​​Открытая архитектура для аппаратного ускорения в ROS 2

Компания Acceleration Robotics, основанная бывшим системным архитектором Xilinx Виктором Майорал-Вилчесом (Víctor Mayoral-Vilches), анонсировала открытую архитектуру для аппаратного ускорения для приложений ROS 2. Публикация была сделана в блоге компании, в также в виде научной статьи для конференции IROS 22. Ведётся работа по включению данной архитектуры в набор стандартов ROS - REP-2008 - в рамках ROS 2 Hardware Acceleration Working Group. Компания использует данную архитектуру для разработки собственных коммерческих систем аппаратного ускорения ROS 2 под названием RobotCore, поддерживающий широкий класс оборудования (аппаратных модулей GPU/FPGA от NVIDIA, AMD, Xilinx).

Архитектура включает в себя следующие расширения для ROS 2:
- расширения для системы сборки (ament)
- расширения для инструментов сборки (colcon)
- добавляет новый компонент встроенного программного обеспечения в workspace, упрощающий сборку и развертывание ядер ускорения (acceleration kernels - GPU/FPGA)
- инструменты отслеживания и измерения производительности в реальном времени, основанные на Linux Tracing Toolkit (LTTng).

#fpga #gpu #acceleration #architecture

IMpack - open hardware измеритель ускорения

Измерения ускорения с высоким разрешением имеют жизненно важное значение в ряде областей инженерии, включая робототехнику, навигацию и производство. Во многих ситуациях для измерения динамики движущегося тела необходимы инерциальные измерительные устройства (IMU) с питанием от батареи и встроенной регистрацией данных - в идеале с использованием компактного датчика малой массы, чтобы присутствие IMU оказывало минимальное динамическое влияние на систему. Коммерческие варианты, частота дискретизации которых превышает 1 кГц, обычно стоят не менее нескольких сотен $. При частоте дискретизации, превышающей 10 кГц и выше устройства часто достигают нескольких тысяч долларов США.

IMpack - это открытый IMU для регистрации данных, предназначенный для исследовательских приложений, где важны частота дискретизации и компактность. Стоимость изготовления и сборки платы составляет менее 100 долларов. Модуль оснащён набором микросхем MEMS-акселерометра, которые позволяют достигать максимального диапазона измерения ускорения +/-400 гр, частоты дискретизации до 26,6 кГц и диапазона измерения угловой скорости +/-2000 град/с. По сравнению с коммерческими вариантами, в которых используются пьезорезистивные элементы и сложные аналоговые интерфейсы, IMpack отличается очень низкой стоимостью и при этом обеспечивает хорошее соотношение сигнал/шум благодаря широкому диапазону измерений. Диаметр печатной платы составляет 38 мм, а толщина - около 13 мм, включая одноэлементную LiPo-батарею, которая питает устройство. Масса самой печатной платы составляет 5 граммов; включая указанную батарею, масса составляет 9 граммов. Аккумулятор можно подзарядить с помощью порта micro USB и встроенной схемы зарядки.

Микроконтроллер (STM32F4) собирает данные с 3 высокопроизводительных микросхем MEMS IMU и записывает их на карту micro SD в обычном текстовом формате CSV. Параметры записи, включая диапазон измерений и частоту дискретизации, настраиваются с помощью текстового файла настроек на SD-карте, который используется для настройки устройства при запуске. Порт расширения I2C позволяет IMpack взаимодействовать с внешними датчиками или синхронизировать множество IMPACK.

Github (KiCAD проект, CAD-модели для Fusion, прошивка на Си):
https://github.com/harrislab-brown/IMpack

Статья с описанием принципов работы, обоснованием дизайн-решений и сравнением с проприетарным альтернативами:
https://ojs.lib.uwo.ca/index.php/openhardware/article/view/22695/17779

#open #hardware #acceleration