树莓派4B安装 Ubuntu20.04 + ROS Noetic 踩坑记录
写在开头
本文记录了给一台树莓派4B配置ROS开发环境的全部操作过程，和在实际操作过程中遇到的各种问题的解决方法，希望对有相同需求的小伙伴们有帮助。
本文的目标是直接在树莓派上开发ROS，因而在安装时与目标相关的力求“装全套”；如果仅需使用树莓派作为机器人中控设备而安装ROS，请参考这篇文章。
1. 准备工作
下表中列出了本文中使用到的所有硬件和软件。
| 名称 | 备注 | |
| 硬件 | 树莓派4B | 8G RAM版本 |
| SD卡 容量128G | 至少需要32G | |
| 显示器，键盘，鼠标 | （有些无线鼠标会出现延迟问题，解决方法后面会讲） |
|
| 网线（可选） | ||
| 软件 | 官方烧写软件 | 下载：Raspberry Pi Imager |
| Ubuntu 系统镜像文件 | 下载：Ubuntu Server 20.04.03 LTS 64-bit （注意要选对版本） |
|
| SD卡格式化软件（可选） | SD Card Formatter （移动到页面最底部，点击 Accept 即可下载） |
2. 安装思路
ROS目前的最新发行版为ROS Noetic，与其对应的系统则为Ubuntu 20 LTS，因此本次的安装思路非常明确：先安装Ubuntu 20.04 LTS，随后配置网络，更新，安装GNOME图形桌面，最后安装ROS。
3. Ubuntu的安装
3.1 格式化SD卡
如图1，打开SD卡格式化软件，选择“Quick format” -> 然后点击"Format"即可。
图1
3.2 将Ubuntu系统烧写到SD卡中
首先，如图1，打开Ubuntu官网的下载页面，下载正确的系统版本，选择：“Install Ubuntu on a Raspberry Pi” -> “Download Ubuntu Server” -> "Ubuntu Server 20.04.3 LTS" -> "Download 64-bit"。如图2，左侧黄线标记处为正确的版本。
图2
下载完毕后，打开树莓派官方提供的烧录器，点击：“选择操作系统” -> “使用自定义镜像” -> 选择刚刚下载好的镜像文件；然后点击 "选择SD卡" -> 选择刚刚格式化过的SD卡；最后点击“烧录”，等待烧写完毕即可拔出SD卡。
图3
3.3 启动树莓派，设置密码
将烧录好的SD卡直接插入树莓派的卡槽中，然后插上鼠标、键盘、显示器，最后插上电源，等待系统自己启动。
初次登陆，默认的用户名和密码都是ubuntu，首次成功登录后，系统会提示用户修改密码。修改完成后，输入以下命令，设置root密码。
sudo passwd3.4 配置网络
接下来需要手动配置网络。
输入以下命令，打开网络配置文件，直接从结尾处添加个人wifi的配置信息，如图4。
sudo vim /etc/netplan/50-cloud-init.yaml
图4
此处简略说明vim的操作：
- 打开文件后，按“i”键，进入insert模式，然后可以通过方向键移动光标；
- 编辑完成后，先按下Esc键，退出insert模式，然后输入“:wq”，再按Enter键，即可保存退出；
- 未编辑时直接退出要输入“:q”，不保存修改强制退出要输入":q!"
