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

隨著機器人技術的不斷發(fā)展，開發(fā)高效、可擴展的機器人系統(tǒng)成為了新的挑戰(zhàn)。AMD推出的Kria? KR 260套件，結合ROS 2（Robot Operating System 2），為機器人開發(fā)者提供了一個強大的快速開發(fā)平臺。本文將詳細介紹AMD Kria? KR 260套件的主控芯片型號、在設計中的作用，以及如何與ROS 2結合實現(xiàn)快速開發(fā)機器人解決方案。

一、AMD Kria? KR 260套件簡介

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

二、主控芯片型號及其在設計中的作用

1. 主控芯片型號

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1.5GHz，用于運行操作系統(tǒng)和應用程序。

• 雙核Arm Cortex-R5F實時處理器，頻率高達600MHz，用于實時控制任務。

• 處理器：

• GPU：Mali-400 MP2，頻率高達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。

• Block RAM塊：144個。

• UltraRAM塊：64個。

• 系統(tǒng)內(nèi)存：4GB 64位DDR4（非ECC）。

• 存儲：

• 512 Mbit QSPI閃存（主引導）。

• microSD/SDHC卡（二次啟動）。

2. 在設計中的作用

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

• 高性能計算：

• Cortex-A53處理器提供了強大的通用計算能力，能夠運行復雜的操作系統(tǒng)和應用程序。

• Cortex-R5F實時處理器確保了實時控制任務的可靠性和低延遲。

• 硬件加速：

• Mali-400 MP2 GPU支持高效的圖形和視頻處理，適用于機器視覺和圖像識別應用。

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

• 靈活性和可擴展性：

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

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

• 功能安全和信息安全：

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

• 支持Infineon TPM2.0和Measured Boot，進一步增強了系統(tǒng)的安全性。

三、AMD Kria? KR 260套件與ROS 2的結合

1. ROS 2簡介

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

2. AMD Kria? KR 260套件對ROS 2的支持

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

3. 快速開發(fā)機器人解決方案的步驟

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

1. 硬件準備：

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

• 準備必要的配件，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Kria KR260套件。

• 更新Ubuntu安裝，確保可以正確安裝ROS 2。

3. 安裝ROS 2：

• 安裝必要的依賴項，如resolvconf。

• 配置DNS服務器，確保網(wǎng)絡連接正常。

• 防止Ubuntu進入睡眠狀態(tài)，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

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

4. 開發(fā)機器人應用：

• 使用ROS 2提供的工具和庫，開發(fā)機器人應用。

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

• 調(diào)試和測試應用，確保機器人能夠按照預期完成任務。

5. 部署和擴展：

• 將開發(fā)好的機器人應用部署到實際的機器人系統(tǒng)中。

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

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

四、案例分析：控制Trossen Robotics ReactorX 150機器人手臂

為了具體說明AMD Kria? KR 260套件與ROS 2的結合應用，以下是一個控制Trossen Robotics ReactorX 150機器人手臂的案例。

1. 系統(tǒng)配置

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

• 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，如curl。

• 下載并運行Trossen Robotics提供的安裝腳本，安裝ROS 2和Trossen庫。

4. 配置網(wǎng)絡：

• 配置網(wǎng)絡連接，確保Kria KR260套件能夠與ROS 2主節(jié)點和其他節(jié)點通信。

3. 開發(fā)機器人應用

1. 導入庫和初始化機器人：

• 從安裝的InterbotiX庫導入InterbotixManipulatorXS arm包。

• 使用機器人的參數(shù)、模型、類型及其末端效應器對機器人進行初始化。

2. 檢查關節(jié)數(shù)：

• 應用程序首先檢查機器人是否具有用于演示的正確關節(jié)數(shù)。

• 如果機器人關節(jié)數(shù)不足，則打印錯誤信息并退出。

3. 控制機器人：

• 使用Python命令控制機器人，設置姿勢或單個位置。

• 可以使用Python調(diào)用打開和關閉夾持器。

4. 運行演示應用：

• 運行Trossen Robotics提供的演示應用程序，如酒吧服務員演示。

• 觀察機器人手臂的運動和響應，確保控制命令的正確執(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)化機器人的運動軌跡和響應時間。

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

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

五、結論

AMD Kria? KR 260套件結合ROS 2，為機器人開發(fā)者提供了一個強大的快速開發(fā)平臺。Kria K26模塊的高性能計算和自適應計算架構，以及豐富的I/O接口和連接選項，使得開發(fā)者能夠快速構建可擴展、高性能的機器人系統(tǒng)。通過原生支持ROS 2和Kria機器人堆棧，開發(fā)者可以更加高效地開發(fā)、部署和維護機器人應用。未來，隨著技術的不斷進步和應用場景的不斷擴展，AMD Kria? KR 260套件將在機器人領域發(fā)揮更加重要的作用。