시스템 수준에서 Replay

ORB 메시지를 바탕으로 시스템 특정 부분의 동작을 기록하고 이를 재연하는 것이 가능합니다. 이를 가능하게 하기 위해서 새로운 logger를 활성화시켜야 합니다.(SYS_LOGGER를 1로 설정)

재연은 실제 데이터를 기반으로 다른 파라미터 값의 영향을 테스트하는데 효과적입니다. 다른 estimator들을 비교할 수도 있습니다.

전제 조건

가장 먼저 해야하는 일은 replay해야 하는 모듈을 구별해내는 것입니다. 다음으로 이 모듈로 들어오는 모든 입력(예로 subscribed ORB topic)을 아는 것입니다. 시스템 수준에서 replay를 위해서는 모든 하드웨어 입력은 즉 센서, RC 입력, mavlink 명령, 파일 시스템으로 구성됩니다.

구별가능한 모든 topic들은 최대 rate로 로그를 남겨야 합니다.(logging 참고) ekf2 경우에는 이미 기본적으로 관련 topic에 대해서 로그를 남기고 있습니다.

재연하는 모든 topic은 단일 timestamp를 사용하는 것이 중요합니다. timestamp 필드에 자동으로 생성됩니다. 더 많은 timestamp가 있어야 한다면, main timestamp와 관련되어 있어야 합니다. 예제로 sensor_combined.msg를 참고하세요. 이에 대한 이유는 아래에서 설명합니다.

사용

  • 먼저 재연할 파일을 선택하고 타겟(Firmware 디렉토리 내에 있는)을 빌드합니다:
    export replay=<absolute_path_to_log_file.ulg>
    make px4_sitl_default
    
    여기서는 build/px4_sitl_default_replay라는 별도의 빌드 디렉토리에 결과물을 생성합니다. (이 파라미터는 일반 빌드에 영향을 주지 않음) 재연을 위해 PX4 SITL build target을 선택하는 것이 가능합니다. 빌드 시스템은 replay 환경변수를 통해 현재 재연 모드에 있는지 알 수 있습니다.
  • ORB publisher rule 파일을 build/px4_sitl_default_replay/tmp/rootfs/orb_publisher.rules에 추가합니다. 이 파일은 어떤 모듈이 어떤 메시지를 publish하도록 허용하는지 정의합니다. 다음과 같은 포맷으로 :

    restrict_topics: <topic1>, <topic2>, ..., <topicN>
    module: <module>
    ignore_others: <true/false>
    

    주어진 topics 리스트는 반드시 <module>(command 이름)로 publish되어야 합니다. 다른 module로부터 이 topic들 중에 publish는 무시됩니다. 만약 ignore_otherstrue라면, <module>로부터 다른 topic으로 publish는 무시됩니다.

    replay에 대해서는 replay 모듈이 이전에 구분한 topic 목록을 publish할 수 있도록 원합니다. ekf2을 replay하는데 있어서 rule 파일은 다음과 같습니다. :

    restrict_topics: sensor_combined, vehicle_gps_position, vehicle_land_detected
    module: replay
    ignore_others: true
    

    이렇게 하는 경우, 일반적으로 여기 topic들을 publish하는 module이 replay에 대해서 disable하지 않아도 됩니다.

  • Optional: setup parameter를 아래 파일에 덮어쓴다. build/px4_sitl_default_replay/tmp/rootfs/replay_params.txt. 이 파일은 <param_name> <value>의 목록을 포함해야만 한다. 다음과 같다. :

    EKF2_GB_NOISE 0.001
    

    기본적으로 log 파일에 모든 parameter가 적용됩니다. parameter가 저장하는 동안 변경되면, replay 하는 동안 해당 타이밍에 변경될 것입니다. replay_params.txt 내부에 parameter는 값을 덮어쓰고 log 파일에서 parameter가 변경되는 경우에는 적용되지 않습니다.

