树莓派+ubuntu18.04+ROS-melodic+MAVROS+librealsense+vio+realsense_ros

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一、树莓派安装ubuntu18.04

1 下载ubuntu系统文件

2 将系统文件烧入SD卡

3 强制修改HDMI输出分辨率（此步骤可忽略）

4 设置wifi（此步骤也可忽略，后续连接网线安装桌面）

5 插入内存卡，安装Ubuntu系统

6 命令行配置WIFI

7  安装桌面环境

二、安装上网工具

三、安装远程桌面

四、安装ROS-melodic

1、安装ros完整版

2、rosdep init解决方案

五、安装MAVROS

1、二进制安装（推荐）

2、源码安装

六、树莓派串口配置

七、安装librealsense

1、二进制安装（简单且时间短，但容易失败）

2、vcpkg安装（失败）

3、源码安装（时间很长）

八、安装VIO 

九、安装realsense_ros（realsense2_camera）

1、二进制安装

2、源码安装

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一、树莓派安装ubuntu18.04

1 下载ubuntu系统文件

ubuntu官网为树莓派提供的系统已经升级到ubuntu20 ，所以本文从清华的开源镜像网站下载ubuntu18的系统文件。目前只有server版，需要后面手动安装桌面。树莓派4选择arm64位。
https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu-cdimage/releases/bionic/release/ubuntu-18.04.5-preinstalled-server-arm64%2Braspi4.img.xz

也可在该网站：Index of /ubuntu-cdimage/ubuntu/releases/ | 清华大学开源软件镜像站 | Tsinghua Open Source Mirror下载其他版本系统

2 将系统文件烧入SD卡

windows平台：使用7zip之类的软件将ubuntu系统文件解压为img镜像文件，然后使用win32 disk imager烧入SD卡

3 强制修改HDMI输出分辨率（此步骤可忽略）

 在“usercfg.txt”这个文件中，写入以下内容：

hdmi_force_hotplug=1
config_hdmi_boost=4
hdmi_group=2
hdmi_mode=58
# hdmi_drive=2
hdmi_ignore_edid=0xa5000080
disable_overscan=1

hdmi_force_hotplug：强制使用HDMI输出
config_hdmi_boost：HDMI信号增强。
hdmi_group、hdmi_mode：设定分辨率。因为没有1920 * 1080 60Hz，我就选择了1680 * 1050 60Hz

hdmi_drive：强制音频输出到HDMI口。如果不想将音频通过模拟信号输出，删除这一行。反之去掉上面的注释号
hdmi_ignore_edid：强行按hdmi_group和hdmi_mode规定的分辨率输出。不检测显示器自身的分辨率。
disable_overscan：强行禁止保留黑边功能。

4 设置wifi（此步骤也可忽略，后续连接网线安装桌面）

打开 system-boot 磁盘下根目录的 network-config 文件，写入下面的内容：wifi-name 对应你要连接的wifi名字，wifi-password 对应wifi密码。

wifis:
  wlan0:
    dhcp4: true
    dhcp6: true
    optional: true
    access-points:
      "wifi-name":
        password: "wifi-password"

5 插入内存卡，安装Ubuntu系统

此步骤一定要注意，确保内存卡插入方向正确且连接良好，通电前确保树莓派除鼠标键盘外没有连接任何设备，尤其是串口，否则容易导致开机乱码，无法进行正常的系统安装。

如果在开机前就连接外设，那么串口外设发送的串口数据会干扰ubuntu开机，因为ubuntu开机时u-boot（类似bootloader）会默认等待串口数据2s再进入autoboot打开系统，这期间一旦有串口数据就会进入u-boot（类似电脑开机按F2会进入BIOS）。这会导致系统无法打开，屏幕一直显示串口设备发来的乱码。

