ICS25.040.30 J28 中华人民共和国国家标准 GB/T33264—2016 面 向多核处理器的机器人 实时操作系统应用框架 Frameworkofreal-timerobotoperatingsystemonmulti-coreprocessor 2016-12-13发布 2017-07-01实施 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中国国家标准化管理委员会发布目 次 前言 Ⅰ ………………………………………………………………………………………………………… 1 范围 1 ……………………………………………………………………………………………………… 2 术语和定义 1 ……………………………………………………………………………………………… 3 缩略语 2 …………………………………………………………………………………………………… 4 机器人实时操作系统的应用框架设计原则 3 …………………………………………………………… 4.1 概述 3 ………………………………………………………………………………………………… 4.2 跨平台原则 3 ………………………………………………………………………………………… 4.3 结构分离原则 3 ……………………………………………………………………………………… 4.4 功能模块化设计原则 3 ……………………………………………………………………………… 4.5 多核分布式管理原则 3 ……………………………………………………………………………… 4.6 可扩展原则 3 ………………………………………………………………………………………… 5 机器人实时操作系统的应用框架 3 ……………………………………………………………………… 5.1 概述 3 ………………………………………………………………………………………………… 5.2 中断管理 4 …………………………………………………………………………………………… 5.3 分布式运行 5 ………………………………………………………………………………………… 5.4 通信接口 5 …………………………………………………………………………………………… 5.5 应用编程接口 6 ……………………………………………………………………………………… 5.6 实时操作系统的函数接口 6 ………………………………………………………………………… 5.7 非实时节点的应用编程接口 6 ……………………………………………………………………… 5.8 实时节点的应用编程接口 6 ………………………………………………………………………… 5.9 节点通信自定义消息 6 ……………………………………………………………………………… 附录A(资料性附录) 实时系统需要移植的关键函数和变量的相关功能 8 …………………………… 附录B(资料性附录) 非实时节点应用编程接口 9 ……………………………………………………… 参考文献 14 ……………………………………………………………………………………………………GB/T33264—2016 前 言 本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。 本标准由中国机械工业联合会提出。 本标准由全国自动化系统与集成标准化技术委员会(SAC/TC159)归口。 本标准主要起草单位:北京航空航天大学、首都师范大学、北京化工大学、北京机械工业自动化研究 所、中机生产力促进中心。 本标准主要起草人:邵振洲、魏洪兴、谈金东、关永、张杰、陈友东、黄真、邹莹、王瑞、施智平、王振丽。 ⅠGB/T33264—2016 面向多核处理器的机器人 实时操作系统应用框架 1 范围 本标准规定了面向多核处理器的机器人实时操作系统的应用程序框架及其设计原则。 本标准适用于机器人实时操作系统开发者、机器人应用软件开发者及机器人操作系统使用者。 2 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 2.1 机器人操作系统 robotoperatingsystem 由底层操作系统层和软件应用层组成,为机器人提供硬件抽象描述、底层驱动程序管理和程序间的 消息传递等类操作系统功能,以及定位绘图,任务规划,感知与导航等上层应用功能。 注:具体应用功能术语参照GB/T12643—2013。 2.2 多核处理器 multi-coreprocessor 在一个处理器中集成两个或多个完整的计算引擎(内核),每个执行内核是独立的逻辑处理器,并 占用相应的执行资源。 