النسغ ، القطط.

جئت لأخبرك عن مشروع UAVCAN - معيار شبكة جديد لتنظيم تفاعل العقد ومكونات المركبات الحديثة بمستوى عالٍ من الاستقلالية / الأتمتة. الاسم هو اختصار ل U ncomplicated A على مستوى pplication V ehicular C ommunication و الثانية N etworking (بسيطة على متن الشبكات والاتصالات على مستوى التطبيق).

يشرح هذا المنشور الحالة الراهنة والاتجاهات في الأنظمة المحمولة جواً المعقدة ، والمشاكل الحالية والمستقبلية ، وكيف نقوم بحلها وما النجاحات التي تم تحقيقها. في الجزء الثاني ، سيركز زملاؤنا من جامعة إنوبوليس بالتفصيل على الجانب العملي لتنفيذ الطائرات بدون طيار باستخدام مثال لمشاريع محددة.

إرتباط

تم وضع أول فطيرة للمشروع في عام 2014. منذ البداية ، كانت تجربة في الحد الأدنى: هل من الممكن الاعتماد على التجريدات القوية في تطوير أنظمة معقدة محمولة جواً ، مع تجنب زيادة تعقيد التنفيذ والصعوبات المرتبطة بالتحقق والتحقق .

نحن نشهد زيادة سريعة في تعقيد الأنظمة الموجودة على متن الطائرة المرتبطة بتطوير وظائف المركبات (خاصة المركبات غير المأهولة) بشكل عام ، وأنظمة التحكم الآلي بشكل خاص. " ", , ; , / , , , (, ), , , ..

() 20- ; , , 21099:

: — . , ( — ; — ), . , , , -, ?

- , / , (), . NASA, . ( Tesla Model 3, ), ( ).

, . " ". , , , : , , . , , , , . , /. , ( Mars Climate Orbiter, Airbus A400M , Ariane 5, ..).

. , ( , , , , , , , ). Safety Element out of Context (SEooC), ISO 26262. , , — , .

; . , , / .

, . , - ( ) . , , ́ , (schedulability analysis). , ( , 3D ). ; . , ; .

( ). , . . , , , .

, : Casey Handmer, () . .

, , . , ( AFDX) , , , . , . , .

, ( : , , TCP/IP , , , etc.) .

: , , , . , .

. , . , , CiA/SAE/RTCA/EUROCAE/AUTOSAR/OMG/etc. .

. , : . .

1.

. , , , . 21099 .

/ , , , ..

2.

. , /, .

: . : -(), , .

. , ́ () . , / . ARINC 429 — , 18- () . :

"The Evolution of Avionics Networks From ARINC 429 to AFDX", Fuchs, 2012.

ARINC 429 — - ( DShot MAVLink; , ). , ́ . , . , ( , ).

( , ). , CAN ; . FlexRAY, LIN, MIL-STD-1553 Ethernet ( Ethernet ).

CAN . 1986 MTU 8 . 2012 CAN FD MTU 64 . 2018 CAN XL MTU 2 ( ISO 2021 ).

, Wireless Avionics Intra-Communications (WAIC). WAIC , . , , /, ( ). , , - , , :

WAIC.

, , . (, ) , . SpaceWire ( ; , ) , , Ethernet.

Avionics Full-Duplex Switched Ethernet (AFDX) , (. Boeing 787). , ARINC 429, - . , . AFDX , . ( ) . AFDX ; ARINC 429, ( ), :

"Communications for Integrated Modular Avionics", Alena, 2007.

. , , (, , ) - . , , AFDX ( ) UDP/IPv4. "" TCP/IP , — .

, . , 21099. , , . 2020 , .

3.

, . , -, . .

, , . - .

, Robot Operating System (ROS) ( , ROS , ). ROS SDK PR2 Willow Garage, ( ), . ROS , , , , .. , ( ) , .

ROS. - . , -.

ROS Why ROS 2 [Gerkey], , , . , , ( ). ROS, , . , , , - — Data Distribution Services (DDS).

DDS CORBA, - ( - , ). DDS , , (, ROS 2) . Future Airborne Capability Environment (DDS FACE) ; , , DDS , .

, DDS CORBA — . , . "The Design of the TAO Real-Time Object Request Broker" [Schmidt et al, 1999] , — ́ . CORBA ; :

, . "The Design of the TAO Real-Time Object Request Broker", Schmidt et al, 1999.

C++ TAO (The ACE ORB), DDS. TAO DDS, . TAO DDS , , — eProsima Fast-DDS ( , ) — C++ ( ). DDS.

, DDS , . — DDS For Extremely Resource Constrained Environments (DDS-XRCE). , , . , micro-ROS.

SOME/IP — AUTOSAR v4+, IP. DDS, SOME/IP . ( ) SOME/IP DDS.

MQTT , .

, . , ( SOME/IP), . (, , ) .

, , UAVCAN v1. , , :

1. . , . (.., ): ; .
2. . . , .
3. . . , (, ), (, ).
4. . , . . .
5. . , , . , . (CC BY, MIT) .

