AV開發(fā)人員所采用的ROS框架簡(jiǎn)介

汽車行業(yè)的多個(gè)部門一直在采用開源軟件，尤其是在過去十年中基于 Linux 的代碼。

在這里，我們專注于一個(gè)稱為機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）的開放框架。Apex.AI 正在利用 ROS，添加下面討論的新汽車功能。

ROS 已經(jīng)存在了十多年，并且越來越多地被自動(dòng)駕駛汽車 (AV) 開發(fā)人員使用。Apex.AI 極大地改進(jìn)了汽車應(yīng)用的 ROS。

我總結(jié)了 ROS 的重要性，然后介紹了 Apex.AI。該公司專注于汽車行業(yè)和軟件定義車輛，正在獲得支持，使其成為未來自動(dòng)駕駛汽車開發(fā)的參與者和可能的收購目標(biāo)。

ROS 是一個(gè)軟件框架，專注于為機(jī)器人產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)和應(yīng)用程序。機(jī)器人技術(shù)包括大多數(shù)類型的自主系統(tǒng)——陸地、空中和海上。下表提供了 ROS 的概述。來源包括Open Robotics 網(wǎng)站。

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ROS 定義

ROS 不是操作系統(tǒng)，因?yàn)樗豢刂坪凸芾?a href="http://www.ttokpm.com/v/tag/1751/" target="_blank">硬件資源——操作系統(tǒng)的關(guān)鍵功能。相反，ROS 與操作系統(tǒng)一起工作，最好是實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。

ROS 包含許多包含在中間件中的功能。ROS 中間件專注于為自主和機(jī)器人設(shè)備構(gòu)建軟件生態(tài)系統(tǒng)。這種以開發(fā)為中心的方法利用了開源開發(fā)的傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)。

ROS 生態(tài)系統(tǒng)中的軟件分為三類：

用于開發(fā)和分發(fā)基于 ROS 的軟件的獨(dú)立于語言和平臺(tái)的工具。

針對(duì)關(guān)鍵語言（如 Python、C++ 和 Lisp）的 ROS 客戶端庫實(shí)現(xiàn)。

包含使用一個(gè)或多個(gè) ROS 客戶端庫的應(yīng)用程序相關(guān)代碼的軟件包。

獨(dú)立于語言的工具和主要的客戶端庫（C++、Python、Lisp）都是在許可下發(fā)布的，并且可以免費(fèi)用于商業(yè)用途和研究。

ROS 1 的最終版本于 2020 年 5 月發(fā)布。ROS 2 得到了極大的改進(jìn)，利用軟件庫和開發(fā)工具的大型生態(tài)系統(tǒng)來構(gòu)建機(jī)器人應(yīng)用程序。

第二代版本包含一個(gè)新的 API，支持實(shí)時(shí)編程和更廣泛的計(jì)算環(huán)境。

ROS Ignition包括機(jī)器人工具，例如仿真庫和云服務(wù)。五個(gè)點(diǎn)火版本已經(jīng)發(fā)布。另一個(gè)模擬開發(fā)工具Gazebo專注于使用機(jī)器人設(shè)備、障礙物和其他場(chǎng)景進(jìn)行 3D 模擬。Gazebo 是第十一版。

ROS 還提供諸如低級(jí)設(shè)備控制、硬件抽象、進(jìn)程間消息傳遞、包管理等服務(wù)。軟件開發(fā)過程也可以表示為圖形架構(gòu)。

ROS歷史

開源機(jī)器人基金會(huì) (OSRF) 成立于 2012 年，是一家加利福尼亞公司。OSRF 是美國(guó)國(guó)稅局第 501c 條規(guī)定的非營(yíng)利、公益實(shí)體和免稅慈善機(jī)構(gòu)。新加坡的一家子公司專注于區(qū)域發(fā)展社區(qū)。2017 年，該基金會(huì)更名為 Open Robotics。從那時(shí)起，它已經(jīng)發(fā)展到50多名員工。