解决办法是取消这个u-boot的2s等待时间，直接进入系统（但这样也会导致以后再也进不了u-boot了）后续更新解决方法……

6 命令行配置WIFI

首先执行以下命令:

sudo vi /etc/netplan/50-cloud-init.yaml

比如手机热点的名称是xiaomi，密码是12345678，
那么配置文件修改成这样:

network:
    ethernets:
        eth0:
            dhcp4: true
            optional: true
    version: 2
    wifis:
        wlan0:
            dhcp4: true
            access-points:
                "xiaomi":
                     password: "12345678"

vim编辑器下，输入字母 “i” 进入编辑模式，方向键控制光标位置，“ctrl+o”保存并退出编辑状态，按“shift+;”然后输入“wq”,回车后即可退出vim编辑器

 修改保存后检查语法幷使配置生效

sudo netplan generate
sudo netplan apply

 等待一会，要是不行的话重启树莓派。

7  安装桌面环境

进入后需要账号和密码：开始都默认是ubuntu
然后你需要修改密码
再然后就可以进入终端界面了

先更新一下源，然后重启

sudo apt-get update
sudo apt-get upgrade
reboot

再次进入系统后，下载桌面环境，时间有点长耐心等待

sudo apt-get install ubuntu-desktop

下完后还没完全成功，我们需要跟着提示输入一下命令

sudo apt-get update --fix-missing

下完后重启，再次输入下载命令

reboot
sudo apt-get install ubuntu-desktop

然后运行桌面环境

startx

二、安装上网工具

自行查找方法，也可私我

三、安装远程桌面

我习惯用nomachine，也可以自行安装VNC

在nomachine官网下载相应的版本安装即可，Ubuntu系统的需要根据系统选，可在windows电脑下载好后拷贝过去，双击即可安装成功。

四、安装ROS-melodic

1、安装ros完整版

参考cn/melodic/Installation/Ubuntu - ROS Wiki步骤进行安装

2、rosdep init解决方案

安装完ROS后，初始化指令sudo rosdep init失败，提示: sudo: rosdep:command not found
按照以下方式解决：

sudo apt install rospack-tools

正常执行 rosdep init 会出现如下错误，原因是懂的都懂

ERROR: cannot download default sources list from:
https://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/rosdep/sources.list.d/20-default.list
Website may be down.

该步骤的作用就是创建一个名为 “20-default.list” 的文件，我们可以用浏览器打开这个网站，将网页内容复制下来：

首先创建 “20-default.list” 文件

sudo mkdir -p /etc/ros/rosdep/sources.list.d
cd /etc/ros/rosdep/sources.list.d
sudo gedit 20-default.list

将以下内容复制进20-default.list文件中

# os-specific listings first
yaml https://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/rosdep/osx-homebrew.yaml osx
 
# generic
yaml https://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/rosdep/base.yaml
yaml https://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/rosdep/python.yaml
yaml https://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/rosdep/ruby.yaml
gbpdistro https://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/releases/fuerte.yaml fuerte
 
# newer distributions (Groovy, Hydro, ...) must not be listed anymore, they are being fetched from the rosdistro index.yaml instead

然后再执行 rosdep update

五、安装MAVROS

参照官网：

MAVROS | PX4 自动驾驶用户指南

mavros/mavros at master · mavlink/mavros · GitHub

1、二进制安装（推荐）

sudo apt-get install ros-melodic-mavros ros-melodic-mavros-extras

wget https://raw.githubusercontent.com/mavlink/mavros/master/mavros/scripts/install_geographiclib_datasets.sh

在根目录会出现一个 install_geographiclib_datasets.sh 文件，右键属性，修改可执行权限，然后运行下述指令：

./install_geographiclib_datasets.sh

二进制安装的mavros包位置为：/opt/ros/melodic/share/mavros，后续可能需要修改px4.launch文件内容

2、源码安装

此方法需要先扩展树莓派的swap交换空间，否则编译时由于内存不足造成系统卡死

swap扩展方法：

第一步：确保系统中有足够的空间来用做swap交换空间，我准备在一个独立的文件系统中添加一个swap交换文件，在/opt/image中添加2G的swap交换文件

cd /opt
sudo mkdir image
cd /image
sudo touch swap

第二步：添加交换文件并设置其大小为2G，使用如下命令

sudo dd if=/dev/zero of=/opt/image/swap bs=1024 count=2048000

过段时间就返回如下结果：
2048000+0 records in
2048000+0 records out
2097152000 bytes (2.1 GB, 2.0 GiB) copied, 242.095 s, 8.7 MB/s