Raft, , , , . , , , , . Raft, (N.B.: 43- , ). , , UAVCAN " " ( ):

libuavesp. , , — . , "UAV" "UAVCAN" , .

, UAVCAN , ROS, DDS, AFDX, WAIC CAN , . , , , , " ". UAVCAN ( OSI ):

• . : , , , , , .. . : - (.. ).
• - . - , : Data Structure Description Language (DSDL). DSDL- ( ).
• - . , :
  
  
  • UAVCAN/CAN CAN CAN FD. , CAN XL, .
  • UAVCAN/UDP UDP/IP. 2020- , ( ).
  • UAVCAN/serial - (UART, RS-232/422/485, USB CDC ACM) . .
  • , . , , IEEE 802.15.4.

, . , UAVCAN , , , .

: (, CAN Ethernet, ) . , , , , , ; , , , , , . , . ( , ). Idempotent interfaces and deterministic data loss mitigation. , .

. , , . UAVCAN ; , - , (. SOME/IP, DDS, ROS, MQ*, etc.), UAVCAN , .

, . ( AFDX) , , , . , Alternative transport protocols in UAVCAN.

, , , . . -, , ; , , , ( ), , , .

, plug-and-play (, UAVCAN/UDP DHCP). , Raft.

. , DSDL , , , /, , , . DSDL- uavcan.diagnostic.Record, , 112- ( UTF-8):

# Generic human-readable text message for logging and displaying purposes.
# Generally, it should be published at the lowest priority level.

uavcan.time.SynchronizedTimestamp.1.0 timestamp
# Optional timestamp in the network-synchronized time system; zero if undefined.
# The timestamp value conveys the exact moment when the reported event took place.

Severity.1.0 severity

uint8[<=112] text
# Message text.
# Normally, messages should be kept as short as possible, especially those of high severity.

@assert _offset_ % 8 == {0}
@assert _offset_.max <= (124 * 8)     # Two CAN FD frames max

, CAN FD .

, . DSDL, ( , ) . , - ( , , — ), . ( , ) .

( , ). ( ) , , , .. , (, ) .

, , . , , . ( ) ASN.1 UPER ( ), ( , DSDL).

uint16 VALUE_LOW  = 1000
uint16 VALUE_HIGH = 2000
uint16 VALUE_MID = (VALUE_HIGH + VALUE_LOW) / 2
#    !

uint16 value
uint8[<=100] key  #    0  100 .

, , value=1234 key=Hello world!, :

D2 04 0C 48 65 6C 6C 6F 20 77 6F 72 6C 64 21

D2 04 1234, 0C — ( 255 , ), .

CAN — CAN ( , CAN FD ):

$ candump -decaxta any
(7.925)  vcan2  TX - -  1013373B   [8]  D2 04 0C 48 65 6C 6C A0   '...Hell.'
(7.925)  vcan2  TX - -  1013373B   [8]  6F 20 77 6F 72 6C 64 00   'o world.'
(7.925)  vcan2  TX - -  1013373B   [4]  21 F9 02 60               '!..`'

. .

0x1013373B CAN ID, . 0x1337 (4919 ), (subject-identifier) — ( DDS), UAVCAN , ( SOME/IP CAN). , .

UAVCAN/UDP localhost. Wireshark, , UAVCAN, , :

, 21303, , (4919 ) 16384. , UAVCAN . . (D2 04 0C ...) 24 , UAVCAN; , ( ) .

, UAVCAN/UDP IP . IP , TCP/IP, UDP/IP. C , Lifelover 2011- " ".

, . PyUAVCAN, ( ).

, . , — . . PyUAVCAN.

. : DSDL, () . ( , , , , ..) , UAVCAN, .

UAVCAN , USB USB, CANopen Bluetooth, DDS FACE DDS. :

— Drone Standard 15, DS-015, , , Dronecode Foundation. , UAVCAN — .

, . . , , ( , , , ..), . , -, , , . — , , . UAVCAN Interface Design Guidelines.

, , , , . , , , , .. , . , 21- , , . , , . , , , PDF ; , .

UAVCAN , : CC BY 4.0, — MIT. , .

, , . 2020 , .

, GitHub — 90% , . , , .

, Libcanard — UAVCAN/CAN C11, . uavcan.rs — Rust, 2020 .

Yukon — - , UAVCAN , RViz, Wireshark LabView. PyQt , , Yukon. , - . :

API ROS UAVCAN DDS. , ROS UAVCAN, UAVCAN , ROS. "An exploratory study: UAVCAN as a middleware for ROS"; .

, , NXP Semiconductors. "Getting started using UAVCAN v1 with PX4 on the NXP UAVCAN Board", , , - UAVCAN .

Amazon Prime Air . , — .

UAVCAN- , , , , , , .

, 2019 , , UAVCAN (~10% ) (~80% ) , (~5% , 2020 20 , ), ( ) . , , ; . .

-: DDS ; - .

, , : 47% , UAVCAN . , .

uavcan.org