机器人操作系统（ROS）教程4：ROS的框架

Posted 2020-08-19 sky

转自：http://www.arduino.cn/thread-11351-1-1.html

在进行ROS的代码开发前，有必要了解一些ROS的概念。
首先，ROS的系统代码分为两部分：main和universe。
1.main：是ROS的核心部分，它提供了一基本的工具，以及整个ROS的核心部分的程序编写。
2.universe：全球范围的代码，有不同国家的ROS社区组织开发和维护。一种是库的代码，如OpenCV、PCL等；库的上一层是从功能角度提供的代码，如人脸识别，他们调用下层的库；最上层的代码是应用级的代码，让机器人完成某一确定的功能。

还可以从另一种方式对ROS进行分级，分为三个级：计算图级、文件系统级、社区级。下面是说明图。
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一、  计算图级       计算图是ROS处理数据的网络图。程序运行时，所有进程以及他们所进行的数据处理，将会通过一种点对点的网络形式表现出来。这一级主要包括几个重要概念：节点（node）、消息（message）、主题（topic）、服务（service）。

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       1、  节点       节点就是一些执行运算任务的进程。就像是计算机里的应用程序。你可以通过节点来发布消息使机器人运动。
       2、  消息       节点之间是通过传送消息进行通讯的。

       3、  主题

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       消息以一种发布/订阅的方式传递。一个节点可以在一个给定的主题中发布消息。一个节点针对某个主题关注与订阅特定类型的数据。可能同时有多个节点发布或者订阅同一个主题的消息。总体上，发布者和订阅者不了解彼此的存在。
这就好比是一个讨论，给定一个讨论的主题。这时一群人加进了讨论，这就叫订阅。而每一个参与者就是节点。在讨论中有的人发布消息（publish），有的人只是聆听，不说话（subscribe）。说话的人和聆听的人并不一定认识。
       4、  服务        在ROS中通讯方式有两种：一种就是上面的节点之间通过发布/订阅话题来进行通讯的方式。还有一种就是服务，在这种方式下：一个用于请求，一个用于回应。这类似于web服务器。



在上面概念的基础上，需要有一个控制器可以使所有节点有条不紊的执行，这就是一个ROS的控制器（ROS Master）。
        ROS Master 通过RPC（Remote Procedure Call Protocol，远程过程调用）提供了登记列表和对其他计算图表的查找。没有控制器，节点将无法找到其他节点，交换消息或调用服务。

        比如控制节点订阅和发布消息的模型如下：

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ROS的控制器给ROS的节点存储了主题和服务的注册信息。节点与控制器通信从而报告它们的注册信息。当这些节点与控制器通信的时候，它们可以接收关于其他以注册及节点的信息并且建立与其它以注册节点之间的联系。当这些注册信息改变时控制器也会回馈这些节点，同时允许节点动态创建与新节点之间的连接。
        节点与节点之间的连接是直接的，控制器仅仅提供了查询信息，就像一个DNS服务器。节点订阅一个主题将会要求建立一个与出版该主题的节点的连接，并且将会在同意连接协议的基础上建立该连接。
         另：ROS控制器控制服务：

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二、文件系统级
ROS文件系统级指的是在硬盘上面查看的ROS源代码的组织形式。
它包括两个最基本的概念：Package和Manifest，即包和清单文件。
     Package是组织ROS代码的最基本单位，每一个Package都可以包括库文件，可执行文件，脚本及其它的一些文件。

     Manifest文件是对Package的相关信息的一个描述。他提供了Package之间的依赖性，以及一个包的元信息，比如版本、维护着和许可证等信息。
三、社区级
ROS的社区级概念是ROS网络上进行代码发布的一种表现形式。
代码库的联合系统。使得协作亦能被分发。这种从文件系统级别到社区一级的设计让独立地发展和实施工作成为可能。正是因为这种分布式的结构，似的ROS迅速发展，软件仓库中包的数量指数级增加。