Hardware acceleration can revolutionize robotics, enabling new applications by speeding up robot response times while remaining power-efficient. However, the diversity of acceleration options makes it difficult for roboticists to easily deploy accelerated systems without expertise in each specific hardware platform. In this work, we address this challenge with RobotCore, an architecture to integrate hardware acceleration in the widely-used ROS 2 robotics software framework. This architecture is target-agnostic (supports edge, workstation, data center, or cloud targets) and accelerator-agnostic (supports both FPGAs and GPUs). It builds on top of the common ROS 2 build system and tools and is easily portable across different research and commercial solutions through a new firmware layer. We also leverage the Linux Tracing Toolkit next generation (LTTng) for low-overhead real-time tracing and benchmarking. To demonstrate the acceleration enabled by this architecture, we use it to deploy a ROS 2 perception computational graph on a CPU and FPGA. We employ our integrated tracing and benchmarking to analyze bottlenecks, uncovering insights that guide us to improve FPGA communication efficiency. In particular, we design an intra-FPGA ROS 2 node communication queue to enable faster data flows, and use it in conjunction with FPGA-accelerated nodes to achieve a 24.42% speedup over a CPU.


翻译:硬件加速可以使机器人发生革命,通过加快机器人反应时间,实现新的应用,同时保持电能效率。然而,加速选项的多样性使得机器人专家难以在每一个具体的硬件平台上轻松部署没有专门知识的加速系统。在这项工作中,我们还与机器人Corore一起应对这一挑战,这是一个将硬件加速纳入广泛使用的ROS 2机器人软件框架的架构。这个架构可以将硬件加速纳入广泛使用的ROS 2机器人软件框架。这个架构是目标-不可知性(支持边缘、工作站、数据中心或云端目标)和加速器-加速器(支持FPGAs和GPUs) (支持FPGAs和GPs) 。它建立在共同的ROS 2 建设系统和工具之上,很容易通过新的固态系统层,在不同的研究和商业解决方案中被移动。我们还利用Linux Trackformall工具包下一代(LTTng)来利用低超载实时跟踪和基准。为了显示这一架构所促成的加速度,我们用ROS 2 概念2认知计算图在CPU 和FGA 中,我们利用综合追踪和基准分析瓶颈,发现指导我们提高视野,发现指导我们提高FGGA 通信效率,从而实现ROGA 24FA 节中不升级。

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