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Model-Based Development for Event-Driven and Timer-Driven ROS 2 Nodes Considering Parallelization
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PRE
AI
DOI：10.1109/OJIES.2026.3659855.png)
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摘要
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近年来，自主车辆等工业信息物理系统的日益复杂性加剧了实时约束，但传统的基于模型开发（MBD）并不总能利用嵌入式多/众核处理器。障碍包括需要手动实现ROS 2 I/O和节点结构、ROS 2中处理执行时序（如事件驱动和定时器驱动的回调）及多输入同步的要求，以及必须针对目标硬件配置重复并行化。虽然模型并行化器（MBP）可以从Simulink模型生成任务并行代码，但其对MATLAB/Simulink工具箱模块（如ROS工具箱）的支持有限，且缺乏数据并行性，难以获得加速。本文提出了一种从包含工具箱模块的Simulink模型生成Simulink-to-ROS 2并行代码的方法。该方法在保持工具箱等效功能的同时，防止因过度减少模块而降低并行性，并自动生成支持事件驱动和定时器驱动执行的ROS 2 C++节点。通过基于分割-合并的验证和相同rosbag2输入的背靠背测试验证功能正确性。除单节点执行时间外，该方法还测量跨多个节点的端到端流水线执行时间和ROS 2延迟；使用WCET（1,000次运行的最大值）、抖动和方差量化变异性。基于Autoware Universe的ROS 2节点在Raspberry Pi 4、WSL2和Coolidge平台上进行评估。评估结果表明，在16核Coolidge配置上最高可加速15.92倍。同时，ROS 2通信和调度延迟仍保持在100 ms周期的大约1%以下。这些结果表明，通过基于工具箱的MBD，可在嵌入式平台上实现实用、可复现的高性能ROS 2部署。
Keyword:
Mathematical models
Codes
Software packages
Autonomous vehicles
Software
C plus plus languages
MATLAB
Real-time systems
Pipelines
Parallel processing
Embedded systems
model-based development (MBD)
multicore processor
期刊
I
IF:
4.3
论文数:
1.7K
被引数:
991
机构
引用论文
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