Apollo Cyber​​ RT 框架

简介

Apollo Cyber RT 是一个开源、高性能的运行时框架，专为自动驾驶场景而设计。针对自动驾驶的高并发、低延迟、高吞吐量进行了大幅优化。

在 Cyber RT 中，有以下几个重要概念：

• 节点（Node）：一个可与其它节点进行数据通信的实体。在整个系统中，节点不能重名，否则会冲突。节点可以注册订阅、注册发布从而与其它节点通信。

• 通道（Channel）：用于节点间的通信。节点在注册订阅或发布时需要指定使用的通道名，注册后就能收到该通道里的消息或向通道里写入消息。

• 消息（Message）：是指在通道中传递的数据内容。消息的内容是用 protobuf 的格式事先约定的。

Cyber RT 支持跨进程通信，这个功能使得在同一计算机内的各个进程可以相互通信。在汽车系统上运行的软件，其实是多个互相独立的进程组成的。比如，图像采集是一个进程，控制底盘是另一个进程，它们互相独立，互不干涉，但通过 Cyber RT 就可以相互通信、相互协作。这也使得软件开发的协作变得更加容易。

除了跨进程通信，Cyber RT 也支持跨机通信，因此可以实现汽车与上位机软件之间的通信，实现发送指令、显示图像的功能。

图：Cyber RT 跨进程、跨机通信示意图

优势

Apollo Cyber RT 具有以下优势：

• 加速开发。具有数据融合功能的定义明确的任务接口，提供一系列开发工具，拥有大量传感器驱动程序。

• 简化部署。高效自适应的消息通信，具有资源意识的可配置用户级调度程序，可移植，依赖更少。

• 为自动驾驶赋能。默认的开源运行时框架，为自动驾驶搭建专用模块。

工具

cyber_monitor

cyber_monitor 是 Apollo Cyber RT 提供的监控工具，提供了终端中实时显示 channel 信息列表的功能。在开发调试过程中，可用于查看 Cyber RT 框架下相互通信的数据。

cyber_recorder

cyber_recorder 是 Apollo Cyber RT 提供的播放工具，可以用来播放 record 文件。Record 是 Apollo 记录数据的一种数据格式，后缀是 .record。

cyber_visualizer

cyber_visualizer 是一款用来显示 channel 数据的可视化工具。

常用术语

Component

在自动驾驶系统中，模块（如感知、定位、控制系统等）在 Cyber RT 下以 Component 的形式存在。不同 Component 之间通过 Channel 进行通信。Component 概念不仅解耦了模块，还为将模块拆分为多个子模块提供了灵活性。

Channel

Channel 用于管理 Cyber RT 中的数据通信。用户可以发布/订阅同一个 Channel，实现 P2P 通信。

Task

Task 是 Cyber RT 中异步计算任务的抽象描述。

Node

Node 是 Cyber RT 的基本组成部分。每个模块都包含一个 Node 并通过 Node 进行通信。通过在节点中定义 Reader/Writer 或 Service/Client，模块可以具有不同类型的通信形式。

Reader/Writer

Reader/Writer 通常在 Node 内创建，作为 Cyber RT 中的主要消息传输接口。

Service/Client

除 Reader/Writer 外，Cyber RT 还提供了用于模块通信的 Service/Client 模式。它支持节点之间的双向通信。当对服务发出请求时，客户端节点将收到响应。

Parameter

参数服务在 Cyber RT 中提供了全局参数访问接口。它是基于 Service/Client 模式构建的。

服务发现

作为一个去中心化的框架，Cyber RT 没有用于服务注册的主/中心节点。所有节点都被平等对待，可以通过“服务发现”找到其他服务节点。使用 UDP 用来服务发现。

CRoutine

参考协程（Coroutine）的概念，Cyber RT 实现了 Coroutine 来优化线程使用和系统资源分配。

Scheduler

为了更好地支持自动驾驶场景，Cyber RT 提供了多种资源调度算法供开发者选择。

Message

Message 是 Cyber RT 中用于模块之间数据传输的数据单元。

Dag 文件

Dag 文件是模块拓扑关系的配置文件。您可以在 dag 文件中定义使用的 Component 和上游/下游通道。

Launch 文件

Launch 文件提供了一种启动模块的简单方法。通过在 launch 文件中定义一个或多个 dag 文件，可以同时启动多个模块。

Record 文件

Record 文件用于记录从 Cyber RT 中的 Channel 发送/接收的消息。回放 Record 文件可以帮助重现 Cyber RT 之前操作的行为。

附录：Cyber RT 框架与 ROS 关键字对比

Cyber RT	ROS	注释
Channel	Topic	channel 用于管理数据通信，用户可以通过 Reader/Writer 相同的 channel 来通信
Node	Node	每一个模块包含 Node 并通过 Node 来通信。一个模块通过定义 read/write 和 / 或 service/client 使用不同的通信模式
Reader/Writer	Publish/Subscribe	订阅者模式。往 channel 读写消息的类。 通常作为 Node 主要的消息传输接口
Service/Client	Service/Client	请求 / 响应模式，支持节点间双向通信
Message	Message	Cyber RT 中用于模块间通信的数据单元。其实现基于 Protocol Buffers
Parameter	Parameter	Parameter 服务提供全局参数访问接口。该服务基于 service/client 模式
Record file	Bag file	用于记录从 channel 发送或接收的消息。 回放 record file 可以重现之前的操作行为
Launch file	Launch file	提供一种启动模块的便利途径。通过在 launch file 中定义一个或多个 DAG 文件，可以同时启动多个 modules
Component	无	组件之间通过 Cyber channel 通信
Task	无	异步计算任务
CRoutine	无	协程，优化线程使用与系统资源分配
Scheduler	无	用户空间任务调度器
Dag file	无	定义模块拓扑结构的配置文件