百度 Apollo Cyber RT简介基本概念以及与 ROS 对照

Posted 2023-02-04 飘飘白云

一，背景

ROS 应用于自动驾驶领域的不足：

• 调度的不确定性：各节点以独立进程运行，节点运行顺序无法确定，因而业务逻辑的调度顺序无法保证；
• 运行效率：ROS 为分布式系统，存在通信开销

二，Cyber RT 框架

从下到上依次为：

• 基础库：高性能，无锁队列；
• 通信层：Publish/Subscribe机制，Service/Client机制，服务自发现，自适应的通信机制（共享内存、Socket、进程内）；
• 数据层：数据缓存与融合。多路传感器之间数据需要融合，而且算法可能需要缓存一定的数据。比如典型的仿真应用，不同算法模块之间需要有一个数据桥梁，数据层起到了这个模块间通信的桥梁的作用；
• 计算层：计算模型，任务以及任务调度；

三，运行流程

• 算法模块通过有向无环图（DAG），配置任务间的逻辑关系。对于每个算法可以进行优先级、运行时间、使用资源等方面的配置。
• 系统启动时，结合DAG、调度配置等，创建相应的任务，从框架内部来讲，就是协程（coroutine）
• 调度器把任务放到各个 Processor 的队列中。
• 然后，由 Sensor 输入的数据，驱动整个系统运转。

四，基本概念以及与 ROS 对照

​

Cyber	ROS	注释
Component	无	组件之间通过 Cyber channel 通信。
Channel	Topic	channel 用于管理数据通信，用户可以通过 publish/subscribe 相同的 channel 来通信。
Node	Node	每一个模块包含 Node 并通过 Node 来通信。一个模块通过定义 read/write 和/或 service/client 使用不同的通信模式。
Reader/Writer	Publish/Subscribe	订阅者模式。往 channel 读写消息的类。 通常作为 Node 主要的消息传输接口。
Service/Client	Service/Client	请求/响应模式，支持节点间双向通信。
Message	Message	Cyber RT 中用于模块间通信的数据单元。其实现基于 protobuf
Parameter	Parameter	Parameter 服务提供全局参数访问接口。该服务基于 service/client 模式。
Record file	Bag file	用于记录从 channel 发送或接收的消息。 回放 record file 可以重现之前的操作行为。
Launch file	Launch file	提供一种启动模块的便利途径。通过在 launch file 中定义一个或多个 dag 文件，可以同时启动多个 modules。
Task	无	异步计算任务
CRoutine	无	协程，优化线程使用与系统资源分配
Scheduler	无	任务调度器，用户空间。
Dag file	无	定义模块拓扑结构的配置文件。

五，特色

• 高性能：无锁对象，协程（coroutine），自适应通信机制；
• 确定性：可配置的任务以及任务调度，通过协程将调度从内核空间转移到用户空间；
• 模块化：在框架内实现组件以及节点，即可完成系统任务；
• 便利性：创建和使用任务

六，示例

Writer/Reader

Message:

syntax = "proto2";
package apollo.cyber.examples.proto;
message Chatter 
    optional uint64 timestamp = 1;
    optional uint64 lidar_timestamp = 2;
    optional uint64 seq = 3;
    optional bytes content = 4;
;

Writer:

#include "cyber/cyber.h"
#include "cyber/examples/proto/examples.pb.h"
#include "cyber/time/rate.h"
#include "cyber/time/time.h"

using apollo::cyber::Rate;
using apollo::cyber::Time;
using apollo::cyber::examples::proto::Chatter;

int main(int argc, char *argv[]) 
  // init cyber framework
  apollo::cyber::Init(argv[0]);
  // create talker node
  auto talker_node = apollo::cyber::CreateNode("talker");
  // create talker
  auto talker = talker_node->CreateWriter<Chatter>("channel/chatter");
  Rate rate(1.0);
  while (apollo::cyber::OK()) 
    static uint64_t seq = 0;
    auto msg = std::make_shared<Chatter>();
    msg->set_timestamp(Time::Now().ToNanosecond());
    msg->set_lidar_timestamp(Time::Now().ToNanosecond());
    msg->set_seq(seq++);
    msg->set_content("Hello, apollo!");
    talker->Write(msg);
    AINFO << "talker sent a message!";
    rate.Sleep();
  
  return 0;

Reader:

#include "cyber/cyber.h"
#include "cyber/examples/proto/examples.pb.h"

void MessageCallback(
    const std::shared_ptr<apollo::cyber::examples::proto::Chatter>& msg) 
  AINFO << "Received message seq-> " << msg->seq();
  AINFO << "msgcontent->" << msg->content();


int main(int argc, char* argv[]) 
  // init cyber framework
  apollo::cyber::Init(argv[0]);
  // create listener node
  auto listener_node = apollo::cyber::CreateNode("listener");
  // create listener
  auto listener =
      listener_node->CreateReader<apollo::cyber::examples::proto::Chatter>(
          "channel/chatter", MessageCallback);
  apollo::cyber::WaitForShutdown();
  return 0;

Service/Client

Message:

syntax = "proto2";

package apollo.cyber.examples.proto;

message Driver 
    optional string content = 1;
    optional uint64 msg_id = 2;
    optional uint64 timestamp = 3;
;

Service/client:

#include "cyber/cyber.h"
#include "cyber/examples/proto/examples.pb.h"

using apollo::cyber::examples::proto::Driver;

int main(int argc, char* argv[]) 
  apollo::cyber::Init(argv[0]);
  std::shared_ptr<apollo::cyber::Node> node(
      apollo::cyber::CreateNode("start_node"));
  auto server = node->CreateService<Driver, Driver>(
      "test_server", [](const std::shared_ptr<Driver>& request,
                        std::shared_ptr<Driver>& response) 
        AINFO << "server: i am driver server";
        static uint64_t id = 0;
        ++id;
        response->set_msg_id(id);
        response->set_timestamp(0);
      );
  auto client = node->CreateClient<Driver, Driver>("test_server");
  auto driver_msg = std::make_shared<Driver>();
  driver_msg->set_msg_id(0);
  driver_msg->set_timestamp(0);
  while (apollo::cyber::OK()) 
    auto res = client->SendRequest(driver_msg);
    if (res != nullptr) 
      AINFO << "client: responese: " << res->ShortDebugString();
     else 
      AINFO << "client: service may not ready.";
    
    sleep(1);
  

  apollo::cyber::WaitForShutdown();
  return 0;

七，Apollo 整体框架