  • Optional: SD 카드에 있는 dataman mission 파일을 해당 build 디렉토리에 복사. mission이 replay인 경우에만 필요.
  • replay 시작하기:

    make px4_sitl_default jmavsim
    

    이렇게 하면 자동으로 log 파일을 열어서 paramter를 적용하고 replay를 시작합니다. 일단 완료되면, 결과를 리포팅하고 해당 process는 종료됩니다. 다음으로 새로 생성된 log 파일은 분석하고 _replayed가 파일이름에 추가됩니다.

    위 command는 simulator로도 보여집니다. 하지만 무엇을 replay하느냐에 따라서 실제로 진행되는 것을 보여주지 않을 수도 있습니다. 예를 든다면 QGC 연결을 통해서 가능하며 예를 들자면 replay 동안 attitude 변경을 볼 수 있습니다.

  • 마지막으로 환경 변수를 unset하는데 다시 일반 build target을 사용합니다. :

    unset replay
    

Important Notes

  • replay를 하는 동안 log 파일에 있는 모든 dropout을 리포팅합니다. 이렇게하면 replay에 부정적인 영향을 미치므로 recording시에는 dropout이 되지 않도록 신경써야만 합니다.
  • 현재 '실시간'으로 replay만 가능해서 recording만큼 빠르게 수행해야 합니다. 이 기능은 향후 확장될 예정입니다.
  • timestamp가 0인 message는 유효하지 않은 것으로 간주하며 replay할때 사용되지 않습니다.

EKF2 Replay

이것은 빠른 EKF2 replay를 위해 시스템 수준의 replay를 특화시킨 것입니다. 자동으로 ORB publisher rule을 생성하고 다음과 같이 동작합니다 :

  • 선택적으로 SDLOG_MODE를 1로 설정해서 부트에서 로깅을 시작시킴
  • log 기록
  • replay를 위해:
export replay_mode=ekf2
export replay=<abs_path_to_log.ulg>
make px4_sitl none

다음과 같은 output이 있고나서 정지할 수 있습니다 :

INFO  [replay] Replay done (published 9917 msgs, 2.136 s)

파라미터도 조절할 수 있습니다. (먼저 pyulog 설치 sudo pip install pyulog)하고 log로부터 추출할 수 있습니다 :

ulog_params -i $replay -d ' ' | grep -e '^EKF2' > build/px4_sitl_default_replay/tmp/rootfs/replay_params.txt

다음으로는 필요하면 파일에 있는 파라미터를 수정하고 make px4_sitl none로 replay 프로세스를 재시작합니다. 이렇게하면 새로운 로그 파일이 생성됩니다.

생성한 로그의 위치는 다음과 같이 메시지와 함께 출력 :

INFO  [logger] Opened log file: rootfs/fs/microsd/log/2017-03-01/13_30_51_replayed.ulg

종료할 때, replay 모드를 빠져나가기 위해 unset replay; unset replay_mode를 사용합니다.

Behind the Scenes

Replay는 3개 컴포넌트로 분리 :

  • replay 모듈
  • ORB publisher rules
  • time 처리

replay 모듈은 log를 읽고 record될 때와 동일한 속도로 message를 publish 합니다. 일정한 offset을 각 message의 timestamp에 추가하여 현재 system time과 매치(모든 timestamp가 상대적인 값인 이유)시킵니다. replay tryapplyparams 명령은 다른 모든 module들이 load되기 전에 실행해야하며 log에 있는 parameter와 user-set parameter를 적용합니다. 다음으로 마지막 명령 replay trystart은 다시 parameter를 적용하고 실제 replay를 시작시킵니다. 이 두가지 명령 모두 환경변수 replay가 설정되어 있지 않으면 아무런 일도 수행하지 않습니다.

ORB publisher rule은 위에 설명한 것처럼 system의 어느 부분이 replay될 것인지 선택합니다. PX4 SITL target에서만 컴파일됩니다.

time 처리 는 향후 구현이 필요합니다.

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