机器人的实时性研究汇编

1、机器人控制系统(kn zh x tn)实时性的研究主讲人: 吴长虹(chn hn)、方艳文专 业: 自动化共二十九页研究(ynji)的问题了解：机器人实时控制系统的运行调度(diod)与管理探究：实现与提高机器人控制系统实时性方法的研究共二十九页研究(ynji)过程研究背景研究对象关键技术探讨（重点）对研究问题(wnt)的分析与测试1234共二十九页研究(ynji)背景共二十九页嵌入式实时操作系统定义：当外界(wiji)事件或数据产生时，能够接受并以足够快的速度予以处理，其处理的结果又能在规定的时间之内来控制生产过程或对处理系统作出快速响应，并控制所有实时任务协调一致运行。采用嵌入式实时操作系

2、统（简称RTOS）能够支持多任务，使得程序开发更加容易，便于维护，同时能够提高系统的稳定性和可靠性。共二十九页实时(sh sh)多任务执行事件驱动，基于优先级的调度存储动态分配硬实时响应，完全可抢占内核实时时钟控制，带有可选的时间片任务间进行通信(tng xn)与同步共二十九页任务(rn wu)间的通信与同步多任务的实时系统(xtng)中，一项工作的完成往往需要通过多个任务共同完成。各个任务要共享资源，并且在处理一些需要多个任务共同协同来完成的工作时，还需要相互的支持和限制。为了保证各任务的合作与无冲突的运行，在关联的任务之间需要建立一些制约关系。任务间制约性的合作运行机制叫做任务间的同步。进

3、程之间的信息交换称为任务间的通信。共二十九页机器人控制系统(kn zh x tn)控制系统的主要任务是控制机器人的导航、启动、停止(tngzh)、运行、安全监控和通讯等。机器人接受远程主控计算机下达的控制命令、任务, 实现各种运动控制。机器人向主控计算机报告它的运行状态( 包括位置、速度、故障状态等) 。此过程中完成运动路径的规划和导航, 运行速度的控制, 安全报警等。共二十九页研究(ynji)对象共二十九页研究(ynji)对象远程机器人实时(sh sh)系统回 回共二十九页关键技术探讨(tnto)共二十九页实时性的实现(shxin)仿人机器人实时系统模块一：PCL2832卡能对三轴进行联动插

4、补控制,采用位置和速度双闭环控制系统来保证机器人运动的平稳和准确定位。模块二：图形仿真与监控(jin kn)系统随时监视机器人的运动状态。 研究对象共二十九页实时性的实现(shxin)实时域中的软件模块：三轴位置控制卡的设备驱动程序。三轴位置控制卡的实时设备驱动程序必须处理以下(yxi)事务：响应三轴位置卡的插补周期中断（DDA），并输出位置脉冲数值；响应三轴位置卡的误差溢出中断（Ov），通知应用程序进行相应处理为应用程序提供服务，如读写IO端口、设置参数、读取状态等。共二十九页实时性的提高(t go)一般：Linux平台（不能满足实时性） (1)分时调度机制(jzh)Linux采用时间片轮转

5、的方式来调度CPU时间,这种方法是不利于实时进程的。(2)核心的不可抢占性:运行在内核模式下的Linux进程不能被其它进程抢占。共二十九页实时性的提高(t go)提高： RT-Linux 平台RT-Linux 设计思想：可抢先的实时内核，并把标准的 Linux 核心(hxn)作为实时核心(hxn)的一个进程同用户的实时进程一起调度。而标准 Linux 核心的优先级最低，可以被实时进程抢断。共二十九页实时性的提高(t go)RT-Linux架构一个小的RT-Linux实时内核同原来(yunli)的Linux内核共同控制处理器。共二十九页定时(dn sh)精度调度器进行正确调度操作的必要条件是系统

6、能提供精确的时钟信号。标准的Linux系统，硬件定时器周期被编程为 100Hz，因此(ync)任务调度的最小周期为 10ms。而RT-Linux采用自己独立的时钟模块rtl_time，为实时任务提供了纳秒级的定时精度。共二十九页内存(ni cn)管理Linux： 按照页面方式管理(gunl)，按照段页式方式进行访问。Linux 内核将定期将使用频率高的页面装入内存，并将使用频率低的页面从内存中换出，因此一旦出现应用程序的访问内容不在内存中时，就会出现缺页异常的现象。这对于实时任务来说，会造成时间上的不可预测性，是严格禁止的。共二十九页内存(ni cn)管理RT-Linux ：内核中的每一个虚拟

7、地址必然在物理内存的页面上有一单元与之一一对应。实时任务可以在任何情况下第一时间(shjin)从内存中读写自己所需要的数据。这样从根本上杜绝了缺页异常情况的发生，从而内存管理的实时性能得到了极大改进。共二十九页任务调度实时多任务操作系统基于优先级调度。任务的四种基本状态休眠态：任务建立但未被启动运行态：任务正在占用CPU就绪(jix)态：CPU被占，准备运行挂起态：无法继续运行共二十九页调度(diod)算法1、EDF(Earliest Deadline First)。截止期最早优先算法：在该算法中没有静态的优先级，截止期最早的任务(rn wu)排在队首。可达截止期最早优先算法：调度时超过截止期

8、的任务不予调度。共二十九页中断(zhngdun)实现标准Linux内核：使用禁止中断的方法作为同步机制，有开中断、关中断和中断返回。但是开中断和关中断的混合使得中断的分派延时不可预测。RT-Linux：引入一个虚拟层，在 Linux 内核和中断控制硬件之间增加一层仿真软件，截取所有的硬件中断。这样就使得Linux永远不能禁止中断，即它不会对实时系统的响应时间(shjin)增加任何延迟。共二十九页研究问题(wnt)的分析与测试共二十九页问题(wnt)分析分析：提高机器人控制系统实时性的方法尽量减少系统对三轴位置控制卡（PCL一 832）的DDA中断的响应(xingyng)时间。共二十九页测试(c

9、sh)方案开始：用户层的用户进程开始调用系统，发送(f sn)脉冲数据。结束:下一个DDA中断请求到来时，相应的DDA中断服务例程将数据写入三轴位置控制卡的动作控制芯片的缓冲区，以驱动机器人本体运行。共二十九页测试(csh)结果共二十九页结论(jiln)RT-Linux中断(zhngdun)响应比标准Linux延时时间短。RT-Linux实时进程不会受到非实时域中用户进程的影响。共二十九页谢谢(xi xie)观赏！共二十九页内容摘要机器人控制系统实时性的研究。多任务的实时系统中，一项工作的完成往往需要通过多个任务共同完成。进程之间的信息交换称为任务间的通信。响应三轴位置卡的插补周期中断（DDA），并输出位置脉冲数值。Linux采用时间片轮转的方式来调度CPU时间,这种方法是不利于实时进程的。调度器进行正确调度操作的必要条件是系统能提供精确的时钟信号。而RT-Linu