AMD Kria? KR 260套件與ROS 2快速開發(fā)機(jī)器人解決方案

隨著機(jī)器人技術(shù)的不斷發(fā)展，開發(fā)高效、可擴(kuò)展的機(jī)器人系統(tǒng)成為了新的挑戰(zhàn)。AMD推出的Kria? KR 260套件，結(jié)合ROS 2（Robot Operating System 2），為機(jī)器人開發(fā)者提供了一個(gè)強(qiáng)大的快速開發(fā)平臺(tái)。本文將詳細(xì)介紹AMD Kria? KR 260套件的主控芯片型號(hào)、在設(shè)計(jì)中的作用，以及如何與ROS 2結(jié)合實(shí)現(xiàn)快速開發(fā)機(jī)器人解決方案。

一、AMD Kria? KR 260套件簡(jiǎn)介

AMD Kria? KR 260套件是AMD推出的一個(gè)面向機(jī)器人和工業(yè)應(yīng)用的可擴(kuò)展、開箱即用型開發(fā)平臺(tái)。該套件基于Kria K26自適應(yīng)系統(tǒng)模塊（SOM），結(jié)合了高性能計(jì)算和自適應(yīng)計(jì)算的優(yōu)勢(shì)，為開發(fā)者提供了無縫的生產(chǎn)部署路徑。Kria KR260套件旨在加速機(jī)器人應(yīng)用的開發(fā)，提升生產(chǎn)效率，降低開發(fā)成本。

二、主控芯片型號(hào)及其在設(shè)計(jì)中的作用

1. 主控芯片型號(hào)

AMD Kria? KR 260套件的核心是Kria K26模塊，該模塊采用了Xilinx Zynq UltraScale+ XCK26 FPGA MPSoC（Multi-Processor System-on-Chip）系統(tǒng)級(jí)模塊（SoM）。XCK26模塊集成了多種高性能處理器和硬件加速器，具體配置如下：

• MPSoC：Xilinx Zynq UltraScale+定制XCK26

• 四核Arm Cortex-A53處理器，頻率高達(dá)1.5GHz，用于運(yùn)行操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序。

• 雙核Arm Cortex-R5F實(shí)時(shí)處理器，頻率高達(dá)600MHz，用于實(shí)時(shí)控制任務(wù)。

• 處理器：

• GPU：Mali-400 MP2，頻率高達(dá)667MHz，支持4Kp60視頻處理。

• VPU：4Kp60視頻處理單元。

• 片上SRAM：26.6Mb。

• 邏輯單元：256K。

• DSP片：1,248個(gè)。

• Block RAM塊：144個(gè)。

• UltraRAM塊：64個(gè)。

• 系統(tǒng)內(nèi)存：4GB 64位DDR4（非ECC）。

• 存儲(chǔ)：

• 512 Mbit QSPI閃存（主引導(dǎo)）。

• microSD/SDHC卡（二次啟動(dòng)）。

2. 在設(shè)計(jì)中的作用

Kria K26模塊在AMD Kria? KR 260套件中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

• 高性能計(jì)算：

• Cortex-A53處理器提供了強(qiáng)大的通用計(jì)算能力，能夠運(yùn)行復(fù)雜的操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序。

