ros2_01

note01

ROS2和ROS最大的区别中间件

中间件：

1. 介于某两个或者多个节点中间的组件；
2. 提供多个节点中间通信；

ROS1：中间件是ROS组织自己基于TCP机制建立的，随着现在传感器的升级，数据量越来越大，原先的数据拷贝机制就不再适了

ROS2：

1. 将进程间通信intra-process自己来做
2. 其他部分的通信就使用来DDS实现
3. ROS2将DDS服务接口进行了一层抽象，保证了上层应用层调用接口的统一性
4. ROS2去掉mater节点

DDS

Data Distribution Service：一种用于分布式系统的通信中间件标准

key points：

1. 发布-订阅模式：
   1. 数据生产者（Publisher）发布数据到主题（Topic）
   2. 数据消费者（Subscriber）订阅感兴趣的主题
   3. 发布者和订阅者之间是解耦的，不需要知道彼此的存在
2. 数据为中心：
   1. DDS以数据为中心，而不是以节点为中心
   2. 数据通过主题进行标识，主题是数据的逻辑分类
3. 实时性：
   1. DDS设计用于实时系统，支持低延迟和高吞吐量的数据传输

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Domain

定义：一个逻辑隔离的通信空间，只有在同一个域中的节点才能互相通信；每个域有一个唯一的 Domain ID，用于标识不同的域

作用：

1. 隔离通信：不同域中的节点无法互相通信，即使它们在同一个网络中
2. 灵活性：可以通过 Domain ID 将系统划分为多个独立的通信空间

Fast DDS中的Domain 通过 DomainParticipant 来管理的

#include <fastdds/dds/domain/DomainParticipant.hpp>
#include <fastdds/dds/domain/DomainParticipantFactory.hpp>int main() {// 创建 DomainParticipanteprosima::fastdds::dds::DomainParticipant* participant =eprosima::fastdds::dds::DomainParticipantFactory::get_instance()->create_participant(0);// 检查是否创建成功if (participant == nullptr) {std::cerr << "Failed to create DomainParticipant!" << std::endl;return -1;}std::cout << "DomainParticipant created successfully!" << std::endl;// 清理资源eprosima::fastdds::dds::DomainParticipantFactory::get_instance()->delete_participant(participant);return 0;
}

1. DomainParticipantFactory：
   1. 用于创建和管理 DomainParticipant
   2. 通过 get_instance() 获取单例对象
2. create_participant(domain_id)：
   1. 创建一个 DomainParticipant，参数 domain_id 指定域的 ID
   2. 返回一个指向 DomainParticipant 的指针
3. delete_participant(participant)：
   1. 删除 DomainParticipant，释放资源

Topic

Topic是数据的逻辑分离，每个 Topic 有一个名称和一个数据类型；

发布者（Publisher）将数据发布到 Topic，订阅者（Subscriber）从 Topic 中订阅数据

作用：

1. 数据分类：通过 Topic 将数据分类，例如“温度数据”或“位置数据”
2. 解耦：发布者和订阅者不需要知道彼此的存在，只需要知道 Topic 的名称和数据类型

#include <fastdds/dds/domain/DomainParticipant.hpp>
#include <fastdds/dds/domain/DomainParticipantFactory.hpp>
#include <fastdds/dds/topic/Topic.hpp>
#include <fastdds/dds/topic/TypeSupport.hpp>// 自定义数据类型
class HelloWorld {
public:std::string message;
};int main() {// 创建 DomainParticipanteprosima::fastdds::dds::DomainParticipant* participant =eprosima::fastdds::dds::DomainParticipantFactory::get_instance()->create_participant(0);// 注册数据类型eprosima::fastdds::dds::TypeSupport type(new HelloWorldPubSubType());type.register_type(participant);// 创建 Topiceprosima::fastdds::dds::Topic* topic = participant->create_topic("HelloWorldTopic",  // Topic 名称type.get_type_name(),  // 数据类型名称eprosima::fastdds::dds::TOPIC_QOS_DEFAULT  // QoS 配置);if (topic == nullptr) {std::cerr << "Failed to create Topic!" << std::endl;return -1;}std::cout << "Topic created successfully!" << std::endl;// 清理资源participant->delete_topic(topic);eprosima::fastdds::dds::DomainParticipantFactory::get_instance()->delete_participant(participant);return 0;
}

1. TypeSupport:
   1. 用于注册和管理数据类型
   2. HelloWorldPubSubType 是自动生成的数据类型支持
2. create_topic(name, type_name, qos)：
   1. 创建一个 Topic，参数包括 Topic 名称、数据类型名称和 QoS 配置
   2. 返回一个指向 Topic 的指针
3. delete_topic(topic)：
   1. 删除 Topic，释放资源

Publisher 和 Subscriber

1. Publisher：负责将数据发布到 Topic
2. Subscriber：负责从 Topic 订阅数据

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Topic实现：

1. 观察者模式（Observer Pattern）：
   1. Topic 是数据的逻辑分类，发布者（Publisher）和订阅者（Subscriber）通过 Topic 进行解耦
   2. 发布者将数据发布到 Topic，Topic 负责将数据分发给所有订阅了该 Topic 的订阅者
2. 中介者模式（Mediator Pattern）：
   1. Topic 充当发布者和订阅者之间的中介者，负责管理数据的传递
   2. 发布者和订阅者不需要直接交互，而是通过 Topic 进行通信

Publisher实现：

1. Publisher 通过 DomainParticipant 的工厂方法（如 create_publisher）创建
2. 代理模式（Proxy Pattern）：
   1. Publisher 是数据发布的代理，负责将数据写入 DDS 中间件
   2. 实际的网络通信和数据传输由 DDS 中间件处理，Publisher 只是一个接口
3. Publisher 内部维护了一个或多个 DataWriter，用于将数据写入 Topic

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DataWriter

DataWriter是publisher一部分，负责将数据写入topic

1. 数据写入：将应用程序生成的数据发布到 DDS 中间件
2. QoS 管理：根据配置的 QoS 策略（如可靠性、持久性等）处理数据
3. 生命周期管理：管理数据的生命周期，例如数据的创建、更新和删除

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ROS2的DDS

DDS抽象：

1. 节点：
   1. ROS 2 引入了 Node 的概念，封装了 DDS 中的 DomainParticipant
   2. 只需要创建和管理 Node，而不需要直接操作 DomainParticipant
2. Publisher和Subscriber
   1. ROS 2 的 Publisher 和 Subscriber 是对 DDS 中 DataWriter 和 DataReader 的封装
   2. 只需要指定 Topic 名称和数据类型，ROS 2 会自动处理底层的 DDS 对象
3. 消息Message
   1. ROS 2 使用 消息 作为数据传输的基本单位，消息类型通过 .msg 文件定义
4. 统一的API
   1. ROS 2 通过 RMW（ROS Middleware Interface） 抽象了底层 DDS 实现的差异
   2. 每种 DDS 实现（如 Fast DDS、Cyclone DDS）都有一个对应的 RMW 实现
   3. 通过环境变量选择使用的 DDS 实现