前 言

本文是創(chuàng)龍科技針對 RK3576 單板機編寫的 ROS2 開發(fā)手冊，基于 ROS2 Humble 版本提供完整的機器人操作系統(tǒng)開發(fā)與測試指引。文檔詳細講解 ROS2 環(huán)境配置、Python/C++ 通信測試、小海龜仿真演示，以及 ROS2 軟件包交叉編譯、部署與運行流程。

開發(fā)環(huán)境

Windows開發(fā)環(huán)境：Windows764bit、Windows1064bit

Linux開發(fā)環(huán)境：VMware16.2.5、Ubuntu22.04.564bit

sysroot：rk3576-Tronlong-Desktop-22.04-sysroot-[版本號].tar.gz

系統(tǒng)版本：Tronlong-Desktop22.04（類Ubuntu）、Linux-6.1.115、U-Boot-2017.09

ROS：ROS2 Humble

備注：本文基于2GByte LPDDR4X、16GByte eMMC配置單板機進行演示。

術(shù)語表

為便于閱讀，下表對文中出現(xiàn)的關(guān)鍵術(shù)語進行解釋；對于廣泛認同釋義的術(shù)語，在此不做注釋。

1ROS系統(tǒng)測試

執(zhí)行如下命令，配置單板機測試環(huán)境。

Target# export COLCON_CURRENT_PREFIX=/opt/ros/humble //設(shè)置COLCON_CURRENT_PREFIX環(huán)境變量，并將其值指向ROS2 Humble的安裝目錄

Target# source /opt/ros/humble/local_setup.sh //執(zhí)行ROS2 Humble的環(huán)境設(shè)置腳本，從而將ROS2的命令、庫路徑、功能包信息等加載到當前的Shell會話中

1.1基于Python的通信功能測試

執(zhí)行如下命令，創(chuàng)建Log目錄，用于保存ROS程序運行的Log。

Target# mkdir -p /root/.ros/log

執(zhí)行如下命令，啟動ROS節(jié)點訂閱消息。

Target# ros2 run demo_nodes_py listener &

執(zhí)行如下命令，啟動ROS節(jié)點發(fā)布消息，實現(xiàn)訂閱消息節(jié)點與發(fā)布消息節(jié)點之間的通信。此時單板機串口調(diào)試終端將會打印兩節(jié)點間通信的信息，如下圖所示。按"Ctrl + C"可退出測試程序，即讓發(fā)布消息的節(jié)點退出。

Target# ros2 run demo_nodes_py talker

執(zhí)行如下命令，查看并根據(jù)系統(tǒng)進程號關(guān)閉所有ROS節(jié)點。進程號請以實際情況為準。

Target# ps -a

Target# kill 1569

Target# kill 1570

1.2基于C++的通信功能測試

執(zhí)行如下命令，創(chuàng)建Log目錄，用于保存ROS程序運行的Log。

備注：若已創(chuàng)建Log目錄，可跳過此步驟。

Target# mkdir -p /root/.ros/log

執(zhí)行如下命令，啟動ROS節(jié)點訂閱消息。

Target# ros2 run demo_nodes_cpp listener &

執(zhí)行如下命令，啟動ROS節(jié)點發(fā)布消息，實現(xiàn)訂閱消息節(jié)點與發(fā)布消息節(jié)點之間的通信。此時單板機串口調(diào)試終端將會打印兩節(jié)點間通信的信息，如下圖所示。按"Ctrl + C"可退出測試程序，即讓發(fā)布消息的節(jié)點退出。

Target# ros2 run demo_nodes_cpp talker

執(zhí)行如下命令，根據(jù)系統(tǒng)進程號關(guān)閉所有ROS節(jié)點。進程號請以實際情況為準。

Target# ps -a

Target# kill 1659

Target# kill 1660

1.3turtlesim（小海龜）測試

執(zhí)行如下命令，配置單板機測試環(huán)境。

備注：若已配置單板機測試環(huán)境，可跳過此步驟。

Target# export COLCON_CURRENT_PREFIX=/opt/ros/humble //設(shè)置COLCON_CURRENT_PREFIX環(huán)境變量，并將其值指向ROS2 Humble的安裝目錄

Target# source /opt/ros/humble/local_setup.sh //執(zhí)行ROS2 Humble的環(huán)境設(shè)置腳本，從而將ROS2的命令、庫路徑、功能包信息等加載到當前的Shell會話中

