ROS2软件调用架构和机制解析:Publisher创建
术语
- DDS (Data Distribution Service): 用于实时系统的数据分发服务标准,是ROS 2底层通信的基础
- RMW (ROS Middleware): ROS中间件接口,提供与具体DDS实现无关的抽象API
- QoS (Quality of Service): 服务质量策略,控制通信的可靠性、历史记录、耐久性等属性
- 符号解析: 动态库加载过程中,查找和绑定函数指针的机制
1. 架构概述
ROS2采用分层设计,通过多层抽象实现高度灵活性和可插拔性。其调用链如下:
应用层(开发人员) → rclcpp(C++客户端库) → rcl(C语言客户端库) → rmw(中间件接口) → rmw_implementation(动态加载层) → 具体DDS实现
2. 发布者创建流程详解
2.1 用户代码层(rclcpp::Node::create_publisher)
通常使用以下代码创建发布者:
auto node = std::make_shared<rclcpp::Node>("publisher_node");
auto publisher = node->create_publisher<std_msgs::msg::String>("topic_name", 10); // 队列深度为10
2.2 rclcpp层(Node类)
在node.hpp文件中对各模板函数进行声明,函数的具体实现在node_impl.hpp文件中进行定义。
class Node : public std::enable_shared_from_this<Node>
{template<typename MessageT,typename AllocatorT = std::allocator<void>,typename PublisherT = rclcpp::Publisher<MessageT, AllocatorT>>std::shared_ptr<PublisherT>create_publisher(const std::string & topic_name,const rclcpp::QoS & qos,const PublisherOptionsWithAllocator<AllocatorT> & options =PublisherOptionsWithAllocator<AllocatorT>());
}
node_impl.hpp文件中,node->create_publisher 调用一系列rclcpp函数:
template<typename MessageT, typename AllocatorT, typename PublisherT>
std::shared_ptr<PublisherT>
Node::create_publisher(const std::string & topic_name,const rclcpp::QoS & qos,const PublisherOptionsWithAllocator<AllocatorT> & options)
{return rclcpp::create_publisher<MessageT, AllocatorT, PublisherT>(*this,extend_name_with_sub_namespace(topic_name, this->get_sub_namespace()),qos,options);
}
该方法调用create_publisher.hpp文件的node_topics_interface->create_publisher创建类型特定的工厂
template<typename MessageT,typename AllocatorT = std::allocator<void>,typename PublisherT = rclcpp::Publisher<MessageT, AllocatorT>,typename NodeParametersT,typename NodeTopicsT>
std::shared_ptr<PublisherT>
create_publisher(NodeParametersT & node_parameters,NodeTopicsT & node_topics,const std::string & topic_name,const rclcpp::QoS & qos,const rclcpp::PublisherOptionsWithAllocator<AllocatorT> & options = (rclcpp::PublisherOptionsWithAllocator<AllocatorT>())
)
{auto node_topics_interface = rclcpp::node_interfaces::get_node_topics_interface(node_topics);const rclcpp::QoS & actual_qos = options.qos_overriding_options.get_policy_kinds().size() ?rclcpp::detail::declare_qos_parameters(options.qos_overriding_options, node_parameters,node_topics_interface->resolve_topic_name(topic_name),qos, rclcpp::detail::PublisherQosParametersTraits{}) :qos;// Create the publisher.auto pub = node_topics_interface->create_publisher(topic_name,rclcpp::create_publisher_factory<MessageT, AllocatorT, PublisherT>(options),actual_qos);// Add the publisher to the node topics interface.node_topics_interface->add_publisher(pub, options.callback_group);return std::dynamic_pointer_cast<PublisherT>(pub);
}
node_topics_interface->create_publisher实际调用node_topics.cpp文件的NodeTopics::create_publisher非模板方法,该方法使用publisher_factory.hpp文件中工厂的create_typed_publisher函数创建实际的发布者,创建的发布者进行后期初始化设置。
rclcpp::PublisherBase::SharedPtr
NodeTopics::create_publisher(const std::string & topic_name,const rclcpp::PublisherFactory & publisher_factory,const rclcpp::QoS & qos)
{// Create the MessageT specific Publisher using the factory, but return it as PublisherBase.return publisher_factory.create_typed_publisher(node_base_, topic_name, qos);
}
而create_typed_publisher的实现如下:
template<typename MessageT, typename AllocatorT, typename PublisherT>
PublisherFactory
create_publisher_factory(const rclcpp::PublisherOptionsWithAllocator<AllocatorT> & options)
