《智能交通系統(tǒng)概論》課件-第十一章 智能網(wǎng)聯(lián)汽車的操作系統(tǒng)與應(yīng)用平臺(tái)簡介

第十一章智能網(wǎng)聯(lián)汽車的操作系統(tǒng)2024/5/31學(xué)習(xí)目標(biāo)1了解Linux操作系統(tǒng)的特點(diǎn)及其在智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的應(yīng)用2了解ROS的特性及其在智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的應(yīng)用智能網(wǎng)聯(lián)汽車的操作系統(tǒng)——Linux01智能網(wǎng)聯(lián)汽車的操作系統(tǒng)——Linux目前常用的Linux發(fā)行版本主要為Ubuntu、RedHat、CentOS、Debian、FedoraCore、SuSE、Gentoo、Arch、Kali、Slackware等。智能網(wǎng)聯(lián)汽車的操作系統(tǒng)——LinuxLinux操作系統(tǒng)的架構(gòu)組成Linux是一種廣泛使用的嵌入式操作系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用程序?yàn)橹行?，以?jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可以更具需要進(jìn)行增減，主要用于對(duì)功能、可靠性、成本、大小、功耗和其他特殊的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)通常包括硬件和軟件，硬件包括嵌入式處理器、內(nèi)存和各種外圍設(shè)備。軟件部分包括嵌入式操作系統(tǒng)和用戶應(yīng)用程序。Linux代碼是完全開放的，Linux內(nèi)核是操作系統(tǒng)的靈魂，包括內(nèi)核的抽象和對(duì)硬件資源的間接訪問，Linux以統(tǒng)一的方式支持多任務(wù)處理。此方法對(duì)用戶進(jìn)程和每個(gè)進(jìn)程都是透明的，內(nèi)核同時(shí)運(yùn)行多個(gè)進(jìn)程，允許多個(gè)進(jìn)程公平合理地使用硬件資源，并使每個(gè)進(jìn)程在不安全的操作中相互干擾。智能網(wǎng)聯(lián)汽車的操作系統(tǒng)——LinuxLinux作為一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，具有高效的I/O管理能力，能夠處理和存儲(chǔ)控制系統(tǒng)所需的大量數(shù)據(jù)。Linux操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)一般由Linux內(nèi)核、命令解釋器（Shell)、文件系統(tǒng)以及應(yīng)用程序四大部分構(gòu)成。智能網(wǎng)聯(lián)汽車的操作系統(tǒng)——Linux1.Linux內(nèi)核Linux內(nèi)核無疑是Linux操作系統(tǒng)的核心。它由以下五個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成（1）進(jìn)程調(diào)度（2）內(nèi)存管理（3）虛擬文件系統(tǒng)（4）網(wǎng)絡(luò)接口（5）進(jìn)程之間的通信智能網(wǎng)聯(lián)汽車的操作系統(tǒng)——Linux2.命令解釋器——ShellShell是應(yīng)用于Linux系統(tǒng)中的命令解釋器，其作用和Windows系統(tǒng)的命令提示符一樣。都是為當(dāng)前用戶提供與系統(tǒng)內(nèi)核進(jìn)行交互操作的一種用戶界面。智能網(wǎng)聯(lián)汽車的操作系統(tǒng)——Linux3.文件系統(tǒng)文件系統(tǒng)是指Linux系統(tǒng)將用戶所有文件在各種存儲(chǔ)設(shè)備上進(jìn)行有效地存取。Linux系統(tǒng)文件主要包括：① 普通文件，如.cpp文件、文本文件、二進(jìn)制文件等。② 目錄文件，Linux系統(tǒng)下的主要目錄結(jié)構(gòu)③ bin目錄下存放的是系統(tǒng)命名文件；④ boot目錄下存放的是啟動(dòng)Linux系統(tǒng)的核心文件；⑤ dev目錄下存放的是所有設(shè)備文件；⑥ etc目錄下存放的是系統(tǒng)管理和配置文件；⑦ home目錄下存放的是系統(tǒng)中所有用戶的主目錄及相關(guān)文件；⑧ lib目錄下存放的是函數(shù)庫文件；⑨ root目錄下存放的是系統(tǒng)管理員相關(guān)的文件；⑩ sys目錄下存放的是Linux的系統(tǒng)文件? mnt目錄下存放的是各種掛載文件，如USB設(shè)備；? opt目錄下存放的是可選的應(yīng)用安裝包；? var目錄下存放的是日志類文件。