Análise de Tempo e Melhorias Baseadas em Prioridade dos Executores Multi-threaded do ROS 2

A segunda geração do Sistema Operacional Robótico, ROS 2, ganhou muita atenção pelo seu potencial de ser usado em aplicações robóticas críticas para a segurança. A necessidade de fornecer uma base sólida para a correção temporal e mecanismos de escalonamento está, portanto, crescendo rapidamente. Embora haja alguns estudos pioneiros realizados na análise formal do tempo de resposta de cadeias de processamento no ROS 2, o foco tem sido limitado a executores de thread única, e os executores multi-threaded, apesar de suas vantagens, não foram bem estudados. Para preencher essa lacuna de conhecimento, neste artigo, propomos uma estrutura abrangente de análise de tempo de resposta para cadeias executando em executores multi-threaded do ROS 2. Primeiro, analisamos o comportamento temporal do esquema de escalonamento padrão nos executores multi-threaded do ROS 2, e então apresentamos melhorias de escalonamento baseadas em prioridade para abordar as limitações do esquema padrão. Nossa estrutura pode analisar cadeias com prazos arbitrários e restritos, assim como o efeito de grupos de callback mutuamente exclusivos. A avaliação é realizada por meio de um estudo de caso no NVIDIA Jetson AGX Xavier e experimentos de escalonabilidade usando cadeias geradas aleatoriamente. Os resultados demonstram que nossa estrutura de análise pode delimitar de forma segura os tempos de resposta sob várias condições e que as melhorias de escalonamento baseadas em prioridade não apenas reduzem o tempo de resposta de cadeias críticas, mas também melhoram os limites analíticos.