{PublisherFactory factory {// factory function that creates a MessageT specific PublisherT[options](rclcpp::node_interfaces::NodeBaseInterface * node_base,const std::string & topic_name,const rclcpp::QoS & qos) -> std::shared_ptr<PublisherT>{auto publisher = std::make_shared<PublisherT>(node_base, topic_name, qos, options);// This is used for setting up things like intra process comms which// require this->shared_from_this() which cannot be called from// the constructor.publisher->post_init_setup(node_base, topic_name, qos, options);return publisher;}};// return the factory now that it is populatedreturn factory;
}
创建特定的Publisher时,publisher.hpp文件内部会转到具体的Publisher构造函数:
Publisher(rclcpp::node_interfaces::NodeBaseInterface * node_base,const std::string & topic,const rclcpp::QoS & qos,const rclcpp::PublisherOptionsWithAllocator<AllocatorT> & options)
: PublisherBase(node_base,topic,rclcpp::get_message_type_support_handle<MessageT>(),options.template to_rcl_publisher_options<MessageT>(qos)),options_(options),published_type_allocator_(*options.get_allocator()),ros_message_type_allocator_(*options.get_allocator())
{// 初始化内存分配器和事件回调
}
PublisherBase构造函数则进行RCL层的publisher初始化
PublisherBase::PublisherBase(rclcpp::node_interfaces::NodeBaseInterface * node_base,const std::string & topic,const rosidl_message_type_support_t & type_support,const rcl_publisher_options_t & publisher_options)
: node_base_(node_base),topic_(topic)
{// 创建rcl_publisher_t实例publisher_handle_ = std::shared_ptr<rcl_publisher_t>(new rcl_publisher_t, [node_handle](rcl_publisher_t * publisher) {if (rcl_publisher_fini(publisher, node_handle) != RCL_RET_OK) {RCLCPP_ERROR(/* ... */);}delete publisher;});*publisher_handle_.get() = rcl_get_zero_initialized_publisher();// 关键调用:初始化RCL层publisherrcl_ret_t ret = rcl_publisher_init(publisher_handle_.get(),node_base->get_rcl_node_handle(),&type_support,topic.c_str(),&publisher_options);if (ret != RCL_RET_OK) {// 错误处理}
}
2.3 rcl层
rcl_publisher_init 函数进一步处理:
rcl_ret_t
rcl_publisher_init(rcl_publisher_t * publisher,const rcl_node_t * node,const rosidl_message_type_support_t * type_support,const char * topic_name,const rcl_publisher_options_t * options
)
{// 参数验证和初始化// 向RMW层请求创建发布者// rmw_handle为rmw_publisher_t *类型publisher->impl->rmw_handle = rmw_create_publisher(rcl_node_get_rmw_handle(node),type_support,remapped_topic_name,&(options->qos),&(options->rmw_publisher_options));// 错误处理与返回值设置
}
2.4 rmw层(通过rmw_implementation)
此处进入rmw_implementation包的functions.cpp中,其中rmw_create_publisher为rmw.h文件中定义的接口函数:
RMW_INTERFACE_FN(rmw_create_publisher,rmw_publisher_t *, nullptr,5, ARG_TYPES(const rmw_node_t *, const rosidl_message_type_support_t *, const char *,const rmw_qos_profile_t *, const rmw_publisher_options_t *))
这个宏展开后生成:
#define RMW_INTERFACE_FN(name, ReturnType, error_value, _NR, ...) \void * symbol_ ## name = nullptr; \ReturnType name(EXPAND(ARGS_ ## _NR(__VA_ARGS__))) \{ \CALL_SYMBOL( \name, ReturnType, error_value, ARG_TYPES(__VA_ARGS__), \EXPAND(ARG_VALUES_ ## _NR(__VA_ARGS__))); \}
CALL_SYMBOL宏进一步展开:
#define CALL_SYMBOL(symbol_name, ReturnType, error_value, ArgTypes, arg_values) \if (!symbol_ ## symbol_name) { \/* only necessary for functions called before rmw_init */ \//获取库中的函数符号symbol_ ## symbol_name = get_symbol(#symbol_name); \} \if (!symbol_ ## symbol_name) { \/* error message set by get_symbol() */ \return error_value; \} \typedef ReturnType (* FunctionSignature)(ArgTypes); \// 根据函数地址,调用加载的函数FunctionSignature func = reinterpret_cast<FunctionSignature>(symbol_ ## symbol_name); \return func(arg_values);
