李弘宇-RROS：混合异构内核操作系统.pdf

1、RROS：混合异构内核操作系统1李弘宇李弘宇北京邮电大学北京邮电大学2024-4-9背景：终端设备任务复杂化2024-4-92李弘宇 北京邮电大学复杂终端任务实时性任务混合任务要求通用性任务场景一：卫星星务/载荷任务复杂化2024-4-93李弘宇 北京邮电大学卫星星座重要性日益凸显卫星星座重要性日益凸显卫星互联网发展势头强劲卫星互联网发展势头强劲北斗导航北斗导航星链组网星链组网6G通信通信国防军事国防军事生活服务生活服务科学研究科学研究卫星任务通用化卫星任务通用化卫星面临通信、导航定位、地球观测、科学实验、紧急响应、资源探测等各类通用化任务；卫星任务复杂化卫星任务复杂化 卫星硬件异构、功能通过

2、软件配置、控制和操作；卫星多个载荷之间存在未完全利用的计算和存储资源；星务计算机/载荷控制单元即要处理传统实时任务，又要处理通用任务。星务计算机太阳能帆板载荷控制单元太阳能帆板场景二：复杂业务中的实时成像2024-4-94李弘宇 北京邮电大学Vision ProVision Pro空间计算空间计算光学干涉望远镜光学干涉望远镜11更多应用场景：车载摄像头，无人机数传功能：多台望远镜实时追踪星体干涉成像实时性：星际物体的实时成像追踪系统通用性：控制系统，网络传输功能：实时计算空间成像实时性：实时渲染，采集成像通用性：用户上层自定义任务1 Seneta,Eugene B.,et al.When yo

3、u want it done right now:experience from programming hard real time systems in Xenomai for the Magdalena Ridge Observatory interferometer.Software and Cyberinfrastructure for Astronomy VI.Vol.11452.SPIE,2020.场景三：5G基站共享计算资源2024-4-95李弘宇 北京邮电大学现象现象1 1：5G BBU5G BBU白盒化后资源闲置白盒化后资源闲置BBU（Base band Unite）单元负

4、载功能：增加报文协议头；属性：实时任务，要求硬实时；硬件：白盒化BBU（50%资源闲置）；现象现象2 2：基站资源丰富，负载时序抖动：基站资源丰富，负载时序抖动BBURRU天线BBU白盒单元同时处理实时任务和通用任务，提高资源利用率11 Foukas,Xenofon,and Bozidar Radunovic.Concordia:Teaching the 5G vRAN to share compute.Proceedings of the 2021 ACM SIGCOMM 2021 Conference.2021.用户通用任务负载功能：用户自定义；属性：通用任务，对实时性无要求；硬件：COT

5、S架构即可满足；场景四：具身智能机器人2024-4-96李弘宇 北京邮电大学 实时性：机器人控制 通用性：AI大模型任务 具身智能机器人需要同时运行AI大模型通用任务和实时控制任务。双内核架构适用于实时机器人系统。RoboCat系统：ROS系统RT-2系统：ROS系统OptimusGen2系统：ROS系统 ROS系统通过Xenomai增强实时性实时性增强机器人DRC-HUBO+架构具身智能机器人具身智能机器人实时性和通用性兼容难题2024-4-97李弘宇 北京邮电大学复杂终端任务需要复杂终端任务需要“新操作系统新操作系统”的支持的支持 操作系统是控制和管理计算机硬件的最基本、最核心的系统软件，

6、起到承上启下的关键作用：“向下”调度资源，“向上”统一接口、提供服务 通用操作系统：通用操作系统：1.实时性差2.系统繁重3.可靠性低 实时操作系统：实时操作系统：1.通用性差、高度定制化2.非国产非开源、安全性差3.价格昂贵现有两大类操作系统的不足现有两大类操作系统的不足实时性和通用性兼容难题2024-4-98李弘宇 北京邮电大学RROS思路：双内核思路：双内核 整体架构整体架构Linux内核提供通用性支持实时内核提供硬实时保证中断虚拟化隔离内核，减少开销 中断处理流程中断处理流程底层硬件产生的中断首先发送到实时内核若实时内核无对应中断处理函数再向通用内核转发 任务处理流程任务处理流程优先处