第三步：创建（设置）交换空间，使用命令mkswap

sudo mkswap /opt/image/swap

Setting up swapspace version 1, size = 2 GiB (2097147904 bytes)

第四步：检查现有的交换空间大小，使用命令free

free -m

              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:            925         185          28          14         711         660
Swap:             0           0           0

第五步：启动新增加的2G的交换空间，使用命令swapon

sudo swapon /opt/image/swap

第六步:确认新增加的2G交换空间已经生效，使用命令free

free -m

              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:            925         328          56          32         541         502
Swap:          1999           0        1999

第七步：修改/etc/fstab文件，使得新加的2G交换空间在系统重新启动后自动生效

sudo vim /etc/fstab

在文件最后加入：

/opt/image/swap    /swap    swap    defaults 0 0

mavros源码安装方法：

sudo apt-get install python-catkin-tools python-rosinstall-generator -y
# For Noetic use that:
# sudo apt install python3-catkin-tools python3-rosinstall-generator python3-osrf-pycommon -y

# 1. Create the workspace: unneeded if you already has workspace
mkdir -p ~/catkin_ws/src
cd ~/catkin_ws
catkin init
wstool init src

# 2. Install MAVLink
#    we use the Kinetic reference for all ROS distros as it's not distro-specific and up to date
rosinstall_generator --rosdistro kinetic mavlink | tee /tmp/mavros.rosinstall

# 3. Install MAVROS: get source (upstream - released)
rosinstall_generator --upstream mavros | tee -a /tmp/mavros.rosinstall
# alternative: latest source
# rosinstall_generator --upstream-development mavros | tee -a /tmp/mavros.rosinstall
# For fetching all the dependencies into your catkin_ws, just add '--deps' to the above scripts
# ex: rosinstall_generator --upstream mavros --deps | tee -a /tmp/mavros.rosinstall

# 4. Create workspace & deps
wstool merge -t src /tmp/mavros.rosinstall
wstool update -t src -j4
rosdep install --from-paths src --ignore-src -y

# 5. Install GeographicLib datasets:
./src/mavros/mavros/scripts/install_geographiclib_datasets.sh

# 6. Build source
catkin build

# 7. Make sure that you use setup.bash or setup.zsh from workspace.
#    Else rosrun can't find nodes from this workspace.
source devel/setup.bash

六、树莓派串口配置

首次运行 roslaunch mavros px4.launch 后，会出现如下问题：

FCU: DeviceError:serial:open: No such file or directory

 首先修改 px4.launch 文件串口号和波特率，我用的串口号为ttyAMA0，波特率为115200

cd /opt/ros/melodic/share/mavros/launch
sudo vim px4.launch

再次运行 roslaunch mavros px4.launch 后，会出现如下问题：

FCU: DeviceError:serial:open: Permission denied

方法1： 

这是需要修改树莓派串口配置文件，参考链接：

pi 3 - How do I make serial work on the Raspberry Pi3 (PiZeroW, Pi4 or later models) - Raspberry Pi Stack Exchange

请仔细遵循这6个步骤

Step 1 - Install Raspbian Jessie onto a SD card and boot the Pi when connected to a network Login via terminal or desktop and shell Configure the system with:

sudo raspi-config

Expand filesystem and enable serial on advanced page, exit and reboot.

Step 2 -this won't necessary if you have jessie new release Update the system with:

sudo apt-get update

sudo apt-get upgrade

Step 3 - Device Tree settings as below:

Add device tree to /boot/config.txt to disable the Raspberry Pi 3 bluetooth.

sudo vim /boot/config.txt

Add at the end of the file

*if you want to change the blutooth to miniuart port(bad)

dtoverlay=pi3-miniuart-bt

*if you want to disable the blutooth(good)

dtoverlay=pi3-disable-bt

Exit the editor saving your changes.

