Futebol: uma questão de tempo real?

1. Futebol: uma questão de tempo real? Sistemas de Tempo Real Hugo Santos (27621) Pedro Mónica (25330)

2. Introdução • Identificamos várias áreas no domínio do futebol robótico • Estratégia • Comunicação • Tratamento da informação do mundo • Sensores • Visão • Um dos problemas advém da utilização de uma única fonte para múltiplos fins de diferentes prioridades

3. Domínio do problema • Para demonstrar o problema iremos utilizar o domínio da visão • Um robô tem uma ou várias cameras de vídeo para reconhecimento do mundo • De cada uma das cameras obtêm uma imagem cada T ms • Desta única imagem terá que reconhecer diversos detalhes • A prioridade do processamento destes detalhes porém é diferente

4. Domínio do problema (II) • Alguns dos detalhes que neste domínio devem ser reconhecidos incluem • Os obstáculos • Sejam limites do campo, balizas, postes e outros robôs • As linhas do campo de jogo • A bola • A utilização de cada um destes detalhes implica uma prioridade distinta • por ex. é de maior importância detectar um obstáculo do que a bola

5. Domínio do problema (III) • Iremos explorar duas abordagens ao tratamento destes dados • Uma monolítica e sequencial • E uma modelar que tem em conta aspectos de tempo real • Ao distinguir estas duas abordagens iremos demonstrar como podemos impor restrições de tempo real ao domínio do problema

6. Uma abordagem monolítica • Com um processamento sequencial dos detalhes a partir de uma única frame obtemos um comportamento não determinístico e não óptimo • Isto deve-se ao facto do processamento de um único detalhe de menor prioridade poder levar demasiado tempo

7. Uma abordagem monolítica (II) • Processando os detalhes na seguinte ordem: • Procurar obstáculos • Procurar a bola • Procurar as balizas • Procurar cantos de campo • Conseguimos obter a informação relativa aos obstáculos a tempo para todos os frames onde não exista sobre-utilização do tempo de frame • No entanto se um processamento ultrapassar a sua quota ou não for suficientemente constante então temos um problema.

8. Uma abordagem monolítica (III) • Dependendo da estratégia utilizada para procurar um determinado detalhe, esta pode demorar mais ou menos tempo dependendo do input. • Por ex. se começarmos a procurar a bola no centro da imagem, demoramos pouco tempo se esta tiver no centro, e muito se ela estiver numa das extremidades

9. Processamento sequencial • Desta forma o processamento de único frame pode afectar o tempo de processamento dos seguintes, tendo um impacto na latência de obtenção de informação e não levando em conta as prioridades seguintes. • Introduz também não-determinismo pois o atraso de um processamento em particular afecta todos os seguintes. Atraso no processamento ou perca de frame … Obst Bola Resto Obst Bola Resto Obst Frame 1 Frame 2 Frame 3 T

10. Abordagem modular • Como podemos ver a abordagem monolítica não nos apresenta as garantias requeridas pelo domínio • Então como obter um sistema que nos ofereça essas garantias • Começamos por dividir o problema e a especificar os requisitos de tempo real • É também critico perceber que algum processamento é mais susceptivel a falhas em relação a outros • Por ex. Actualização do mundo vs. evitar obstaculos

11. Abordagem modular (II) • Prioritização • Detectar os obstáculos é mais importante que detectar a bola • Não queremos colidir, queremos maximizar a velocidade • Detectar a bola é mais importante que as balizas • Manter a possessão da bola é importante para a equipa • No entanto a fonte de informação é partilhada e os tempos gastos para processar cada detalhe são distintos

12. Abordagem modular (III) • Para solucionar este problema utilizamos um sistema de memoria partilhada entre processos distintos que trabalham em detalhes diferentes • Um único frame é partilhado por todos os processos que necessitam dele • Cada processo actualiza uma imagem global que é depois utilizada pelas camadas superiores de decisão • Cada processo trabalha também ao seu ritmo • Por ex. a detecção de bola pode apenas conseguir processar de 2 em 2 frames • A preempção entre processos garante que os de maior prioridade têm sempre tempo para executar

13. Abordagem Modular (IV) • Uma prioritização estrita entre os processos garante-nos os requisitos • A divisão funcional do problema permite obter valores determinísticos para cada processo uma vez que não existe uma interdependência interna, apenas externa Obst Obst Obst Frame 1 Frame 2 Frame 3 Bola Bola Frame 1 Frame 2 Frame 3 Resto Resto Resto Frame 1 Frame 2 Frame 3 T

14. Conclusão • Podemos modelar facilmente um problema num sistema modular, de forma a atribuir requisitos de tempo-real individualmente a cada uma das partes • Desta forma aumentamos a granularidade na aplicação dos requisitos de tempo-real do domínio • Este problema não se aplica apenas à visão; é comum a todos os problemas que envolvam o processamento de informação com prioridades distintas a partir da mesma fonte • Por ex. leitura de sensores ou análise de informação do mundo