Open Robotics 由一個(gè)由 19 名成員組成的指導(dǎo)委員會(huì)指導(dǎo)，其中包括來自亞馬遜、博世、英特爾、LG 電子、微軟、三星、索尼、豐田研究所、Ubuntu 和風(fēng)河的代表。Apex.AI 也是指導(dǎo)委員會(huì)成員。

早期版本的 ROS 是由斯坦福大學(xué)的學(xué)生開發(fā)的，其中一些學(xué)生后來推出了 Willow Garage 以繼續(xù) ROS 開發(fā)。

Willow Garage 于 2010 年 3 月發(fā)布了其第一個(gè) ROS 版本，吸引了美國(guó)和其他地方的大量大學(xué)開發(fā)人員。

2013 年 2 月，OSRF 接手 ROS 開發(fā)。此后，Open Robotics 擴(kuò)展了 ROS 生態(tài)系統(tǒng)并更新了軟件技術(shù)。

Open Robotics 目前專注于五個(gè)行業(yè)領(lǐng)域：航空航天、汽車、醫(yī)療保健、物流和海事。

Apex.AI

Apex.AI 于 2017 年在帕洛阿爾托成立，在柏林、慕尼黑和德國(guó)斯圖加特設(shè)有辦事處。據(jù)該公司網(wǎng)站稱，它已獲得超過 7000 萬美元的資金，其中包括來自空中客車風(fēng)險(xiǎn)投資公司、大陸集團(tuán)、海拉、捷豹路虎、豐田、沃爾沃集團(tuán)和采埃孚的投資。

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首席執(zhí)行官 Jan Becker 擁有 20 多年的 AV 經(jīng)驗(yàn)。Becker 是參加 2007 年 DARPA 城市挑戰(zhàn)賽的斯坦福團(tuán)隊(duì)的成員。后來，他負(fù)責(zé)博世北美的自動(dòng)駕駛開發(fā)。他還是 SAE 自治級(jí)別定義的合著者。

Becker 在斯坦福大學(xué)任教超過 15 年，專注于 AV 和 ADAS 技術(shù)。

在 Apex.AI 協(xié)調(diào)開發(fā)活動(dòng)的首席技術(shù)官 Dejan Pangercic 在機(jī)器人和軟件框架（包括基于 ROS 的軟件開發(fā)）方面擁有十多年的經(jīng)驗(yàn)。

該公司的戰(zhàn)略重點(diǎn)是通過重寫 ROS 2 代碼并強(qiáng)調(diào)汽車功能，將 ROS 2 框架提升到一個(gè)新的水平。升級(jí)版 Apex.OS 是一個(gè)實(shí)時(shí)汽車開發(fā)套件和平臺(tái)。Apex.AI 增加了硬件抽象，這意味著 Apex.OS 代碼可以在多個(gè)微處理器架構(gòu)上運(yùn)行。該戰(zhàn)略還專注于軟件定義車輛，尤其是安全關(guān)鍵系統(tǒng)。

Apex.AI 已獲得德國(guó)領(lǐng)先測(cè)試公司 TüV Nord 的 ISO 26262 ASIL D 認(rèn)證。該產(chǎn)品 Apex.OS Cert. 定位為用于 AV 和軟件定義車輛的操作系統(tǒng)框架和開發(fā)套件。

Apex.AI 使用 C++ 開發(fā)其軟件，提供 C、C++、Python 和 Rust 語言的中間件庫。該策略使 Apex.AI 能夠?yàn)槠渖a(chǎn) ADAS 和 AV 的技術(shù)做好準(zhǔn)備。

Apex.AI 產(chǎn)品

Apex.OS 是作為一個(gè)軟件平臺(tái)引入的，它可以集成到所有車載域，同時(shí)擴(kuò)展到云功能。作為 ROS 2 的一個(gè)分支，Apex.OS 被稱為實(shí)時(shí)、可靠和確定性，可用于安全應(yīng)用程序。

