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Kria Robotics Stack （環境設定）

2022/03/12に公開
ROS2
FPGA
xilix
tech

はじめに

とうとうKV206評価ボードが手元に届きました。KV206はROS2対応のソフトウエアスタック（Kria Robotics Stack）というものがあり、以前から気になっていたのでこれから色々見ていければと思います。
Kria Robotics Stack（KRS）は、ROS2ベースのロボット開発用ライブラリ・ユーティリティの統合ツールで、XilinxのFPGAでROS2で開発がでるようになります。FPGA（実際はCPU、GPU、FPGAですが）を使う事で「低遅延」、「決定論」、「リアルタイム」、「セキュリティ」、「高スループット」といったロボット性能が実現できるのが特徴のようです。正式版のリリースはまだ先のようなので、今回はベータ版で環境を構築してみようと思います。

動作条件

以下がKRSベータ版の動作条件になります。

  • Ubuntu 20.04 Focal Fossa オペレーティングシステム
  • Vitis 2020.2.2スイート（Vitis、Vivado、Vitis HLS）
  • ROS2 Rolling ディストリビューション

以降で順番にインストールをしていきたいと思います。

Ubuntu 20.04 Focal Fossa のインストール

以下のサイトからUbuntu 20.04 Focal Fossaをダウンロードします。
https://releases.ubuntu.com/20.04/

インストール方法については、以下で書いた内容と同じ手順になります。
https://zenn.dev/youkou/articles/ef516373db9b55

Vitis 2021.2 のインストール

以下のサイトからVitis 2021.2をダウンロードします。
https://japan.xilinx.com/support/download.html

Vitisのインストール方法についても、こちらと同じ手順になります。
https://zenn.dev/youkou/articles/ef516373db9b55

ROS Rolling のインストール

locale 設定

Ubunt20.04のlocaleを設定変更します。

locale
sudo apt update && sudo apt install locales
sudo locale-gen en_US en_US.UTF-8
sudo update-locale LC_ALL=en_US.UTF-8 LANG=en_US.UTF-8
export LANG=en_US.UTF-8
locale

最終的なlocaleの結果は以下の通りとなります。

LANG=en_US.UTF-8
LANGUAGE=
LC_CTYPE="en_US.UTF-8"
LC_NUMERIC="en_US.UTF-8"
LC_TIME="en_US.UTF-8"
LC_COLLATE="en_US.UTF-8"
LC_MONETARY="en_US.UTF-8"
LC_MESSAGES="en_US.UTF-8"
LC_PAPER="en_US.UTF-8"
LC_NAME="en_US.UTF-8"
LC_ADDRESS="en_US.UTF-8"
LC_TELEPHONE="en_US.UTF-8"
LC_MEASUREMENT="en_US.UTF-8"
LC_IDENTIFICATION="en_US.UTF-8"
LC_ALL=en_US.UTF-8

APTリポジトリへのROS2パッケージ登録

Ubuntuユニバースリポジトリが有効になっていることを確認します

apt-cache policy | grep universe
# 以下のメッセージが表示されることを確認します
 500 http://us.archive.ubuntu.com/ubuntu focal/universe amd64 Packages
     release v=20.04,o=Ubuntu,a=focal,n=focal,l=Ubuntu,c=universe,b=amd64

続いて、ROS2パッケージのAPTリポジトリを追加します。
始めにGPGキーを承認します。

sudo apt update && sudo apt install curl gnupg lsb-release
sudo curl -sSL https://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/ros.key -o /usr/share/keyrings/ros-archive-keyring.gpg

リポジトリをソースリストに追加します。

echo "deb [arch=$(dpkg --print-architecture) signed-by=/usr/share/keyrings/ros-archive-keyring.gpg] http://packages.ros.org/ros2/ubuntu $(source /etc/os-release && echo $UBUNTU_CODENAME) main" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/ros2.list > /dev/null

