软件环境基础（ROS、CMake）

参考视频：【全】无人驾驶系列知识入门到提高
本文旨在对视频内容规划控制方面做一些学习记录，希望帮助有需要的人学习提高。不对处，望指正。

0 ROS介绍

ROS特点：

• 点对点设计（比如一个结点读取相机数据，传送给相应的处理程序。）
• 优点：可以分散实时计算的压力
• 分布式设计（节点可以放在多个设备上面）
• 多语言（官方支持C++、python）
• 轻量级
• 免费且开源
• 社区完善
  

1）消息一种publish/subscribe的方式传递
2）节点可以在给定的主题中发布/订阅消息
3）一个节点可以订阅/发布多个不同的主题
4）允许多个节点订阅/发布同一个主题
5）订阅节点和发布节点并不知道相互之间的存在

1 Cmake

ROS 的编译系统

1. ROS对CMake进行了拓展
2. 适合ROS进行大型项目，多包，多节点的场景下进行批量编译
   
   Cmake是预编译，make是编译

1.1 Packages & Catkin Workspaces

1. packages:ROS系统中最底层最基本的组织，里面保存着各种文件库、工具、可执行文件等
2. Catkin workspaces:包的顶层工作目录，一个catkin workspace 包含一个工程下面多个ros package
3. Package.xml:每个包的描述文件，都需要放置在包的根目录下，对包的名字/版本/作者/依赖关系进行说明。其中，最重要的是下面的depend
4. CMakeList.txt:定义一个包的编译指令,cmake不会找package.xml文件.依据cmakelist.txt文件编译需要清晰指出头文件和库文件的指向

catkin_package(CATKIN_DEPENDS roscpp) 声明依赖本包同时需要的其他ros包
find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS …) 声明编译本包所需要的其他ros包
add_executable 声明编译本包生成的可执行文件
target_link_libraries 链接可执行文件和依赖库

1.2 ROS Node

常用命令：

rosnode list:查看当前注册到ros master的所有节点
rosnode info:查看某个节点的具体信息

1.3 ROS Topic

节点之间通过一个ROS topic来相互通信

• 通过publicer声明所发布topic名称
• 通过subscriber声明所需要监听的topic名称

常用命令：

rostopic list:查看当前注册到ros master 的所有topic列表
rostopic echo:把当前topic输出到控制台，方便调试和查看

1.4 ROS param

rosparam命令允许我们在ROS参数服务器上存储和复制数据。参数服务器可以存储整数、浮点数、布尔值、字典和列表值

一个小型的KV库

常用命令:

rosparam set:设置参数
rosparam get:获取参数
rosparam list:查看当前服务器上的参数

1.5 catkin_make生成的build&devel文件夹

build:存放编译的缓存文件
devel:存放编译完成的文件

对应devel文件，需要将其setup.bash到.bashrc文件中，也就是设置环境变量，让系统能够找到该工作空间。当然，更新了.bashrc文件后，需要执行一次 source ~/.bashrc 命令，或者bash 一下终端窗口，目的是让系统重新读取一次 .bashrc 文件。

2 Docker

关键：docker的安装，自行百度ubuntu 20.04+docker+install
注意点：

1. 工作空间的数据关联，
2. 查询容器的id
3. 进入目标容器
4. 退出目标容器操作
5. 编译前环境变量的设置

2.1 Docker

• docker基于容器技术的轻量级虚拟化解决方案
• docker是容器引擎，把Linux的cgroup、namespace等容器底层技术进行封装抽象，为用户提供了创建和管理容器的便捷界面（包含命令行和API）
• Docker是一个开源项目，诞生于2013年初，基于Google公式推出的Go语言是实现

2.2 Docker可以做什么

• 隔离系统环境（docker类似虚拟机，但比虚拟机更加轻量级，一个系统可以装上千个docker，但是不能装上千个虚拟机；docker占用资源相对很低，虚拟机占用资源相对很高）

• 极简的安装和部署方式

• 让复杂系统安装配置成为历史

2.3 Docker优点

传统程序分发：

1. 源码分发：需要用户自己编译，解决依赖问题
2. 解决依赖时，对系统又侵入性，可能解决了这个依赖，其他的程序又不能运行，python2&python3等case案例
3. 可执行文件分发：多平台多次编译，跨平台受限

docker分发：
要求用户安装docker即可，环境，依赖均独立，不影响系统原有库

2.4 Docker概念

1. Docker Images（类似镜像）

Docker images 是Docker container 最基本的模板。Image通过容器使系统和应用易于安装，Docker image是用来运行的容器。http://hub.docker.com/找到许多images（多种操作系统和软件已经被安装好的docker）

2. Docker container（以类做近似对比的话，image是class，container是image类的一个实例）

Docker容器（docker container）是一个image，在运行docker image上读取和写入。Docker是一个联合的文件系统作为容器后台，容器任何变化，都将保存在一个基本的image新的层上。我们安装应用程序的层就是容器。每个主机上运行的容器都是独立的，因此，提供了一个安全的应用平台。

3. Docker Registry

Docker registry 是为Docker images提供的库。它提供了公共和私有库。公共docker库被叫做Docker Hub。这里我们能够上传push和pull自己的images。

2.5 使用Docker

终端运行：

sudo docker pull ros:noetic

Sudo docker images  //显示对应版本的大小等等信息则表示安装本地成功

cd ~/catkin_ws
sudo docker run -itd -v$(pwd):/data ros:noetic
// -itd  表示一直可以在后台运行
// -v  表示将数据集和虚拟机的文件系统关联起来
// pwd  表示当前目录
// /data  表示的是虚拟机目录

//查看当前的docker运行的镜像，获取container的ID
Sudo docker ps -a 
//进入docker镜像，编译程序
Sudo docker exec -it container的ID /bin/bash
// exec  表示使用container执行一行命令
// -it  表示执行命令时，需要获取一个terminal
// /bin/bash表示执行的命令

//进入了一个docker目录下  
// /data/src  指的是原工作空间数据

//然后，docker目录下，新建一个同名的工作空间  mkdir catkin_ws
//把原工作空间的内容拷贝到新建的工作空间中    
cp –r /data/src ./catkin_ws
//进入工作空间中   
cd ./catkin_ws
//在编译之前需要配置环境变量
echo 'opt/ros/noetic/setup.bash' >> /root/.bashrc

//可以通过指令 cat /root/.bashrc  查看环境变量是否添加成功
//这时候，使用指令   
source /root/.bashrc
//开始编译，   
catkin_make

//如果想要退出docker目录，使用指令    
exit

把自己封装的Docker镜像（image）打包导出操作

//还是在最原始的工作空间（不是docker上）下，首先查看刚才container的ID
Sudo docker ps –a

//查看了id

Sudo docker commit container的ID myimage(自定义镜像名字)

Sudo docker images   查看自己打包的镜像（myimage）

//这时候，可以使用该镜像进行安装，并可以使用其中的所有功能程序了

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记录了一些基础的知识，更详细的ROS讲解推荐B站赵虚左老师的视频。