Výkonný hybridní minipočítač pro robotický operační systém

Abstract

Cílem diplomové práce je vybrat cenově dostupný minipočítač malých rozměrů s hybridním procesorem i.MX 8M, který obsahuje dedikované jádro pro real-time aplikace. Pro vybraný minipočítač je v rámci práce připravená distribuce spolu s upraveným linuxovým jádrem, které obsahuje podporu pro jaderný framework remoteproc. Framework umožňuje nahrávat nový kód na dedikované jádro za běhu systému a při startu dedikovaného jádra reinicializuje VirtIO struktury tak, aby byly v konzistentním stavu. Dále je vysvětlena problematika ochrany paměti a souběžného používání periférií z obou typu jáder. Pro jednotlivé periférie jsou připraveny ukázky použití jak na dedikovaném jádře, tak také v operačním systému Linux. Komunikace mezi robotickým operačním systémem a dedikovaným jádrem je zajištěna pomocí protokolu rosserial. Vybraný protokol umožňuje jednoduše využívat funkcionalitu robotického operačního systému přímo na dedikovaném jádře. Na závěr jsou demonstrovány složitější ukázky integrované do robotického operačního systému, na kterých byly otestovány časové odezvy a spolehlivost navržených řešení.

The goal of thesis is to select a small size and low-cost minicomputer with a hybrid processor i.MX 8M, that includes a dedicated core for real-time applications. For the selected minicomputer is created Linux distribution with a modified kernel, that supports loading new code to the dedicated core at runtime via the remoteproc framework. The modified Linux kernel also reinitializes VirtIO structures, which is required for the consistent state of VirtIO at every start of a program on the dedicated core. The issues of concurrent use of peripherals between cores as well as memory protection are also described. Implemented examples demonstrate how to use peripherals from the dedicated core and Linux. The communication between the Robot Operating System and the dedicated core is provided by the rosserial protocol. Thanks to this protocol it is easy to use the Robot Operating System directly on the dedicated core. Finally, more complex examples are implemented to demonstrate the use of the dedicated core with the Robot Operating System. These examples were also used to test the overall reliability and response time.