ROS2パッケージのインストール

PythonのリンクをPython3に設定します。

sudo apt update
sudo apt install ros-rolling-desktop
sudo apt install ros-rolling-ros-base

ROS2の動作確認

ビルドが完了したら動作を確認してみます。Terminalを二つ起動してデモプログラムを実行します。

terminal1
source /opt/ros/rolling/setup.bash
ros2 run demo_nodes_cpp talker
terminal2
source /opt/ros/rolling/setup.bash
ros2 run demo_nodes_py listener

以下の画面の通り、TalkerとListenerノード間でメッセージ通信できていることが確認できます。

XRTをインストールする

KRSベータ版の動作条件に記載はありませんが、KRSをインストールするためにXRT(Xilinx Run Time)をインストールする必要があります。

最初に以下からXRT_2021.2をダウンロードしてきます。
https://github.com/Xilinx/XRT/tree/2021.1

ダウンロードしたXRT-2021.2.zipを適当なディレクトリに展開します。

unzip XRT-2021.2.zip

XRTをビルドします。

sudo ./XRT-2021.2/src/runtime_src/tools/scripts/xrtdeps.sh
cd build
./build.sh
cd build/Release
make package

ビルドしたパッケージをインストールします。

cd ./XRT-2021.2/Build/Release
sudo apt install ./xrt_202120.2.12.0_20.04-amd64-xrt.deb

以上で/opt/xilinx/xrtにXRTがインストールされます。

KRS(Kria Robotics Stack)のインストール

依存関係のあるパッケージをインストールします。

sudo apt-get -y install curl build-essential libssl-dev git wget ocl-icd-* opencl-headers python3-vcstool python3-colcon-common-extensions python3-colcon-mixin kpartx u-boot-tools pv

ディレクトリを作成します。

mkdir -p ~/krs_ws/src
cd krs_ws/

krs_alpha.repoファイルを生成します。

cat << 'EOF' > krs_rolling.repos
#以下を書き込みます
repositories:
  ros2/ament_lint:
    type: git
    url: https://github.com/ament/ament_lint
    version: master
  ros2/launch:
    type: git
    url: https://github.com/ros2/launch
    version: master

  perception/image_common:
    type: git
    url: https://github.com/ros-perception/image_common
    version: 9729de81f7dff6156f644d6152b200f687360f1f
  perception/image_pipeline:
    type: git
    url: https://github.com/ros-acceleration/image_pipeline
    version: ros2
  perception/vision_opencv:
    type: git
    url: https://github.com/ros-perception/vision_opencv
    version: 7bbc5ecc232e8faf36b45efaa2b6bc979b04157f

  tracing/ros2_tracing:
    type: git
    url: https://gitlab.com/ros-tracing/ros2_tracing.git
    version: master
  tracing/tracetools_acceleration:
    type: git
    url: https://github.com/ros-acceleration/tracetools_acceleration
    version: main

  acceleration/acceleration_firmware:
    type: git
    url: https://github.com/ros-acceleration/acceleration_firmware
    version: main
  acceleration/acceleration_firmware_kv260:
    type: zip
    url: https://github.com/ros-acceleration/acceleration_firmware_kv260/releases/download/v0.9.0/acceleration_firmware_kv260.zip
  acceleration/adaptive_component:
    type: git
    url: https://github.com/ros-acceleration/adaptive_component
    version: main
  acceleration/ament_acceleration:
    type: git
    url: https://github.com/ros-acceleration/ament_acceleration
    version: main
  acceleration/ament_vitis:
    type: git
    url: https://github.com/ros-acceleration/ament_vitis
    version: main
  acceleration/colcon-acceleration:
    type: git
    url: https://github.com/ros-acceleration/colcon-acceleration
    version: main
  acceleration/ros2_kria:
    type: git
    url: https://github.com/ros-acceleration/ros2_kria
    version: main
  acceleration/ros2acceleration:
    type: git
    url: https://github.com/ros-acceleration/ros2acceleration
    version: main
  acceleration/vitis_common:
    type: git
    url: https://github.com/ros-acceleration/vitis_common
    version: master
  acceleration/acceleration_examples:
    type: git
    url: https://github.com/ros-acceleration/acceleration_examples
    version: main
EOF