2.3 机器人实时操作系统 real-timerobotoperatingsystem 保证机器人在规定的时间内完成特定任务,并能够协调所有实时任务的操作系统。 2.4 中断请求 interruptrequest 向CPU发出命令请求,让CPU暂停正在执行的程序,保护现场后去执行相应的处理程序,处理完 成后再继续执行之前的程序。 2.5 消息告知中断 message-signaledinterrupt 在系统特定内存地址写入中断数据,通知CPU中断。 2.6 节点 node 直接执行运算任务的进程。 2.7 消息 message 一种用于节点间通信的数据结构。 2.8 主题 topic 用于发布/订阅消息内容的特定标识。 1GB/T33264—2016 2.9 服务 service 节点间的通信方式,由一个消息对组成,包括请求消息和回复消息。 2.10 节点管理器 nodemaster 为节点存储主题和服务的注册信息,用于管理节点间的消息交换和调用服务。 2.11 包 package 组织机器人操作系统软件的主要形式,包括节点、独立于机器人操作系统的库、数据集、相关配置文 件以及第三方软件等。 2.12 堆 stack 包的集合,能够提供一个完整的功能。 2.13 传输控制协议/因特网互联协议 transmissioncontrolprotocol/internetprotocol 因特网最基本的协议,由传输层的TCP协议和网络层的IP协议组成。 2.14 用户数据报协议 userdatagramprotocol 一种无连接的传输层协议,提供面向事务的简单不可靠信息传送服务。 2.15 可扩展标记语言 extensiblemarkuplanguage 用于标记电子文件使其具有结构性的标记语言。 2.16 XML远程过程调用 XMLremoteprocedurecall 使用XML格式来传输命令和数据,使用HTTP作为传输机制。 2.17 虚拟网络 virtualnetwork 一种不包含物理连接,通过网络虚拟化实现的计算机网络。 3 缩略语 下列缩略语适用于本文件。 GPOS:通用操作系统平台(GeneralPlatformforOperatingSystem) IRQ:中断请求(InterruptRequest) MSI:消息告知中断(Message-signaledInterrupt) ROS:机器人操作系统(RobotOperatingSystem) RTOS:实时操作系统(Real-timeOperatingSystem) RGMP:混合操作系统软件框架(RTOSandGPOSonMulti-coreProcessor) TCP/IP:传输控制协议/因特网互联协议(TransmissionControlProtocol/InternetProtocol) UDP:用户数据报协议(UserDatagramProtocol) VNET:虚拟网络(VirtualNetwork) XML:可扩展标记语言(ExtensibleMarkupLanguage) XML-RPC:XML远程过程调用(XMLRemoteProcedureCall) 2GB/T33264—2016 4 机器人实时操作系统的应用框架设计原则 4.1 概述 面向多核处理器的机器人实时操作系统的应用框架设计遵循以下原则:跨平台原则、结构分离原 则、功能模块化设计原则、多核分布式管理原则和可扩展原则。 4.2 跨平台原则 跨平台原则指的是机器人操作系统支持不同的硬件架构,如Arm和X86等。在不同的硬件架构 下,机器人实时操作系统可以稳定运行。 4.3 结构分离原则 从机器人操作系统运行平台(如Arm和X86等)角度,结构分离原则考虑的是非实时和实时操作 系统运行内核的分离,为非实时和实时节点提供不同的运行环境,便于节点管理,并提高节点运行的 效率。 4.4 功能模块化设计原则 节点按照功能划分进行模块化设计,每个节点具有独立的与平台无关的功能,提供机器人应用软件 复用性的支持。 4.5 多核分布式管理原则 具有独立功能的节点采用拓扑分布式的管理模式,便于操作系统应用软件层的集成和扩展。多核 分布式管理原则包括两方面:核间的节点分布和单个内核上的节点分布。 4.6 可扩展原则 可扩展原则是指机器人操作系统通过集成第三方(如机器人操作系统应用软件开发者或操作系统 无关的第三方库)的功能,快速改进或增加现有软件应用功能。功能模块化设计原则和多核分布式管理 原则是可扩展原则实现的前提。 5 机器人实时操作系统的应用框架 5.1 概述 机器人实时操作系统的应用框架反映的是面向多核处理器的操作系统各组件的功能划分和相互之 间的关系。如图1所示,机器人实时操作系统是一种Linux与RTOS相结合的混杂操作系统,称为 RGMP(RTOSandGPOSonMulti-coreProcessor)。 3GB/T33264—2016 图1