在输入时，该yaml文件的格式需要特别注意：
- 不同层级间的缩进不同，相同层级的缩进要保持相同；
- 冒号如果不在行尾，则需要和后面的内容用空格隔开；
- 如果wifi名称存在空格，则必须加上双引号；但如果不存在空格，则不能加引号；
- 密码无论如何都要加上双引号。
编辑完成后，保存退出，然后输入以下命令检查是否有错误。
sudo netplan --debug try如果出现任何错误，可以使用以下命令查看具体信息。
sudo netplan --debug generate如果没有错误，则输入以下命令确认应用新配置。
sudo netplan --debug apply然后，重启树莓派
sudo reboot3.5 更新，安装GNOME图形桌面
重启后，系统会自动连上网，如果联网失败，则需重复3.3步骤，检查配置是否正确。
如果一切正常，便可以输入以下命令，将所有安装的依赖库都更新到最新版本。
sudo apt update
sudo apt upgrade初次更新，该过程会持续较长时间。更新完成后，即可输入以下命令安装GNOME图形界面。
sudo apt install ubuntu-desktop -y该过程也会持续一段时间，安装结束后，再次重启树莓派。
sudo reboot重启后，系统便会自动加载图形界面，用户只需输入密码进行登录即可。
进入桌面后，用户可以在屏幕的右上角找到“Settings”按钮，如图5，然后找到左侧栏目的最后一项“About”，查看系统版本等信息，如图6。
图5
图6
3.6 解决一些小问题
在安装完图形界面后，笔者还遇到了下列问题，此处一并记录之。
3.6.1 鼠标延迟问题
笔者使用的是无线鼠标，不论将鼠标插在树莓派上的哪个USB接口上都存在1秒左右的延迟。要解决该问题，需要修改如下的配置文件：
sudo vim /boot/firmware/cmdline.txt如图7所示，在第一行的末尾添加上
usbhid.mousepoll=0
图7
保存文件后重启，鼠标延迟就会消失。
3.6.2 搜索不到无线网络列表，但实际上已连接网络
由于之前手动配置了文件，此时桌面右上角的WIFI图标显示找不到任何wifi信号，要解决此问题，需要在“/etc/netplan”目录下创建一个新文件：
sudo vim /etc/netplan/01-network-manager-all.yaml然后输入如下内容：
# Let NetworkManager manage all devices on this system
network:
version: 2
renderer: NetworkManager保存退出后，重启网络管理服务：
sudo service network-manager restart再重启一下树莓派，即可解决此问题。
3.6.3 找不到软件中心
不知为何，在完成上述操作后，笔者发现在系统里竟然找不到Ubuntu的软件中心。不过没关系，输入以下命令安装一下即可。
sudo apt install gnome-software3.7 语言问题
关于系统语言，笔者强烈建议保持Ubuntu默认的英文环境，这样可以避免很多潜在的问题，比如路径无法识别之类的错误。当然，安装中文输入法还是可以的，详见这篇文章。
至此，Ubuntu系统安装完成！
4. 安装ROS
4.1 更换软件源
在下载ROS时，如果身处国内，可能会因为网络问题导致下载失败。如果出现这种情况，则需要更换软件源，具体做法请参考这篇文章。笔者由于暂居国外，没有这方面的需要，此处不再赘述。
4.2 Ubuntu软件和更新的设置
如图8所示，打开Ubuntu的"Software and Update"，勾选前四项。
图8
4.2 按照官方教程安装ROS
如果前面一切都配置无误的话，安装ROS还是很简单的，直接按照官方教程操作即可。除此以外还有古月居的ROS安装教程，解释得很详细，此处仅罗列出所有的命令，小伙伴们按部就班地操作即可。
# 添加ros软件源
sudo sh -c 'echo "deb http://packages.ros.org/ros/ubuntu $(lsb_release -sc) main" > /etc/apt/sources.list.d/ros-latest.list'
# 如果没有安装curl
sudo apt install curl
# 设置密钥
curl -s https://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/ros.asc | sudo apt-key add -
# 更新软件源
sudo apt update
# 安装ros
sudo apt install ros-noetic-desktop-full
# 设置环境变量
echo "source /opt/ros/noetic/setup.bash" >> ~/.bashrc
# 运行该脚本，让环境变量生效
source ~/.bashrc
# 安装开发ROS必要的package
sudo apt install python3-rosdep python3-rosinstall python3-rosinstall-generator python3-wstool build-essential
# 初始化
sudo rosdep init
rosdep update完成上述操作后，可输入以下命令验证ROS是否已安装成功：
roscore如果命令行界面如图9所示，说明安装成功。此时可以按“Ctrl+C”退出。
图9
至此，ROS安装完成！
5. ROS学习资源网站
文章最后，笔者罗列了一些对学习ROS有帮助的网上资源，前路漫漫，愿与诸君共勉！
| 网址 | 备注 | |
|---|---|---|
| ROS官网 | ROS Wiki | ROS学习必看 |
| 古月居主页 | 古月居 - ROS机器人知识分享社区 | 很好ROS学习网站 |
| 古月居ROS入门21讲 | 【古月居】古月·ROS入门21讲 | 一学就会的ROS机器人入门教程_哔哩哔哩 | 对初学者很友好 |
| 官方推荐书籍 | ROS_Robot_Programming_English | 点击下载链接，提供中文版免费下载！ |
| 其它推荐书籍 | Books - ROS Wiki |