Desenvolvimento de um VeÃculo AÃ©reo NÃ£o-Tripulado - LARA ...

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decidir quais tarefas seriam executadas, com qual periodicidade e com qual prioridade [48]. As tarefas escolhidas estão na Tabela 4.1. Tarefa Período (ms) Prioridade Escrita - PWM 7 4 Leitura - PWM 20 3 Protocolo 3 3 GPS 100 2 IMU 10 2 Bateria 100 1 Pitot 10 1 Altímetro 100 1 Sonar 20 1 Tabela 4.1: Tarefas utilizadas no FreeRTOS no LPC2148 As tarefas foram dividas da mesma forma que os módulos - ou seja, com base no subsistema e no tipo de dado sendo coletado. Os períodos de amostragem tentaram respeitar as necessidades do sistema (por exemplo, não há necessidade de dados da bateria a uma frequência muito alta, pois a dinâmica é lenta) e da frequência de atualização do próprio sensor. As prioridades foram ajustadas de acordo com a realidade do sistema. É importante destacar que tanto os períodos como as prioridades foram ajustadas manualmente para garantir que o sistema se comportasse como planejado, ou seja, sendo capaz de executar a aquisição e o controle em tempo real. Do ponto de vista de código, cada tarefa de aquisição se resume a requisitar e guardar na memória os últimos dados adquiridos. A tarefa de atuação (escrita dos PWMs) envia o último dado de atuação para o microcontrolador responsável pela geração. Finalmente, o protocolo monitora e envia todos os dados disponíveis quando requisitado, ou atualiza os valores de atuação quando os recebe. É importante destacar que o código é implementado de tal forma que o processador principal saiba que dados são novos (e valídos) e que dados são antigos, prevenindo que um dado passado seja interpretado como um dado atual. 4.8 Módulo de Processamento Principal - Gumstix Overo O cérebro de toda a aeronave é o processador principal. O seu código, além de ser confiável, deve ser simples o suficiente para tornar fácil a implementação de novos algoritmos, flexibilizando ao máximo as possibilidades de uso da plataforma. Como descrito no projeto de sistema, o processador principal é o responsável por toda a temporização do sistema - logo, o programa deve ser determinísitico em termos de temporização, e deve ser capaz de executar todas as tarefas necessárias (estimação e lei de controle) dentro do 78
período de amostragem. 4.8.1 Sistema Operacional em Tempo Real - Xenomai Devido aos requisitos do projeto, o sistema original fornecido pelo Gumstix teve que ser modificado para funcinar em tempo real. Originalmente, o Gumstix vem com um sistema operacional Linux baseado no OpenEmbedded, uma distribuição para sistemas embarcados em geral. Dessa forma, visando manter o Linux para usurfruir da grande quantidade de bibliotecas e suporte, a idéia foi extender o Linux para atender as exigências de tempo real. Os dois grandes projetos que fornecem tempo real para o Linux são o RTAI (RealTime Application Interface for Linux) e o Xenomai [49]. O primeiro é mais antigo, porém, sua última atualização foi em 2010. O Xenomai é um projeto mais novo (baseado no RTAI), que está sendo continuamente atualizado. A principal dificuladade associada a esses projetos são a necessidade de se modificar o kernel do Linux. Devido a experiência no LARA, a escolha foi a utilização do Xenomai utilizando uma versão modificada do OpenEmbedded desenvolvida dentro do LARA (com base em [50, 51]). O sistema resultante é uma versão embarcada de tamanho reduzido do Linux com Xenomai, e está disponibilizado livremente na Wiki do LARA. A versão modificada do OpenEmbedded removeu todos os aplicativos não essenciais, a fim de reduzir ao máximo o tamanho do sistema operacional. Todos os serviços também foram removidos, para reduzir o consumo de RAM e diminuir o tempo de boot. O kernel também foi modificado para remover qualquer tipo de funcionalidade que fosse interferir com o funcionamento da aeronave e do sistema operacional em tempo real. Finalmente, os módulos do kernel não essenciais foram removidos, e os essenciais compilados diretamente no kernel. Com base nessa versão, o kernel recebeu o Adeos I-pipe (interrupt pipeline), que implementa um nano-kernel que opera em paralelo com o kernel do Linux, permitindo que o Xenomai interrompa o kernel do Linux para garantir a operação em tempo real [49]. O Adeos utilizado foi especialmente modificado para uso no OMAP3530 do Gumstix. As bibliotecas do Xenomai foram acrescentadas ao sistema base para gerar o sistema operacional completo para a aeronave. Antes de continuar o desenvolvimento, o determinismo e latência do sistema foram aferidos utilizando um osciloscópio e um código desenvolvido no LARA, além da suíte de testes fornecida pelo Xenomai. O sistema também passou por um teste de confiabilidade, onde ele executou programas de teste em tempo real por várias horas sem violar o determinismo ou travar. Outra dificuldade do Xenomai é a utilização de dispositivos de hardware em tempo real. A forma tradicional de implementação de drivers no Linux fazem com que todos os comandos passem pelo HAL do Linux [52], o que gera uma latência fora do controle do Xenomai - violando as premissas do sistema operacional em tempo real. Como toda a comunicação é serial, surgiu a necessidade de desenvolvimento de uma forma de acesso direto a porta serial através do Xenomai. A solução encontrada foi a remoção dos drivers do Linux, para evitar a interferência dos 79
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Agradecimentos É essa talvez a par
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Subscritos ω f (k) Referente à me
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UART UAV UKF UnB USB VANT WGS WMM X
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Com isso em mente, a proposta desse
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