fpgaDDS: An Intra-FPGA Data Distribution Service for ROS 2 Robotics Applications

要約

ロボティクス アプリケーション向けの最新のコンピューティング プラットフォームは、マルチコア CPU、組み込み GPU、FPGA などの一連の異種要素で構成されています。
FPGA は、ロボット工学に関連する多くのタスクの高速でエネルギー効率の高い計算を可能にする再プログラム可能なハードウェア デバイスです。
ROS はロボティクスの事実上のプログラミング標準であり、アプリケーションを一連の通信ノードに分解します。
ReconROS は、高速化のために完全な ROS ノードをハードウェアにマップできる以前のアプローチです。
ReconROS は標準の ROS 通信レイヤーに依存しているため、ハードウェアにマップされたノード間でデータを交換すると、パフォーマンスのボトルネックが発生する可能性があります。
このホワイト ペーパーでは、ハードウェア マッピングされた ROS 2 ノード向けの無駄のないデータ配信サービスである fpgaDDS について説明します。
fpgaDDS は、カスタマイズされ静的に生成されたストリーミング ベースの通信アーキテクチャに依存しています。
この通信アーキテクチャとそのコンポーネントについて詳しく説明し、その利点を概説します。
テスト例と大規模な自動運転車のケース スタディで fpgaDDS を評価します。
ソフトウェアの ROS 2 アプリケーションと比較して、最大 13.34 のスピードアップを達成し、ジッターを 2 桁削減します。

要約(オリジナル)

Modern computing platforms for robotics applications comprise a set of heterogeneous elements, e.g., multi-core CPUs, embedded GPUs, and FPGAs. FPGAs are reprogrammable hardware devices that allow for fast and energy-efficient computation of many relevant tasks in robotics. ROS is the de-facto programming standard for robotics and decomposes an application into a set of communicating nodes. ReconROS is a previous approach that can map complete ROS nodes into hardware for acceleration. Since ReconROS relies on standard ROS communication layers, exchanging data between hardware-mapped nodes can lead to a performance bottleneck. This paper presents fpgaDDS, a lean data distribution service for hardware-mapped ROS 2 nodes. fpgaDDS relies on a customized and statically generated streaming-based communication architecture. We detail this communication architecture with its components and outline its benefits. We evaluate fpgaDDS on a test example and a larger autonomous vehicle case study. Compared to a ROS 2 application in software, we achieve speedups of up to 13.34 and reduce jitter by two orders of magnitude.

arxiv情報

提供元, 利用サービス

arxiv.jp, Google