)于其余流程的(de)進一(yi)步自動化。這部分已超越本(ben)文所要商量(liang)的(de)內(nei)容。
下列三(san)種分(fen)歧的電路開發板曾經取得根本撐持：賽靈思ZynqUltraScale+MPSoCZCU102，ZCU104和Kria?KV260視(shi)覺AI入門套件。
快遞分揀機器人發展前景圖3：HAWG初(chu)始架構內ROS2包之(zhi)間的(de)交互走(zou)查
要點總結：正在既往研討(tao)的開導(dao)下，以后研討(tao)提出一種以ROS2為中(zhong)間的架構，讓硬件加速正在ROS生態(tai)系統中(zhong)施展關(guan)鍵作用(yong)。圖12表現的發起被模塊化成(cheng)分歧的ROS2包(bao)，它們的構建方法與任何其他ROS包(bao)一樣。這類(lei)架構合(he)用(yong)于(yu)各類(lei)平臺（對準邊緣、工作站、數(shu)據(ju)中(zhong)心或云(yun)供給(gei)撐持），也合(he)用(yong)于(yu)各類(lei)技巧(qiao)，而且只需供給(gei)對應(ying)的專業acceleration_firmware，便能(neng)輕(qing)松天將其移植到其他電路板。
表4總結了(le)這里提出的(de)(de)方式與之前的(de)(de)事情的(de)(de)比(bi)力。
表(biao)4：ROS與ROS2各種(zhong)自順應計較集(ji)成(cheng)方式比力表(biao)（含賽(sai)靈思ament_vitis）
快遞智能分揀機器人分揀機器人揚中五軸分揀機器人