高速串行现场总线(controller area network,简称CAN)被广泛部署到机器人通信系统中.而服务机器人任务具有并发性和高实时性的特点,因此,如何根据总线协议规范和应用需求精化设计模型,保证系统设计的正确性和实时性要求,避免设计阶段的...高速串行现场总线(controller area network,简称CAN)被广泛部署到机器人通信系统中.而服务机器人任务具有并发性和高实时性的特点,因此,如何根据总线协议规范和应用需求精化设计模型,保证系统设计的正确性和实时性要求,避免设计阶段的漏洞十分必要.针对传统方法的局限性,提出使用形式化方法对基于CAN现场总线型控制系统进行建模分析.首先,对系统进行模型抽象和形式表达;其次进行形式建模和自动验证,在UPPAAL中实现主控制器、关节控制器、收发器、仲裁器和CAN总线的时间自动机模型;最后对机器人通信系统进行正确性验证和实时性分析.实时性分析发现:随着总线上关节节点数的增多,低优先级节点的最坏仲裁时延的增长速率加大.针对这个问题,在形式模型中加入了改进的动态优先级策略.实验结果表明:部署动态优先级策略后不仅减小了低优先级节点的仲裁时延,而且还可以加大CAN总线的节点负载量,为系统设计提供有效的指导和参考.展开更多
文摘高速串行现场总线(controller area network,简称CAN)被广泛部署到机器人通信系统中.而服务机器人任务具有并发性和高实时性的特点,因此,如何根据总线协议规范和应用需求精化设计模型,保证系统设计的正确性和实时性要求,避免设计阶段的漏洞十分必要.针对传统方法的局限性,提出使用形式化方法对基于CAN现场总线型控制系统进行建模分析.首先,对系统进行模型抽象和形式表达;其次进行形式建模和自动验证,在UPPAAL中实现主控制器、关节控制器、收发器、仲裁器和CAN总线的时间自动机模型;最后对机器人通信系统进行正确性验证和实时性分析.实时性分析发现:随着总线上关节节点数的增多,低优先级节点的最坏仲裁时延的增长速率加大.针对这个问题,在形式模型中加入了改进的动态优先级策略.实验结果表明:部署动态优先级策略后不仅减小了低优先级节点的仲裁时延,而且还可以加大CAN总线的节点负载量,为系统设计提供有效的指导和参考.
文摘机器人操作系统(robot operating system,简称ROS)是一种开源的元操作系统,能够在异种计算簇上提供基于消息机制的结构化通信层.为改善ROS1中存在的数据分发实时性、可靠性问题,ROS2提出了面向数据流的数据分发服务机制.采用概率模型检验的方法,分析、验证ROS2系统数据分发机制的实时性和可靠性.首先,提出一种面向数据流的ROS2数据分发服务的形式化验证框架,并对通信系统模块建立概率时间自动机模型;其次,运用概率模型检测器,通过数据丢失率和系统响应时间等参数分析、验证ROS2面向数据流的数据分发服务的实时性、可靠性;最后,基于重传机制、服务质量(quality of service,简称QoS)策略分析,通过设置和调整服务质量参数,实现不同的数据需求和传输方式的量化性能分析,为ROS2应用的设计人员以及基于数据流的分布式数据分发服务的形式化建模、验证和量化性能分析提供参考.
