機(jī)器人實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)RGMP-ROS：VNET管道通信，擁有獨(dú)立的外設(shè)

RGMP 是一個(gè)利用多核架構(gòu)實(shí)現(xiàn)的實(shí)時(shí)與非實(shí)時(shí)操作d立運(yùn)行的混合操作 系統(tǒng)框架，如圖2-3所示。通用操作系統(tǒng)(Linux) 和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS) 在 各自的 CPU 上d立執(zhí)行。I/O 設(shè)備被分成實(shí)時(shí)設(shè)備和非實(shí)時(shí)設(shè)備，分別被實(shí)時(shí) 操作系統(tǒng)和非實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)控制。中斷控制器被用作中斷路由器，將兩種設(shè)備 的中斷信號路由到相應(yīng)的操作系統(tǒng)。其中， RTOS 接受實(shí)時(shí)中斷，如電機(jī)驅(qū)動、 傳感器等產(chǎn)生的中斷信號；Linux 接受非實(shí)時(shí)中斷，如人機(jī)交互、顯示等中斷信 息。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和通用操作系統(tǒng)都完全控制自己的 CPU, 所以沒有多余的軟 件層需要介入到操作系統(tǒng)和硬件之間。硬件中斷被每個(gè)操作系統(tǒng)直接處理。同 時(shí)各個(gè)操作系統(tǒng)d立運(yùn)行在各自的CPU 上不僅解決了CPU 共享問題，還能確保 操作系統(tǒng)之間不會相互影響。

Nuttx 是一個(gè)實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)，它小巧靈活，適合在微控制器的環(huán)境中使 用，并且具有較好的可擴(kuò)展性，能夠支持從小型(8位)至中型(32位)嵌入式系 統(tǒng) 。Nuttx 以完全符合標(biāo)準(zhǔn)、完全實(shí)時(shí)和完全開放為發(fā)展目標(biāo)，提供了機(jī)器人操作 系統(tǒng)所需的常用功能：UIP 協(xié)議棧、Shell、基本C 庫、簡單的幾個(gè)C++庫等。為了 解決ROS 實(shí)時(shí)性能不足的問題，基于上述技術(shù)要點(diǎn)，利用RGMP 本身混合操作系 統(tǒng)架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，通過將Nuttx 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)移植到RGMP 的實(shí)時(shí)部分，實(shí)現(xiàn)了基本 混合操作系統(tǒng)的構(gòu)建，創(chuàng)造了一個(gè)滿足實(shí)時(shí)性需要的 ROS 混合機(jī)器人操作系統(tǒng) RGMP-ROS。

RGMP-ROS的系統(tǒng)框圖如圖2-4所示，整個(gè)機(jī)器人混合操作系統(tǒng)由兩個(gè)部分組 成：一個(gè)是安裝在Linux 上的標(biāo)準(zhǔn)ROS 系統(tǒng)，另一個(gè)是運(yùn)行在實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)Nuttx 上的實(shí)時(shí)ROS 系統(tǒng)。我們將運(yùn)行在Linux 上的ROS 功能節(jié)點(diǎn)稱為非實(shí)時(shí)ROS 節(jié)點(diǎn)， 運(yùn)行在實(shí)時(shí)系統(tǒng)上的ROS 節(jié)點(diǎn)稱為ROS 實(shí)時(shí)節(jié)點(diǎn)，它們運(yùn)行在各自的操作系統(tǒng)之 上。實(shí)時(shí)與非實(shí)時(shí)節(jié)點(diǎn)之間通過RGMP 提供的VNET 管道進(jìn)行通信。實(shí)時(shí)ROS 節(jié) 點(diǎn)運(yùn)行在Nuttx 之上，能夠通過標(biāo)準(zhǔn)的ROS 通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)節(jié)點(diǎn)與實(shí)時(shí)節(jié)點(diǎn)、實(shí) 時(shí)節(jié)點(diǎn)與非實(shí)時(shí)節(jié)點(diǎn)之間的通信，并且傳遞符合ROS 協(xié)議規(guī)范的消息。實(shí)時(shí)節(jié)點(diǎn) 通過Nuttx 驅(qū)動與Nuttx 系統(tǒng)內(nèi)核和實(shí)時(shí)系統(tǒng)掛載的外部設(shè)備進(jìn)行交互，以達(dá)到控 制實(shí)時(shí)設(shè)備的目的。為了保證實(shí)時(shí)性，GPOS 與 RTOS 各自擁有d立的外設(shè)。