Step 4 - reboot the pi

sudo reboot

step 5 -

a)to disable the Serial Console edit the file using

sudo vim /boot/cmdline.txt

remove the word phase "console=serial0,115200" or "console=ttyAMA0,115200"

Exit and save your changes

b)to Enable the Serial Console edit the file using

sudo vim /boot/cmdline.txt

Change the file to the following:

dwc_otg.lpm_enable=0 console=tty1 console=serial0(or ttyAMA0),115200 root=/dev/mmcblk0p2 rootfstype=ext4 elevator=deadline fsck.repair=yes rootwait

Exit and save your changes

Step 6 - reboot the pi

sudo reboot

方法二：

因为我安装的不是Raspian系统，因此无法用raspi-config打开该串口。

ubuntu server raspi系统的/boot/firmware/config.txt里也说明了，enable_uart=1默认启用这个串口，linux里面名字叫 /ttyAMA0，但是默认是当串口控制台使用了（/boot/firmware/nobtcmd.txt里也写了console = /ttyAMA 921600)

而且这个硬件串口也和蓝牙连接在一起。想要用这个串口给另外的外设使用，必须禁用掉串口控制台和蓝牙。

方法：

1、/boot/firmware/nobtcmd.txt里删除console = /ttyAMA 921600从而禁用串口控制台。这个txt文件也可以用读卡器把sd卡插到windows系统里在system-boot里找到。

2、/boot/firmware/config.txt 里设置enable_uart=1（默认就是）。如果=0表示启用minicom串口，而不是这个硬件串口。

3、/boot/firmware/config.txt 里加入一行dtoverlay=disable-bt从而禁用蓝牙。

4、sudo systemctl disable bluetooth…… 禁用掉和蓝牙有关的开机启动项。直到桌面不再显示蓝牙标志，但是还有/ttyAMA0存在。

这样，开机后连接串口外设，使用/ttyAMA0就能正常串口通信了。 

最后要修改串口权限：

sudo chmod a+rw /dev/ttyAMA0

上述步骤是临时打开串口权限，想要永久打开串口权限，参考链接：

ubuntu 永久打开USB串口权限、232串口权限_wongHome的博客-CSDN博客

首先查看用户组

ls -l /dev/ttyA*

终端输出：

crw--w---- 1 root tty 204, 64 Oct  5 07:55 /dev/ttyAMA0

可以看到用户 root ，所属用户组为 tty, 因此一种方法是把我们的当前用户名 加入到这个用户组。

whoami

终端输出：

ubuntu

接着终端输入：

sudo usermod -aG dialog ubuntu

最后，logout 再登入系统，登陆名ubuntu就可以使用该串口了 

七、安装librealsense

1、二进制安装（简单且时间短，但容易失败）

参考链接：librealsense/distribution_linux.md at master · IntelRealSense/librealsense · GitHub

sudo apt-key adv --keyserver keyserver.ubuntu.com --recv-key F6E65AC044F831AC80A06380C8B3A55A6F3EFCDE || sudo apt-key adv --keyserver hkp://keyserver.ubuntu.com:80 --recv-key F6E65AC044F831AC80A06380C8B3A55A6F3EFCDE

sudo add-apt-repository "deb https://librealsense.intel.com/Debian/apt-repo $(lsb_release -cs) main" -u

sudo apt-get install librealsense2-dkms
sudo apt-get install librealsense2-utils

但是该方法经常在 sudo apt-get install librealsense2-dkms 时出错

2、vcpkg安装（失败）

参考链接：GitHub - IntelRealSense/librealsense: Intel® RealSense™ SDK

您可以使用vcpkg依赖项管理器下载并安装librealsense：

git clone https://github.com/Microsoft/vcpkg.git
cd vcpkg
./bootstrap-vcpkg.sh
./vcpkg integrate install
./vcpkg install realsense2

