ROS 架构

ROS学习（二）——ROS 架构

ROS架构的三个层次

OS层(Operator System)操作系统层

• Linux系统，Ubuntu系统

中间层

• 通信机制（最主要的）

  • TCPROS和UDPROS

    • 是TCP,DUP网络的包装
    • 使用发布订阅和客户端服务器等模型1传递信息

  • Nodelet(进程内通信方法)

    • 多进制通信
    • 传输实时性更高

• 机器人开发相关的库

  • 数据类型定义
  • 坐标变换
  • 运动控制

应用层

• master

  • 管理程序运行

• 社区的应用功能包

  • 功能包的模块里以节点(相当于程序，一个函数，封装好的一个小功能)为基本单位
  • 节点之间通过ROS标准输入输出为接口，接口就相当于函数的传入和传出，输入输出都是node节点需要或者产生的数据，参数内容

ROS通信机制

分布式通信机制

• ROS分布式框架，提供节点/进程之间的通信服务
• 所有软件和应用的基础

话题通信机制

服务通信机制

参数管理机制

• 管理ROS的全局变量

话题和服务的区别

• 话题

  • 基于发布订阅

  • 异步通信

  • 传输双方解耦

  • 应用

    • 不断更新
    • 含有较少逻辑处理
    • 数据通信

• 服务

  • 基于客户端/服务器

  • 同步通信

  • 应用

    • 数据量较小
    • 强逻辑处理
    • 数据交换

系统实现角度的三个层次

计算图

• 程序运行结构

  • 以节点为基本单位
  • 运行时，端对端的拓补结构连接传递信息

• 节点

  • 执行运算任务的一个进程
  • 多个节点可以封装为一个功能模块
  • 节点间的通信，就是端对端的通信
  • 可以用节点描述程序，用节点间的线描述程序之间的连接（通信），需要传递的参数，数据，信息

• 消息

  • 节点间通过基于发布和订阅的消息通信模型通信
  • 每一个消息是一个严格的数据结构
  • 相当于函数之间传递的参数等

• 话题

  • 节点可对一个给定的话题topic发布Message 称为Talker
  • 节点可以关注某一个特定话题Topic并且订阅Message特定类型的数据，称为listener
  • 一个话题可以多个talker,listener,互不干扰

• 服务

  • 适用于双向的同步传输模式，叫Service
  • 基于client/server
  • 包含两部分通信数据类型，一个请求，一个应答
  • 一个指定的service只能一个node提供

• ROS master节点管理器

  • 控制所有节点有条不紊的执行
  • 通过远程过程调用RPC提供登记列表查找等
  • 节点间查找，连接，管理参数(尤其全局的)，消息相互传递主要是

文件系统

• 对文件进行组织，文件按照功能组织在不同文件夹下

• 功能包(package)

  • 实现一个功能的基本单元，包括ROS节点，库，配置文件

  • 包含的文件

    • 功能包清单package manifest

      • package.xml

      • 记录功能包的基本信息，作者信息，许可信息，依赖选项，编译标志

      • 都是有头有尾的，用 ，中间放内容

      • 具体例子

        • build_depend

          • 功能包中代码编译依赖的其他功能包

        • run_depend

          • 功能包里可执行程序运行时依赖的其他功能包

    • config

      • 配置文件，用户创建

    • include

      • 功能包需要用到的头文件

    • launch

      • 启动文件

    • action

      • 自定义动作指令

    • CMakeLists.txt

      • 编译器编译功能包的规则

    • 消息类型message

      • 用于node节点之间的通信信息
      • ROS自带的消息类型
      • .msg文件定义需要的消息类型/数据类型

    • 服务类型service

      • 定义请求与应答数据类型
      • .srv文件定义服务数据类型

    • 放置节点源代码，放程序的文件夹

      • scripts

        • 可以直接运行的Python脚本

      • src

        • 需要编译的C++代码

  • 用命令创建，编译，运行，修改功能包

• 元功能包

  • 包含元功能包清单文件

    • package.xml

      • 与功能包相比，需要添加export引用标签，指明为metapackage

  • 将多个功能包整合成逻辑上独立的功能包

    • 例如，导航包含建模定位导航

  • 不需要Biuld_depend,需要run_depend

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