ROS学习笔记（4）：ROS架构和通讯机制

前提

前4篇文章以及帮助大家快速入门ROS了，而从第5篇开始我们会更加注重知识积累。同时我强烈建议配合B站大学的视频一起服用。

1.ROS架构三层次：

1.基于Linux系统的OS层；

2.实现ROS核心通信机制以及众多机器人开发库的中间层；

3.在ROS Master的管理下保证功能节点正常运行的应用层。

2.ROS关键概念

1.节点（Node）

·节点：执行运算任务的进程，一个系统由多个节点组成，被称为“软件模块”。

ROS的节点关系：

2. 消息（Message）

·消息通信：节点间最重要的通信机制（基于发布/订阅模型）。

·消息是以发布/订阅（Publish/Subscribe）的方式传递。

3.话题（Topic）

·发布者（Talker）：针对给定话题发布消息的节点。

·订阅者（Listener）：关注话题并订阅特定类型数据的节点。

·订阅者与发布者互相不知道存在

ROS基于发布/订阅模型的话题通信：

4.服务 (Service)

·服务：同步传输模式（基于话题的客户端/服务器（Client/Server）模型）,包含用于请求的通信数据类型和用于应答的通信数据类型。

·ROS只允许一个节点提供指定命名的服务

5.ROS节点管理器（ROS Master）

·ROS节点管理器：顾名思义，节点的控制器，保证节点有序的执行

·ROS节点管理器通过远程过程调用（RPC）提供登记列表和对其他计算图表的查找功能，帮助ROS节点之间相互查找、建立连接，同时还为系统提供参数服务器，管理全局参数。

3.文件系统

1.功能包（Package）

2.功能包清单（Package Manifest）

3.元功能包（Meta Package）

4.消息

5.服务

6.代码（Code）

1.功能包

·功能包：ROS软件的基本单元，包含ROS节点、库、配置文件等。

功能包文件结构：

·config：放置功能包中的配置文件。

·include：放置功能包中需要用到的头文件。

·scripts：放置可以直接运行的python文件。

·src：放置需要编译的C++文件。

·launch：放置功能包的启动文件。

·msg：放置功能包自定义的消息类型。

·srv：放置功能包自定义的服务类型。

·action：放置功能包自定义的动作指令。

·CMakeLists.txt：编译器编译功能包的规则。

·package.xml：功能包清单:记录功能包基本信息，作者信 息、许可信息、依赖选项、编译标志等。

<build_depend>depeng</build_depend>标签:功能包中代码编译时的依赖

<run_depend>depend</run_depend>标签:功能包中可执行程序运行时的依赖

ROS功能包常用命令:

ROS命令_ros复制到llib中-CSDN博客

命令	作用
catkin_create_pkg <包名> [依赖]	创建功能包
rospack	获取功能包的信息
catkin_make	编译工作空间
rosdep	自动安装功能包依赖的其他包
roscd	功能包目录跳转
roscp	拷贝功能包中的文件
rosed	编辑功能包中的文件
rosrun	运行功能包中的可执行文件
roslaunch	运行启动文件

2.元功能包

·元功能包：一种特殊的功能包，只包含package.xml元功能包清单文件。

·作用：将多个功能包整合成为逻辑独立的功能包。

·元功能包的package.xml文件需要包含引用

<export>

        <metapackage/>

</export>

·元功能包只需要<run_depend>标签

ROS通信机制

·话题通信机制

·服务通信机制

·参数管理机制

1.话题通信机制

发布/订阅模型的话题通信：

 通信建立的过程：

【RPC】RPC基本介绍_牧心.的博客-CSDN博客

1.发布者注册

Talker启动，通过端口1234使用RPC向ROS Master注册发布者的信息（例如发布消息的话题名），然后将节点的注册信息加入注册列表。

2.订阅者注册

Listener启动，通过RPC向ROS Master注册订阅者消息（例如订阅的话题名）。

3.信息匹配

ROS Master根据Listener的订阅信息在注册列表中查找，没有找到匹配的发布者就等待发布者出现，匹配到了就通过RPC向订阅者发送发布者的RPC地址信息。

4.订阅者发送连接请求

订阅者接收到ROS Master发送的地址信息后，通过RPC向发布者发送连接请求，传输订阅的话题名、消息类型以及通信协议（TCP/UDP）。

5.发布者确认连接请求

【精选】TCP协议详解 (史上最全)_开放式tcp-CSDN博客

发布者接收到订阅者发送的连接请求后，通过RPC向订阅者确认连接（自身的TCP地址信息）。

6.订阅者与发布者建立网络连接

订阅者接到确认请求后，使用TCP与Talker建立网络连接。

7.发布者向订阅者发布数据

建立连接后，发布者向订阅者发送话题消息数据。

2.服务通信机制

·服务是带应答的通信机制

服务器/客户端的服务通信机制：

 通信建立的过程：

1.发布者注册 

Talker启动，通过端口1234使用RPC向ROS Master注册发布者的信息（例如发布消息的话题名），然后将节点的注册信息加入注册列表。

2.订阅者注册

Listener启动，通过RPC向ROS Master注册订阅者消息（例如订阅的话题名）。

3.信息匹配

ROS Master根据Listener的订阅信息在注册列表中查找，没有找到匹配的服务发布者就等待发布者出现，匹配到了就通过RPC向订阅者发送发布者的TCP地址信息。

4.订阅者与发布者建立网络连接

Listener接收到确认请求后，用TCP尝试与Talker建立网络连接， 发送服务的请求数据。

5.发布者向订阅者发布服务应答数据 

Talker接收到服务请求和参数后，执行服务功能，执行完成，向Listener发送应答数据。

3.参数管理机制

参数管理机制：

1.发布者设置变量 

Talker使用RPC向ROS Master发送参数设置数据（参数名和参数值）；ROS Master数据保存到参数列表。

2.订阅者查询参数值

Listener通过RPC向ROS Master发送参数查找请求（要查找的参数名）。

3.ROS Master向订阅者发送参数值

ROS Master根据Listener的请求从参数列表中查找参数，找到，用RPC将参数值发送给Listener。

注释：发布者更新参数，订阅者需要重新查询

4.话题和服务的区别