• Cortex-R5F實(shí)時(shí)處理器確保了實(shí)時(shí)控制任務(wù)的可靠性和低延遲。

• 硬件加速：

• Mali-400 MP2 GPU支持高效的圖形和視頻處理，適用于機(jī)器視覺和圖像識(shí)別應(yīng)用。

• 豐富的DSP資源和Block RAM塊支持高性能信號(hào)處理和數(shù)據(jù)運(yùn)算。

• 靈活性和可擴(kuò)展性：

• Zynq UltraScale+ MPSoC提供了可編程邏輯（FPGA部分），可以根據(jù)具體需求進(jìn)行定制和擴(kuò)展。

• 支持多種I/O接口和連接選項(xiàng)，如Pmod、Raspberry Pi接頭等，方便擴(kuò)展傳感器和執(zhí)行器。

• 功能安全和信息安全：

• 提供了硬件信任根（RoT）和安全啟動(dòng)功能，確保系統(tǒng)的安全性和可靠性。

• 支持Infineon TPM2.0和Measured Boot，進(jìn)一步增強(qiáng)了系統(tǒng)的安全性。

三、AMD Kria? KR 260套件與ROS 2的結(jié)合

1. ROS 2簡(jiǎn)介

ROS 2是一個(gè)開源的機(jī)器人操作系統(tǒng)，旨在提供一套用于機(jī)器人軟件開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)框架和工具。ROS 2基于分布式架構(gòu)，支持多種通信協(xié)議和硬件平臺(tái)，為開發(fā)者提供了豐富的庫和工具，簡(jiǎn)化了機(jī)器人應(yīng)用的開發(fā)過程。ROS 2提供了硬件驅(qū)動(dòng)程序、機(jī)器人模型、數(shù)據(jù)庫等功能，并支持感知、同步定位與地圖（SLAM）等高級(jí)功能。

2. AMD Kria? KR 260套件對(duì)ROS 2的支持

AMD Kria? KR 260套件原生支持ROS 2，并通過Kria機(jī)器人堆棧（Kria Robotics Stack，KRS）提供了與ROS 2的無縫集成。KRS是一組集成的機(jī)器人庫和實(shí)用工具，利用Kria SOM的低時(shí)延特性和自適應(yīng)計(jì)算架構(gòu)，加速針對(duì)Kria SOM的工業(yè)級(jí)機(jī)器人解決方案的開發(fā)、維護(hù)和商業(yè)化。

3. 快速開發(fā)機(jī)器人解決方案的步驟

結(jié)合AMD Kria? KR 260套件和ROS 2，可以快速開發(fā)機(jī)器人解決方案，具體步驟如下：

1. 硬件準(zhǔn)備：

• 獲取AMD Kria? KR 260套件，包括Kria K26模塊、電路板、入門指南等。

• 準(zhǔn)備必要的配件，如電源適配器、以太網(wǎng)電纜等。

2. 軟件安裝：

• 下載并安裝適用于AMD Kria? KR 260套件的Ubuntu Linux發(fā)行版映像。

• 按照入門指南將映像閃存到SD卡，并啟動(dòng)Kria KR260套件。

• 更新Ubuntu安裝，確?？梢哉_安裝ROS 2。

3. 安裝ROS 2：

• 安裝必要的依賴項(xiàng)，如resolvconf。

• 配置DNS服務(wù)器，確保網(wǎng)絡(luò)連接正常。

• 防止Ubuntu進(jìn)入睡眠狀態(tài)，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

• 根據(jù)Trossen Robotics提供的指令，安裝ROS 2和Trossen庫。

4. 開發(fā)機(jī)器人應(yīng)用：

• 使用ROS 2提供的工具和庫，開發(fā)機(jī)器人應(yīng)用。

• 利用Kria K26模塊的高性能計(jì)算和硬件加速能力，優(yōu)化算法和數(shù)據(jù)處理。

• 調(diào)試和測(cè)試應(yīng)用，確保機(jī)器人能夠按照預(yù)期完成任務(wù)。

5. 部署和擴(kuò)展：

• 將開發(fā)好的機(jī)器人應(yīng)用部署到實(shí)際的機(jī)器人系統(tǒng)中。

• 根據(jù)需求，利用Kria K26模塊的靈活性和可擴(kuò)展性，擴(kuò)展系統(tǒng)的功能和性能。

• 持續(xù)優(yōu)化和維護(hù)系統(tǒng)，確保機(jī)器人的穩(wěn)定性和可靠性。

四、案例分析：控制Trossen Robotics ReactorX 150機(jī)器人手臂

為了具體說明AMD Kria? KR 260套件與ROS 2的結(jié)合應(yīng)用，以下是一個(gè)控制Trossen Robotics ReactorX 150機(jī)器人手臂的案例。

