用于机器人控制的硬实时C++

Question

我试图使用一个用c++编写的基于模板的控制器类来控制一个机器人.本质上，我有一个UDP连接设置与机器人，以接收机器人的状态，并发送新的扭矩命令给机器人。我接收到更高频率的新观测(比如2000 the )，我的控制器大约需要1ms (1000 The)来计算向机器人发送新的扭矩命令。我面临的问题是，我不希望我的主要代码等待发送旧的扭矩命令，而我的控制器仍在计算新的命令发送。据我所知，我可以在realtime内核中使用Ubuntu，多线程代码，以便我的getTorques()方法在一个不同的线程中运行，为进程设置优先级，并使用互斥和锁来避免两个线程之间的数据竞争，但我希望了解为这样一个问题编写硬实时代码的最佳策略是什么。

// main.cpp
#include "CONTROLLER.h"
#include "llapi.h"

void main{
    ...
    CONTROLLERclass obj;
    ...
    double new_observation;
    double u;
    ...
    while(communicating){
        get_newObs(new_observation); // Get new state of the robot (2000Hz)
        obj.getTorques(new_observation, u); // Takes about 1ms to calculate new torques
        send_newCommands(u); // Send the new torque commands to the robot
    }
    ...
}

提前感谢！

Answer 1

好的，首先，在我看来，你需要处理的事实是，你在2 KHz接收到输入，但只能在1 KHz左右计算结果。

基于此，您显然需要丢弃大约一半的输入，或者以某种方式(以对您的应用程序有意义的方式)快速组合自上次处理输入以来到达的输入。

但是，由于代码现在是结构化的，您将获取和处理旧的和旧的输入，所以即使您在1 KHz上产生输出，这些输出仍然是基于旧的和旧的数据。

现在，让我们假设您希望尽可能快地接收输入，当您准备这样做时，您将处理最近收到的输入，根据该输入生成一个输出，然后重复。

在这种情况下，您可能会以这样的一般顺序结束(暂时使用C++线程和原子)：

std::atomic<double> new_observation;

std::thread receiver = [&] { 
    double d;
    get_newObs(d);
    new_observation = d;
};

std::thread sender = [&] {
    auto input = new_observation;
    auto u = get_torques(input);
    send_newCommands(u);
};

我假设您接收输入的速度总是快于您所能使用的速度，因此处理线程总是可以处理等待中的任何输入，而不会收到任何指示输入自上次处理以来已经更新的信息。如果这是错误的，事情会变得更加复杂，但我现在不打算去处理这个问题，因为这听起来似乎是不必要的。

就代码本身而言，唯一可能不明显的事情是，我没有将对new_input的引用传递给任何现有函数，而是将new_input读入线程局部变量中，然后传递对该函数的引用。