AIAA的會議論文（Infotech@Aerospace 2012），從計算機角度闡述了無人機軟件架構，由易科機器人實驗室（ExBot.net）分享。

　　文獻信息

　　文獻：UAV Software Architecture

　　作者：Fred Briggs，Wyle Aerospace Group

　　翻譯：Top Liu，ExBot易科機器人實驗室創始人；飄搖塵，ExBot易科機器人實驗室核心開發者，ExBot.net管理員

　　無人機軟件架構

　　AIAA 2012-2539

　　本文探討無人機（UAV）系統的軟件架構，對無人機系統設計已發表的軟件架構方面文 獻按時間進行綜述與探討。主要關注指揮和控制軟件，并討論情報、監視和偵察軟件架構的 差異，其目的是為了呈現無人機軟件架構是如何演變到目前狀態。包括從技術軟件架構規則 的早期發展到當前無人機軟件在互操作性、通用性、視頻壓縮技術等方面問題，例如參考文獻《軟件架構：一門新興學科的展望》，Garlan， D. and Shaw， M. （1996）1；《戰場中的猛禽、 捕食者、掠食者及美國最新無人機》Yenne， W. （2010）2；《動態系統的軟件使能控制和信息技 術》Samad， T. and Bala， G. （2003）3；《自主無人機實驗的分布式架構》Doherty， P.， Haslum P.，Heintz， F.， Merz， T.， Nyblom， P.， Persson， T.， and Wingman， B.， （2004）4;《無人機智能系統軟 件》Sinsley， G.， Long， L.， Niessner， A.， and Horn， J.（2008）5以及《無人旋翼機系統》Cai， G.， Chen， B.， and Lee， T. （2011）6。研究比較了當前無人機開放式軟件架構程序及其平臺如捕食者、全球 鷹、飛馬。完整的參考文獻見附錄A。

　　1 簡介

　　“架構可定義為組件的結構及它們之間的關系，以及規范其設計和后續進化的原則和指南。簡言之，架構是構造與集成軟件密集型系統的深層次設計7“。也可稱其為如何實施解決 方案的一個策略性設計（例如基于組件的工程標準、安全）和解決方案做什么的功能性設計（如算法、設計模式、底層實現）。

　　1996 年 Garlan 和 Shaw 在《軟件架構：一門新興學科的展望》1 中寫到架構問題包括：系統組件構成的組織、全局控制結構、通信協議、同步和數據訪問等。他們研究了軟件開發者常用的系統組織模式，包括數據流系統、調用及返回系統、虛擬機、以數據為中心的系統（數據庫）、分布式進程和特定領域的軟件架構。針對給定問題或領域，確定最優秀的架構是一個永恒的挑戰。Garlan 和 Shaw 展示了如何構造一個可變架構的設計空間，以及如何建立設計原則來根據功能需求選擇應用系統。

　　Garlan 和 Shaw 列出了移動機器人的基本設計需求，如：（1）慎思規劃和反應式行為；（2）容許不確定性；（3）考慮危險；（4）靈活性強。針對這些要求，他們評估了四種 用于移動機器人的架構，包括控制回路（control loop）、分層（layers）、隱式調用（implicit invocation）、黑板（blackboard），如圖 1 所示。閉環控制解決方案推薦用于不處理復雜外部事件的簡單機器人系統。分層構架能很好實現構件的組織，但是在實時環境中處理外部事件時其反應過慢。第三個 解決方案隱式調用圍繞事件處理實現，用于任務控制架構（TCA）。

　　推薦 TCA 用于較復雜的機器人項目，并已在眾多移動機器人上得到應用。TCA 為性能、容 錯、安全性和并發性提供了一套完整的任務協調機制和規定。TCA 架構由位于同一層次的任務或任務樹組成。在運行過程中任務樹會作很多動態調整以適應環境條件和機器人狀態的改變。第四種解決方案黑板構架由一個中心黑板或 數據庫構成，負責接收和發送命令、共享數據和解決沖突。它支持并發性且有異常處理程序來處理不確定性。