智能網(wǎng)聯(lián)汽車的操作系統(tǒng)——Linux4.應(yīng)用程序安裝完Linux后，系統(tǒng)一般都會(huì)為用戶提供文本編輯器、數(shù)據(jù)過濾器等程序集合。智能網(wǎng)聯(lián)汽車的操作系統(tǒng)——LinuxLinux系統(tǒng)的特點(diǎn)，具體如下：①系統(tǒng)源碼對(duì)外開發(fā)，便于進(jìn)一步研究學(xué)習(xí)和完善Linux系統(tǒng)；②免費(fèi)使用；③具有較高的穩(wěn)定性能，可長時(shí)間連續(xù)運(yùn)行；④應(yīng)用領(lǐng)域較為廣泛，Linux不僅可在計(jì)算機(jī)設(shè)備中使用、還可以在路由器、機(jī)頂盒、手機(jī)、平板以及嵌入式設(shè)備中進(jìn)行安裝并使用；⑤Linux系統(tǒng)本身消耗的內(nèi)存相對(duì)較少；智能網(wǎng)聯(lián)汽車的開發(fā)平臺(tái)——ROS02智能網(wǎng)聯(lián)汽車的開發(fā)平臺(tái)——ROSROS是Robot（機(jī)器人）+Operating（操作）+System（系統(tǒng)）的簡稱，即為機(jī)器人操作系統(tǒng)。ROS主要組件包括ROSMaster、ROSNode和ROSService三種?，F(xiàn)代智能網(wǎng)聯(lián)汽車的自主駕駛系統(tǒng)整合了路徑規(guī)劃、避障、導(dǎo)航、交通信號(hào)監(jiān)測(cè)等多個(gè)軟件模塊和計(jì)算、控制、傳感器模塊等多個(gè)硬件模塊，如何有效調(diào)配軟硬件資源也是一個(gè)挑戰(zhàn)。簡單的嵌入式系統(tǒng)并不能滿足無人駕駛系統(tǒng)的上述需求，我們需要一個(gè)成熟、穩(wěn)定、高性能的操作系統(tǒng)去管理各個(gè)模塊。智能網(wǎng)聯(lián)汽車的開發(fā)平臺(tái)——ROSROS從嚴(yán)格意義上來講并不是一個(gè)真正的操作系統(tǒng)，而是一款用于機(jī)器人或人工智能的應(yīng)用軟件開發(fā)平臺(tái)。要保證一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)穩(wěn)定、高效地運(yùn)行，每個(gè)模塊都能發(fā)揮出最大的潛能，ROS提供了一個(gè)成熟有效的管理機(jī)制，使得系統(tǒng)中的每個(gè)軟硬件模塊都能有效地進(jìn)行互動(dòng)。它提供了大量的程序庫和工具，從而使得開發(fā)人員能夠更好地在機(jī)器人或人工智能領(lǐng)域中進(jìn)行學(xué)習(xí)與研究。而且ROS本身還具有許多功能，如硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)、可視化工具、消息傳遞等。智能網(wǎng)聯(lián)汽車的開發(fā)平臺(tái)——ROSROS的主要設(shè)計(jì)目標(biāo)是為了盡可能地避免或減少重復(fù)造車輪的現(xiàn)象出現(xiàn)。共享大量可復(fù)用的程序及源代碼，便于更多的相關(guān)領(lǐng)域人才參與到機(jī)器人和人工智能兩大領(lǐng)域的學(xué)習(xí)和研究中。目前，ROS的應(yīng)用領(lǐng)域除了無人駕駛和智能網(wǎng)聯(lián)汽車領(lǐng)域外，還包括物流倉儲(chǔ)領(lǐng)域、工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域和交通管理領(lǐng)域等。智能網(wǎng)聯(lián)汽車的開發(fā)平臺(tái)——ROSROS的特性，包括以下幾點(diǎn)：1）點(diǎn)對(duì)點(diǎn)設(shè)計(jì)。ROS在處理進(jìn)程之間的通信時(shí)，采用了耦合度相對(duì)較低的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)設(shè)計(jì)。2）分布式設(shè)計(jì)。ROS是一個(gè)分布式設(shè)計(jì)的框架，不僅可以實(shí)現(xiàn)ROS工程之間的集成和發(fā)布，還能夠移植到其它機(jī)器人軟件平臺(tái)上使用。3）支持多種語言。ROS可支持多種編程語言，如C++、Java、Python、Lisp、Lua、Ruby等。4）豐富