機(jī)器人操作系統(tǒng)針對(duì)兩個(gè)主要客戶： OEM 開發(fā)人員實(shí)施與多個(gè) ECU 集成的復(fù)雜 AI 軟件；和 AV 開發(fā)人員實(shí)施安全關(guān)鍵型應(yīng)用程序。Apex.OS 還可以與其他開發(fā)框架一起使用，包括 AUTOSAR Adaptive。

Apex.OS 1.3 和 Apex 中間件可以一起使用。后者被設(shè)計(jì)為 Eclipse Cyclone DDS 和Eclipse iceoryx的集成，支持實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸和所謂的零拷貝通信。零拷貝是開發(fā)具有嚴(yán)格實(shí)時(shí)要求的軟件的關(guān)鍵特性。

下圖展示了 Apex.OS 如何與 Apex.Middleware 等產(chǎn)品集成。請(qǐng)注意，在 ECU 硬件之上需要一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。

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Apex.Autonomy 是一組經(jīng)過認(rèn)證的構(gòu)建塊，用于開發(fā)自治功能。它包括一個(gè)基于激光雷達(dá)的 L4 自動(dòng)駕駛堆棧，用于構(gòu)建安全關(guān)鍵型應(yīng)用程序。

合作伙伴、客戶

Apex.AI 已披露了有關(guān)其合作伙伴和客戶的一些信息，其他關(guān)系可能已建立但未公布。

自 2020 年以來，大陸集團(tuán)和 Apex.AI 一直在合作，在車輛電子系統(tǒng)中使用 Apex.OS。作為一級(jí)供應(yīng)商，Continental 需要更好的軟件能力，Apex.AI 提供安全關(guān)鍵的軟件工具。

Green Hills Integrity RTOS 內(nèi)核已獲得 ISO 26262 ASIL D 認(rèn)證，并已采用 ISO 21434 汽車網(wǎng)絡(luò)安全標(biāo)準(zhǔn)。誠(chéng)信是許多 Apex.AI 客戶的好伙伴。

Apex.AI 還與日本 AV 軟件初創(chuàng)公司 Tier IV 合作。Tier IV 開發(fā)了一個(gè)名為 Autoware 的開源自主軟件平臺(tái)。合作伙伴將結(jié)合他們的軟件并將其提供給他們的客戶。

豐田的 Woven Planet 也將 Apex.OS 用于 AV 軟件等安全應(yīng)用。Woven Planet 正在其 Arene 平臺(tái)中實(shí)施 Apex.OS。豐田的軟件開發(fā)平臺(tái)包括先進(jìn)的工具、API 和安全構(gòu)建模塊，以縮短新的移動(dòng)和自動(dòng)化應(yīng)用程序的軟件開發(fā)周期。

另一個(gè)客戶 Voyage 正在使用 Apex.OS 開發(fā)其固定路線貨車。Voyage 最近被 Cruise 收購。

ZF 既是擁有 5% 股權(quán)的投資者，也是 Apex.AI 的客戶。它正在開發(fā)基于 Apex.OS 的安全關(guān)鍵軟件。

底線

ROS 是一個(gè)成熟的、流行的開源軟件開發(fā)框架和平臺(tái)，用于創(chuàng)建機(jī)器人系統(tǒng)和應(yīng)用程序。在 Open Robotics 的管理下，它吸引了強(qiáng)大的技術(shù)行業(yè)參與。

Apex.AI 利用 ROS 生態(tài)系統(tǒng)開發(fā)滿足汽車行業(yè)需求的產(chǎn)品。Apex.OS 已獲得安全關(guān)鍵軟件的最高評(píng)級(jí)：ISO 26262 ASIL D 認(rèn)證。其配套產(chǎn)品 Apex.Middleware 和 Apex.Autonomy 可能會(huì)獲得類似的安全評(píng)級(jí)。

這是一個(gè)絕妙的策略。Apex.AI 的技術(shù)應(yīng)該證明對(duì)汽車 OEM、一級(jí)供應(yīng)商、AV 軟件開發(fā)商和那些設(shè)計(jì)安全關(guān)鍵系統(tǒng)的人有用。

Apex.AI 也有可能成為收購候選人。

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審核編輯 黃昊宇