執(zhí)行如下命令，創(chuàng)建Log目錄，用于保存ROS程序運行的Log。

備注：若已創(chuàng)建Log目錄，可跳過此步驟。

Target# mkdir -p /root/.ros/log

執(zhí)行如下命令，后臺運行小海龜程序。

Target# ros2 run turtlesim turtlesim_node &

執(zhí)行如下命令，發(fā)布話題消息，使小海龜轉(zhuǎn)圈。

Target# ros2 topic pub --rate 1 /turtle1/cmd_vel geometry_msgs/msg/Twist "{linear: {x: 2.0, y: 0.0, z: 0.0}, angular: {x: 0.0, y: 0.0, z: 1.8}}"

參數(shù)解析：

ros2 topic pub：發(fā)布消息到主題；

--rate 1：發(fā)布消息速率，設(shè)置為1次每秒；

/turtle1/cmd_vel：主題名稱；

geometry_msgs/msg/Twist：發(fā)布消息類型；

{linear: {x: 2.0, y: 0.0, z: 0.0}, angular: {x: 0.0, y: 0.0, z: 1.8}}：發(fā)布消息的內(nèi)容，線速度(linear)為x方向上的2.0、角速度(angular)為z軸方向上的1.8。

2ROS開發(fā)

請先參考《開發(fā)環(huán)境搭建》文檔進行VMware虛擬機與Ubuntu安裝，并參考《應(yīng)用開發(fā)手冊》文檔正確安裝sysroot。本小節(jié)主要演示基于上位機Ubuntu的ROS系統(tǒng)編譯與鏡像制作方法。

2.1開發(fā)環(huán)境搭建

打開Ubuntu終端，執(zhí)行如下命令，安裝編譯所需的colcon工具。

Host# sudo apt install curl

Host# sudo curl -sSL https://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/ros.key -o /usr/share/keyrings/ros-archive-keyring.gpg

因網(wǎng)絡(luò)問題，下載GPP密鑰可能會失敗，若無法下載，可將產(chǎn)品資料“4-軟件資料/Demo/other”目錄下的ros-archive-keyring.gpg文件拷貝到Ubuntu系統(tǒng)"/usr/share/keyrings/"目錄。執(zhí)行如下命令，安裝ros工具。

Host# sudo cp ros-archive-keyring.gpg /usr/share/keyrings/

Host# sudo echo "deb [arch=amd64 signed-by=/usr/share/keyrings/ros-archive-keyring.gpg] https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ros2/ubuntu jammy main" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/ros2.list > /dev/null

Host# sudo apt update

Host# sudo apt install ros-humble-ros-base -y

執(zhí)行如下命令，安裝編譯所需的colcon工具。

Host# curl -s https://packagecloud.io/install/repositories/dirk-thomas/vcstool/script.deb.sh | sudo bash

Host# sudo apt update

Host# sudo apt-get install -y python3-pip python3-rosdep2 python3-rosinstall-generator python3-vcstool build-essential

Host# pip3 install -U colcon-common-extensions

Host# pip3 uninstall empy

Host# pip3 install empy==3.3.4

執(zhí)行如下命令，配置環(huán)境變量。

Host# export PATH=${PATH}:/home/tronlong/.local/bin

2.2編譯ROS軟件包

請根據(jù)交叉編譯工具鏈實際解壓路徑，執(zhí)行如下命令，配置交叉編譯工具鏈。

Host# source /home/tronlong/RK3576/environment

Host# source /opt/ros/humble/local_setup.bash

執(zhí)行如下命令，創(chuàng)建ROS軟件包的工作目錄，并進入該目錄，目錄可命名為任意名稱。

Host# mkdir ros2_project_test

Host# cd ros2_project_test

執(zhí)行如下命令，創(chuàng)建ROS軟件包源碼目錄，并進入該目錄。

Host# mkdir src

Host# cd src

執(zhí)行如下命令，在源碼目錄下生成my_package包。本案例以構(gòu)建CPP功能包為例，如需構(gòu)建Python功能包可將參數(shù)ament_cmake改為ament_python。

Host# ros2 pkg create --build-type ament_cmake --node-name my_node my_package

參數(shù)解析：

--build-type ament_cmake ：指定軟件包的構(gòu)建類型為ament_cmake；

--node-name my_node：為軟件包指定了一個my_node節(jié)點；

--my_package：軟件包的名稱為my_package。

完成構(gòu)建后，ROS軟件包源碼目錄結(jié)構(gòu)如下所示。可根據(jù)實際需要對"my_package/src/my_node.cpp"進行修改。

返回ROS軟件包工作目錄，編譯軟件包。

Host# cd ..

Host# colcon build

編譯完成后在當前目錄下生成如下目錄，目錄內(nèi)容如下表所示。