隧道机器人 | 巡检机器人系统设计篇-操作系统

当完成所有硬件的选型工作后，下一步便是操作系统的评估与选择。

在方案设计阶段，查阅大量技术资料后发现，当前机器人底层系统普遍采用ROS1或ROS2架构。由于我们前期选用的是国产化核心板，该平台对嵌入式Linux及Android系统具备良好的兼容性，因此理论上能够稳定支持ROS2的运行环境。

选择ROS2进行开发

ROS2强调模块化设计和跨平台能力，支持多机器人之间的通信协作，采用DDS（数据分发服务）协议实现去中心化的通信机制。

其本质是一个面向机器人的软件开发框架，位于中间件层级，提供分布式通信机制、完整的工具链以及丰富的机器人算法库。它的核心优势在于统一了各功能模块间的交互标准（如节点自动发现、消息传递机制），并通过DDS协议保障高效、可靠的实时通信。

针对机器人应用场景进行了深度优化，具备动态节点发现、多机协同能力和灵活的QoS策略配置（例如数据优先级控制、延迟敏感性调整），特别适用于需要高频采集与传输传感器数据的应用场景。

借助DDS的QoS机制可实现软实时性能（响应时间在毫秒级），若需达到硬实时要求（微秒级抖动控制），则需结合实时内核补丁（如PREEMPT_RT）进行增强。

开发模式以节点为中心，开发者只需专注于具体功能模块（如路径规划、图像识别等）的封装及其接口定义，配合高度集成的开发工具链，大幅提升开发效率。

同时可复用ROS生态中成熟的开源组件（如导航栈、MoveIt运动规划框架），显著降低重复造轮子的成本；代码具备跨平台部署能力，可在x86与ARM架构上无缝迁移。

此外，ROS2引入生命周期管理机制，支持远程热更新，能够在不中断系统运行的前提下修复问题，有效减少现场维护频率。

### 嵌入式Linux原生开发方式

嵌入式Linux本身是完整的操作系统内核，负责硬件抽象、进程调度、内存管理等底层资源协调任务。其主要价值体现在提供稳定的驱动支持和基础系统服务能力。

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这类系统广泛应用于通用嵌入式设备，注重长期运行稳定性、低功耗表现以及广泛的硬件适配能力，适合功能固定且需持续工作的场景。

默认情况下不具备实时处理能力，但可通过打上Linux-RT补丁升级为硬实时系统。

开发过程通常从底层驱动入手，涉及内核裁剪、设备树配置、文件系统构建等环节，开发周期较长，技术门槛较高，但换来的是极高的系统稳定性和可控性。

可直接访问硬件外设（如GPIO、PWM、I2C等接口），非常适合有深度定制需求的应用场合。

### 两种方案对比分析

### 总结

目前，ROS2的目标是成为适用于绝大多数机器人产品的通用操作系统平台。事实上，如今绝大多数机器人企业在启动新项目时都会优先选择ROS2作为核心技术框架。

综合考虑本项目的开发周期、团队协作效率以及生态系统支撑能力，最终决定采用ROS2作为主技术路线。（额外说明：尽管我们在Linux底层开发方面经验丰富，但在机器人快速落地的大背景下，顺应主流趋势、减少试错成本更为关键。）

在设计过程中也曾评估鸿蒙系统的可行性，经过多方论证，确定第一阶段先采用“Linux + ROS2”的架构方案，在产品功能趋于成熟稳定后，再逐步推进向鸿蒙系统的迁移工作。

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