KRSベータリリースのリポジトリをインポートします。

vcs import src --recursive < krs_rolling.repos

Xilinxの環境とROS2の環境設定ファイルを読み込みます。

source /tools/Xilinx/Vitis/2021.2/settings64.sh
source /opt/ros/rolling/setup.bash

KRSをビルドします。

export PATH="/usr/bin":$PATH
colcon build --merge-install

ビルドすると以下のエラーが発生します。
CMakeのバージョンがあっていないようです。

・・・
--- stderr: image_geometry                                                                                                                         
CMake Error at CMakeLists.txt:1 (cmake_minimum_required):
  CMake 3.5 or higher is required.  You are running version 3.3.2
・・・

CMakeのパスを確認すると、確かにバージョン3.3.2になっています。

/tools/Xilinx/Vitis/2021.2/tps/lnx64/cmake-3.3.2/bin/cmake

/tools/Xilinx/Vitis/2021.2/tps/lnx64ディレクトを確認すると、cmake-3.21.0があるのでそちらに切り替えてみます。

cd /tools/Xilinx/Vitis/2021.2/tps/lnx64
ls
clangd-8.0.0  cmake-3.21.0  cmake-3.3.2  dfu-util-0.9  javafx-sdk-11.0.2  jre11.0.11_9  python-2.7.5  python-3.8.3

/tools/Xilinx/Vitis/2021.2ディレクトにある.settings64-Vitis.shでパスを設定している箇所があります。/tools/Xilinx/Vitis/2021.2/tps/lnx64/cmake-3.3.2/binから/tools/Xilinx/Vitis/2021.2/tps/lnx64/cmake-3.21.0/binに変更します。
再度Xilinxの環境設定ファイルを読み込みます。cmakeのパスが変更されていることが確認できました。

source /tools/Xilinx/Vitis/2021.2/settings64.sh
which cmake
/tools/Xilinx/Vitis/2021.2/tps/lnx64/cmake-3.21.0/bin/cmake

KRSをもう一度ビルドしてみます

cd ~/krs_ws
colcon build --merge-install

今度は、image_procのビルドでインクルードファイルが無いというエラーが発生します。

--- stderr: image_proc
In file included from /home/kino/krs_ws/src/perception/image_pipeline/image_proc/src/rectify_resize_fpga_integrated_xrt.cpp:35:
/home/kino/krs_ws/src/perception/image_pipeline/image_proc/include/image_proc/rectify_resize_fpga_integrated_xrt.hpp:37:10: fatal error: experimental/xrt_bo.h: No such file or directory
   37 | #include "experimental/xrt_bo.h"
      |          ^~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

~/krs_ws/src/perception/image_pipeline/image_proc/CMakeLists.txtの

  • target_include_directories(rectify_resize_fpga_integrated_node PUBLIC ～
  • target_include_directories(rectify_resize_fpga_streamlined_xrt PUBLIC ～

に以下の様にxrtヘッダのPATHを追加します。

target_include_directories(rectify_resize_fpga_xrt PUBLIC
  ・・・
  /opt/xilinx/xrt/include 
)

同様に、~/krs_ws/src/acceleration/acceleration_examples/nodes/image_pipeline_examples/CMakeLists.txtの

  • target_include_directories(rectify_resize_fpga_xrt PUBLIC ～
  • target_include_directories(rectify_resize_fpga_streamlined_node PUBLIC ～

にもxrtヘッダのPATHを追加します。

この状態でKRSをリビルドしたら成功しました。
あの手この手で強引にインストールしたので正常動作するか微妙な所ですが、次回以降で動作確認も含めていろいろと試していきたいと思います。

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