Multi-Paradigm Modeling for early Analysis of ROS-based Robotic Applications using a Library of AADL Models

Resumo

O artigo mostra como fazer análise de arquitura usando o AADL para aplicações ROS.

Apresenta como foi feita a implementação de uma biblioteca de componentes AADl para o ROS com suporte muitas plataformas.

Mostra quais análises é possível observar nesse primeiro momento de implementação do ROS em uma plataforma robótica.

2. A Biblioteca

Robôs mobile geralmente possuem duas placas de circuito.

• Um SoC para processar o ROS e seus Nós.

• Uma microcontroladora para gerenciar os atuadores.

Nós especificos são usados para troca de mensagenes entre elas.

A biblioteca é organizada em quatro partes:

• Pacote ROS principal - Contém definição dos tipos de comṕonentes e suas implementações, separando interfaces de entrada e saída.

• Pacote de Nós - Cada Nó possui um pacote proprío onde são definidos entrada, saída, os theards e desempenhos medidos.

• Pacote de Mensagens - Definição de tipos de mensagens e implementações usadas na comunicação de Nós.

• Pacote de Hardware - Rôbos, placas, SoC's, CPU, etc.

A ideia é representar os Nós como process da AADL, e seus publishers e subscribers como threads.

Usando a herança da OO da AADL, é possivel implementar componentes filhos com valores de desempenho associado a uma plataforma.

Exemplo de Implementação

Nó ROS

process usb_cam_nd extends ros::node
features
  rgb_stream_in : in event data port ros_data::video_stream.rgb;
  rgb_image_raw_out : out event data port ros_data::Image.rgb;
end usb_cam_nd;

process implementation usb_cam_nd.impl
subcomponents
  image_broadcaster : thread imagePublisher.impl;
  usbSpinner : thread usb_cam_spinner.impl;
connections
  con1 : port image_broadcaster.pub_msg -> rgb_image_raw_out;
  con2 : port rgb_stream_in -> usbSpinner.rgb_stream_in;
end usb_cam_nd.impl;

Publiser

thread imagePublisher extends ros::publisher
features
  pub_msg : refined to out event data port ros_data::Image.rgb;
end imagePublisher;

thread implementation imagePublisher.impl
properties
  Period => 33333 us; -- @ 30 images/s
end imagePublisher.impl;

Implementação - Plataforma Odroid XU4

process implementation usb_cam_nd.xu4_a15 extends usb_cam_nd.impl
subcomponents
  image_broadcaster : refined to thread imagePublisher.xu4_a15;
properties
  SEI::MIPSBudget => 141.0 MIPS; -- (197 MIPS) / (1.4 IPC)
end usb_cam_nd.xu4_a15;

thread implementation imagePublisher.xu4_a15
  extends imagePublisher.impl
properties
  Compute_Execution_Time => 2319 us .. 2319 us;
  Queue_Size => 512 applies to pub_msg;
end imagePublisher.xu4_a15;

A ideia é representar os Nós como process da AADL, e seus publishers e subscribers como threads.

Usando a herança da OO da AADL, é possivel implementar componentes filhos com valores de desempenho associado a uma plataforma.

Referência

ERIC SENN; LUCIE W. J. BOURDON; DOMINIQUE BLOUIN. Multi-Paradigm Modeling for early Analysis of ROS-based Robotic Applications using a Library of AADL Models. Outubro 2022.