1. 系統(tǒng)配置

• 硬件：AMD Kria? KR 260套件、Trossen Robotics ReactorX 150機(jī)器人手臂、顯示器（與DisplayPort?兼容）、USB鍵盤和鼠標(biāo)。

• 軟件：Ubuntu Linux發(fā)行版映像（適用于AMD Kria? KR 260套件）、ROS 2 Humble版本、Trossen Robotics軟件包。

2. 安裝和配置

1. 下載并安裝Ubuntu Linux發(fā)行版映像：

• 從AMD官方網(wǎng)站下載適用于Kria KR260套件的Ubuntu Linux發(fā)行版映像。

• 將映像閃存到SD卡，并按照入門指南啟動(dòng)Kria KR260套件。

2. 更新Ubuntu安裝：

• 使用sudo apt update和sudo apt upgrade命令更新Ubuntu系統(tǒng)。

3. 安裝ROS 2：

• 安裝必要的依賴項(xiàng)，如curl。

• 下載并運(yùn)行Trossen Robotics提供的安裝腳本，安裝ROS 2和Trossen庫。

4. 配置網(wǎng)絡(luò)：

• 配置網(wǎng)絡(luò)連接，確保Kria KR260套件能夠與ROS 2主節(jié)點(diǎn)和其他節(jié)點(diǎn)通信。

3. 開發(fā)機(jī)器人應(yīng)用

1. 導(dǎo)入庫和初始化機(jī)器人：

• 從安裝的InterbotiX庫導(dǎo)入InterbotixManipulatorXS arm包。

• 使用機(jī)器人的參數(shù)、模型、類型及其末端效應(yīng)器對(duì)機(jī)器人進(jìn)行初始化。

2. 檢查關(guān)節(jié)數(shù)：

• 應(yīng)用程序首先檢查機(jī)器人是否具有用于演示的正確關(guān)節(jié)數(shù)。

• 如果機(jī)器人關(guān)節(jié)數(shù)不足，則打印錯(cuò)誤信息并退出。

3. 控制機(jī)器人：

• 使用Python命令控制機(jī)器人，設(shè)置姿勢(shì)或單個(gè)位置。

• 可以使用Python調(diào)用打開和關(guān)閉夾持器。

4. 運(yùn)行演示應(yīng)用：

• 運(yùn)行Trossen Robotics提供的演示應(yīng)用程序，如酒吧服務(wù)員演示。

• 觀察機(jī)器人手臂的運(yùn)動(dòng)和響應(yīng)，確?？刂泼畹恼_執(zhí)行。

4. 調(diào)試和優(yōu)化

• 根據(jù)需要調(diào)整控制參數(shù)和算法，優(yōu)化機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡和響應(yīng)時(shí)間。

• 利用Kria K26模塊的硬件加速能力，加速數(shù)據(jù)處理和算法運(yùn)算。

• 調(diào)試和測(cè)試系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，確保機(jī)器人能夠在各種環(huán)境下正常工作。

五、結(jié)論

AMD Kria? KR 260套件結(jié)合ROS 2，為機(jī)器人開發(fā)者提供了一個(gè)強(qiáng)大的快速開發(fā)平臺(tái)。Kria K26模塊的高性能計(jì)算和自適應(yīng)計(jì)算架構(gòu)，以及豐富的I/O接口和連接選項(xiàng)，使得開發(fā)者能夠快速構(gòu)建可擴(kuò)展、高性能的機(jī)器人系統(tǒng)。通過原生支持ROS 2和Kria機(jī)器人堆棧，開發(fā)者可以更加高效地開發(fā)、部署和維護(hù)機(jī)器人應(yīng)用。未來，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用場(chǎng)景的不斷擴(kuò)展，AMD Kria? KR 260套件將在機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用。