Типы вычислительных узлов

Материал из roboforum.ru Wiki
Версия от 18:21, 8 декабря 2007; =DeaD= (обсуждение | вклад) (Варианты компоновки вычислительных узлов)
Перейти к: навигация, поиск

Вычислительные узлы

Для управления роботами чаще всего (кроме случая простейших BEAM-роботов) используются компьютеры или микроконтроллеры, позволяющие заложить в них требуемую программу действий и при необходимости её легко модифицировать простым перепрограммированием без физического вмешательства в робота. Основные плюсы и минусы каждого из вариантов:

Тип вычислительного узла Вид Производительность Потребляемое питание Вес и габариты Стоимость Особенности
Системный блок ПК Системный блок ПК 2-10млрд.опер./сек 200-500Вт Большие (50x25x60см) 300$ и выше (обычно уже есть) Не переносит вибрации
Ноутбук Ноутбук 1-4млрд.опер./сек 35-100Вт Средние (30x25x6см) 500$ и выше (возможно уже есть) Плохо переносит вибрации
Автомобильный ПК Автомобильный ПК 0.8-2.5 млрд.опер./сек 80-150Вт Средние (21x27x7см) 350$ и выше Хорошо переносит вибрации
КПК КПК 200-600 млн.опер./сек 1-2Вт Малые (12x8x2см) 300-800$ и выше Неплохо переносит вибрации
Контроллеры на базе 16/32-битных МК (ARM9) Контроллеры на базе 16/32-битных МК (ARM9) 80-250 млн.опер./сек 0.5Вт Мини (10x10x1см) 100-200$ Не всегда удачно выбраны разъемы и дополнительные компоненты размещенные на плате
Контроллеры на базе 16/32-битных МК (ARM7) Контроллеры на базе 16/32-битных МК (ARM7) 10-60 млн.опер./сек 0.2Вт Мини (10x10x1см) 50-200$ Не всегда удачно выбраны разъемы и дополнительные компоненты размещенные на плате
Контроллеры на базе 8-битных МК (AVR,PIC) Контроллеры на базе 8-битных МК (AVR,PIC) 1-16 млн.опер./сек 0.1Вт Мини (10x10x1см) 20-200$ Не всегда удачно выбраны разъемы и дополнительные компоненты размещенные на плате
МК 8-битные в DIP-корпусах (AVR,PIC) МК 8-битные (AVR,PIC) 1-16 млн.опер./сек 0.05Вт Микро (3x1.5x0.5см) 2.5-10$ Требуется "обвязка" для работы


Варианты компоновки вычислительных узлов

В зависимости от задачи на роботе может находится как отдельный МК и больше ничего, так и целая сеть из вычислительных узлов. Ниже представлены наиболее часто используемые варианты компоновки вычислительных узлов робота:

Вариант Схема Преимущества Недостатки Варианты реализации Стоимость организации связи
Одиночный МК MCU-Robot small.jpg Полная автономия, минимальные затраты, размеры, энергопотребление Очень малые вычислительные возможности.

Единственный МК занят работой с устройствами.

Требуются навыки программирования МК.

- 0$
Шина МК Bus-MCU-Robot small.jpg Полная автономия, минимальные затраты, размеры, энергопотребление.

Центральный МК разгружен от работы с периферией и поэтому может больше времени уделить другим задачам.

Малые вычислительные возможности.

Требуются навыки программирования МК.

Стандартный вариант - шина i2c.

Если нужна защищенность от помех, используют шину rs-485.

i2c: 0$

rs-485: n*3$

КПК с шиной МК HPC-Bus-MCU-Robot small.jpg Полная автономия, минимальные затраты, размеры, энергопотребление.

КПК предоставляет значительные вычислительные мощности в распоряжение робота.

Требуются навыки программирования КПК для разработки основной программы. Стандартный вариант - шина i2c, интерфейс с кпк - ttl-uart. 0$
Ноутбук/ПК с подключенными звездой МК PC-Star-MCU-Robot small.jpg Простота программирования основной программы на ПК.

Значительные вычислительные мощности в распоряжение робота.

С каждым МК установлен отдельный канал, поэтому общая пропускная способность взаимодействия с исполнительными устройствами и сенсорами значительно выше.

Значительные размеры, вес и энергопотребление вычислительного блока.

Каждый модуль с МК более сложен из-за интерфейса с центральным узлом.

На центральном вычислительном узле должно быть достаточно портов для подключения всех модулей.

Стандартные варианты - rs-232, USB. n*(3-30$)
Ноутбук/ПК с шиной МК PC-Bus-MCU-Robot small.jpg Простота программирования основной программы на ПК.

Значительные вычислительные мощности в распоряжение робота.

Каждый модуль МК более простой, так как им не требуется интерфейс с ПК.

Требуется всего 1 порт на центральном узле для подключения всех модулей на МК.

Значительные размеры, вес и энергопотребление вычислительного блока.

Ограниченная пропускная способность единственного канала через который центральный узел взаимодействует со всеми МК.

Стандартные варианты интерфейса с центральным узлом - rs-232, USB.

Стандартные варианты шины - i2c, если нужна защищенность от помех, используют шину rs-485.

rs232: ~20$

usb: ~50$

+

i2c: 0$

rs-485: n*3$

Ноутбук/ПК с шиной МК через радиоканал PC-Radio-Bus-MCU-Robot small.jpg Значительная автономия, минимальные размеры, энергопотребление робота.

Простота программирования основной программы на ПК.

Значительные вычислительные мощности в распоряжение робота.

Робот не является полностью автономным и может действовать только в некотором радиусе стабильной связи с центральным вычислительным узлом.

Ограниченная пропускная способность единственного канала через который центральный узел взаимодействует со всеми МК.

Варианты интерфейса с центральным узлом - rs-232, USB, ethernet.

Варианты радиоканала - специализированный радиоканал, Bluetooth, WiFi, Wireless USB. Варианты шины - i2c, если нужна защищенность от помех, используют шину rs-485.

Радиоканал: 50-300$

+

i2c: 0$

rs-485: n*3$