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简单
案例题
2017年11月第3题
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2017年11月第3题
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阅读以下关于机器人操作系统架构的描述，回答问题1至问题3。
【说明】
随着人工智能技术的发展，工业机器人已成为当前工业界的热点研究对象。某宇航设备公司为了扩大业务范围，决策层研究决定准备开展工业机器人研制新业务。公司将论证工作交给了软件架构师王工，王工经过分析和调研，从机器人市场现状、领域需求、组成及关键技术和风险分析等方面开展了综合论证。论证报告指出：首先，为了保障本公司机器人研制的持续性，应根据领域需求选择一种适应的设计架构；其次，为了规避风险，公司的研制工作不能从零开始，应该采用国际开源社区所提供机器人操作系统（Robot Operating System, ROS）作为机器人开发的基本平台。
在讨论会上，架构师李工提出不同意见，他认为公司针对宇航领域已开发了某款嵌 入式实时操作系统，且被多种宇航装备使用，可靠性较高。因此应该采用现有架构体系作为机器人的开发平台。会上王工说明了机器人操作系统与该款操作系统的差别，要沿用需要进行改造，投入较大。经过激烈讨论，公司领导同意了王工采用ROS的意见。
分值（5分）
王工拟采用的ROS具有分布式进程框架，以点对点设计以及服务和节点管理器方式， 使得执行程序可以各自独立地设计，松散地、实时地组合起来。这些进程可以按照功能包和功能包集的方式分组，因而可以容易地分享和发布。请用400字以内文字说明ROS与嵌入式实时操作系统的共同点，以及在实时性和任务通信方式两个方面的差异。
参考答案
ROS与嵌入式实时操作系统的共同点：
（1）系统微型化
（2）系统专用性强
（3）软硬件依赖性强
（4）系统资源受限
ROS与嵌入式实时操作系统的差异：
实时性：ROS弱于嵌入式实时操作系统。
通信方式：ROS的通信方式较为丰富，嵌入式实时操作系统通信方式单一。
凯恩解析
共同点：
- 系统微型化：ROS和嵌入式实时操作系统（RTOS）都属于微型化系统，设计上要求高效利用资源。它们都用于对资源受限的设备进行控制，且通常运行在嵌入式硬件上，因此必须在有限的资源下提供稳定的性能。
- 系统专用性强：这两种操作系统通常面向特定的应用场景。ROS主要用于机器人系统，而嵌入式实时操作系统多用于嵌入式设备和实时控制任务。
- 软硬件依赖性强：无论是ROS还是RTOS，都高度依赖于硬件平台，通常需要根据特定硬件来进行定制开发。两者的操作效率和稳定性与底层硬件的兼容性和性能密切相关。
- 系统资源受限：由于它们主要应用于嵌入式环境，这意味着它们的计算资源（如存储、内存、处理能力）都相对有限，要求系统在资源管理上做出优化。
差异：
- 实时性：ROS的实时性相对较弱，它主要注重任务的灵活性和扩展性，适用于机器人系统的复杂任务调度。由于其通信机制基于消息传递，因此在处理时间敏感的任务时可能存在延迟。而嵌入式实时操作系统通常设计为确定性系统，能够确保在严格的时间约束下完成任务，具有严格的实时性能保证。它们能够满足对时间的高精度要求，确保任务在规定时间内完成。
- 通信方式：ROS提供了丰富的通信机制，包括发布/订阅模式、服务调用、动作等多种通信方式。这种灵活性使得ROS可以处理复杂的分布式系统和多任务协调。然而，嵌入式实时操作系统的通信机制通常较为简单，更多采用信号量、消息队列等较基础的同步/异步机制。这些机制虽然简单，但对于一些实时任务来说更为高效。