2017年下半年系统架构设计师案例分析（试题三）

试题三

阅读以下关于机器人操作系统架构的描述，回答问题1至问题3

【说明】

随着人工智能技术的发展，工业机器人已成为当前工业界的热点研究对象。某宇航设备公司为了扩大业务范围，决策层研究决定准备开展工业机器人研制新业务。公司将论证工作交给了软件架构师王工，王工经过分析和调研，从机器人市场现状、领域需求、组成及关键技术和风险分析等方面开展了综合论证。论证报告指出：首先，为了保障本公司机器人研制的持续性，应根据领域需求选择一种适应的设计架构；其次，为了规避风险，公司的研制工作不能从零开始，应该采用国际开源社区所提供机器人操作系统 (Robot Operating System ，ROS)作为机器人开发的基本平台。

在讨论会上，架构师李工提出不同意见，他认为公司针对宇航领域已开发了某款嵌入式实时操作系统，且被多种宇航装备使用，可靠性较高。因此应该采用现有架构体系作为机器人的开发平台。会上王工说明了机器人操作系统与该款操作系统的差别，要沿用需要进行改造，技入较大。经过激烈讨论，公司领导同意了王工采用 ROS的意见。

【问题1】(5分)

王工拟采用的ROS具有分布式进程框架，以点对点设计以及服务和节点管理器方式，使得执行程序可以各自独立地设计，松散地、实时地组合起来。这些进程可以按照功能包和功能包集的方式分组，因而可以容易地分享和发布。请用400字以内文字说明ROS与嵌入式实时操作系统的共同点，以及在实时性和任务通信方式两个方面的差异。

参考答案：

ROS与嵌入式实时操作系统的共同点：

（1）系统微型化

（2）系统专用性强

（3）软硬件依赖性强

（4）系统资源受限

ROS与嵌入式实时操作系统的差异：

实性性：ROS弱于嵌入式实时操作系统

通信方式：ROS的通信方式较为丰富，嵌入式实时操作系统通信方式单一。

【问题2】(10分)

ROS为应用程序间通信提供了主题(Topic) 、服务 (Service)和动作 (Action) 三种消息通信方式，每种通信方式都有其特点。请将以下给出的三类通信的主要特点填入表3-1中(1)-(5) 的空白处，将答案写在答题纸上。

(a) 适合用于传输传感器信息〈数据流) 主题

(b) 能够知道是否调用成功服务

(d) 有握手信号动作

(e) 服务执行完会有反馈服务

(f) 可以监控长时间执行的进程服务

(g) 较复杂动作

(h) 可能让系统过载(数据太多) 主题

(i) 服务执行完之前，程序会等待服务

(j) 建立通信较慢动作

(k) 可能丢失数据主题

2017年下半年系统架构设计师案例分析（试题三）

参考答案：

（1）（2）（c）（k）

（3）（4）（f）（i）

（5）（j）

【问题3】(10分)

ROS 的架构定义了ROS系统由多个各自独立的节点(组件〉组成，并且各个节点之间可以通过发布/订阅(Publish/Subscribe )消息模型进行通信。图 3-1给出一个简单机器人结构实例，请根据以下文字描述，补充图3-1 中(1)~(5) 处空白，将答案写在答题纸上。

"机器人开始阶段，所有节点都要注册 (Registration) 到Master上，注册后，摄像头节点声明它要发布(Publish)一个叫做/image_data的消息。另外两个节点（图像处理处理节点和图像显示节点）声明它们需要订阅( Subscribe) 这个/image_data消息。因此，一旦摄像头节点收到相机发送的数据(Data)，就立即将数据/image_data直接发送到另外两个节点。

2017年下半年系统架构设计师案例分析（试题三）