3、源码安装（时间很长）

参考链接：树莓派4B安装realsense的Python3开发环境_VisionKi的博客-CSDN博客

3.1 安装依赖包

sudo apt-get update && sudo apt-get upgrade && sudo apt-get dist-upgrade
sudo apt-get install git cmake libssl-dev libusb-1.0-0-dev pkg-config libgtk-3-dev
sudo apt-get install libglfw3-dev libgl1-mesa-dev libglu1-mesa-dev

第二行的是核心依赖，必装。第三行是3D相关的依赖，如果不打算使用realsense-viewer，可以不装。

3.2 下载Realsense SDK

git clone https://github.com/IntelRealSense/librealsense.git
cd ~/librealsense

或者直接去上述地址下载zip包，解压

3.3 编译准备

mkdir build && cd build
cmake ../ -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release -DBUILD_EXAMPLES=true -DFORCE_RSUSB_BACKEND=ON -DBUILD_WITH_TM2=false -DIMPORT_DEPTH_CAM_FW=false

3.4 编译

sudo make uninstall && make clean && make && sudo make install

这步大概要1~2小时，反正很慢。。

3.5 设置udev规则

sudo ./scripts/setup_udev_rules.sh

会提示你拔掉摄像头，然后按任意键，主要是为了让realsense-viewer更方便的识别设备

3.6 测试

realsense-viewer

八、安装VIO 

参考链接：GitHub - Auterion/VIO: Interface PX4 with Realsense T265

1. This is a ROS package, it assumes you have either ROS Kinetic (Ubuntu 16.04) or ROS Melodic (Ubuntu 18.04) installed, instructions can be found here. Please also make sure you install librealsense from here.

2. Install catkin and create your catkin workspace directory.

   sudo apt install python-catkin-tools
   mkdir -p ~/catkin_ws/src

3. Clone this repository in your catkin workspace.

   cd ~/catkin_ws/src
   git clone https://github.com/Auterion/VIO.git

4. Install MAVROS (version 0.29.0 or above).

   Note: Instructions to install MAVROS from sources can be found here.

   • Melodic

     sudo apt install ros-melodic-mavros ros-melodic-mavros-extras

   • Kinetic

     sudo apt install ros-kinetic-mavros ros-kinetic-mavros-extras

5. Build the package:

   cd ~/catkin_ws
   catkin build px4_realsense_bridge

6. Run th ROS node:

   cd ~/catkin_ws/src
   roslaunch px4_realsense_bridge bridge_mavros.launch

九、安装realsense_ros（realsense2_camera）

参考链接：GitHub - IntelRealSense/realsense-ros: Intel(R) RealSense(TM) ROS Wrapper for D400 series, SR300 Camera and T265 Tracking Module

1、二进制安装

realsense2_摄像头是以debian软件包的形式提供的ROS发行版。可以通过键入以下内容来安装，安装的位置在 /opt/ros/melodic/share/realsense2_camera/launch ，后续可能需要修改 rs_camera.launch 文件内容

sudo apt-get install ros-$ROS_DISTRO-realsense2-camera

2、源码安装

• Create a catkin workspace Ubuntu

  mkdir -p ~/catkin_ws/src
  cd ~/catkin_ws/src/
  

• Clone the latest Intel® RealSense™ ROS from here into 'catkin_ws/src/'

  git clone https://github.com/IntelRealSense/realsense-ros.git
  cd realsense-ros/
  git checkout `git tag | sort -V | grep -P "^2.\d+\.\d+" | tail -1`
  cd ..
  

• Make sure all dependent packages are installed. You can check .travis.yml file for reference.
• Specifically, make sure that the ros package ddynamic_reconfigure is installed. If ddynamic_reconfigure cannot be installed using APT or if you are using Windows you may clone it into your workspace 'catkin_ws/src/' from here

  catkin_init_workspace
  cd ..
  catkin_make clean
  catkin_make -DCATKIN_ENABLE_TESTING=False -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release
  catkin_make install
  

  echo "source ~/catkin_ws/devel/setup.bash" >> ~/.bashrc
  source ~/.bashrc
  

  To start the camera node in ROS:

  roslaunch realsense2_camera rs_camera.launch