get_symbol 函数获取函数符号:
void *
get_symbol(const char * symbol_name)
{try {return lookup_symbol(get_library(), symbol_name);} catch (const std::exception & e) {RMW_SET_ERROR_MSG_WITH_FORMAT_STRING("failed to get symbol '%s' due to %s",symbol_name, e.what());return nullptr;}
}
2.5 加载和符号查找
关键的lookup_symbol函数负责从已加载的库中查找符号:
void *
lookup_symbol(std::shared_ptr<rcpputils::SharedLibrary> lib, const std::string & symbol_name)
{if (!lib) {if (!rmw_error_is_set()) {RMW_SET_ERROR_MSG("no shared library to lookup");} // else assume library loading failedreturn nullptr;}if (!lib->has_symbol(symbol_name)) {try {std::string library_path = lib->get_library_path();RMW_SET_ERROR_MSG_WITH_FORMAT_STRING("failed to resolve symbol '%s' in shared library '%s'",symbol_name.c_str(), library_path.c_str());} catch (const std::exception & e) {RMW_SET_ERROR_MSG_WITH_FORMAT_STRING("failed to resolve symbol '%s' in shared library due to %s",symbol_name.c_str(), e.what());}return nullptr;}// 返回找到的函数指针return lib->get_symbol(symbol_name);
}
get_library()函数负责加载RMW实现库:
std::shared_ptr<rcpputils::SharedLibrary> get_library()
{if (!g_rmw_lib) {// 懒加载策略 - 首次使用时加载g_rmw_lib = load_library();}return g_rmw_lib;
}
2.6 具体DDS实现
在rmw_publisher.cpp文件中,调用rmw_fastrtps_cpp::create_publisher函数进行publisher创建。最终,通过符号解析得到的函数指针指向特定DDS实现(如FastDDS、CycloneDDS)提供的具体rmw_create_publisher实现:
// 在FastDDS中的实现示例
rmw_publisher_t *
rmw_fastrtps_cpp::create_publisher(const CustomParticipantInfo * participant_info,const rosidl_message_type_support_t * type_supports,const char * topic_name,const rmw_qos_profile_t * qos_policies,const rmw_publisher_options_t * publisher_options,bool keyed,bool create_publisher_listener)
{rmw_publisher_t * publisher = rmw_fastrtps_cpp::create_publisher(participant_info,type_supports,topic_name,qos_policies,publisher_options,false,true);// 创建并返回rmw_publisher_t结构
}rmw_publisher_t *
rmw_fastrtps_cpp::create_publisher(const CustomParticipantInfo * participant_info,const rosidl_message_type_support_t * type_supports,const char * topic_name,const rmw_qos_profile_t * qos_policies,const rmw_publisher_options_t * publisher_options,bool keyed,bool create_publisher_listener)
{eprosima::fastdds::dds::Publisher * publisher = participant_info->publisher_;...
}
3. 层级交互总结
- rclcpp层:提供面向对象的友好API,管理C++对象生命周期
- rcl层:提供C语言API,处理资源分配、错误处理和参数验证
- rmw层:定义中间件抽象接口,与具体DDS无关
- rmw_implementation层:
- 使用环境变量决定加载哪个RMW实现
- 通过动态符号查找机制(
lookup_symbol)获取函数指针 - 通过函数指针转发调用到实际DDS实现
- 具体DDS实现:执行真正的DDS操作,与网络通信
4. 实际应用示例
在ROS 2系统中,可以通过环境变量轻松切换底层DDS实现:
# 使用FastDDS (默认)
export RMW_IMPLEMENTATION=rmw_fastrtps_cpp# 使用CycloneDDS
export RMW_IMPLEMENTATION=rmw_cyclonedds_cpp# 使用Connext DDS
export RMW_IMPLEMENTATION=rmw_connextdds# 查看当前使用的RMW实现
ros2 doctor --report | grep middleware
相关文章:
ROS2软件调用架构和机制解析:Publisher创建
术语 DDS (Data Distribution Service): 用于实时系统的数据分发服务标准,是ROS 2底层通信的基础RMW (ROS Middleware): ROS中间件接口,提供与具体DDS实现无关的抽象APIQoS (Quality of Service): 服务质量策略,控制通信的可靠性、历史记录、…...
【落羽的落羽 C++】C++入门基础·其之一
文章目录 一、C简介1. C的发展历史2. C参考文档 二、namespace命名空间1. C语言的一个缺陷2. namespace3. 命名空间的使用3.1 命名空间成员访问3.2 using展开 一、C简介 1. C的发展历史 C起源于1979年的贝尔实验室,Bjarne Stroustrup(本贾尼博士&#…...
docker使用代理的简单配置
1准备代理服务器 准备代理服务器,例如192.168.120.168:52209 配置docker.service文件 查看service文件的位置 systemctl status docker 编辑service文件 vim /usr/lib/systemd/system/docker.service 添加代理配置 ... [Service] Environment"HTTP_PROXY…...
每日一题-设计食物评分系统,哈希表的有效使用
本题出自LeetCode2353.设计食物评分系统,连着一星期都是设计类的题目哈 题目 设计一个支持下述操作的食物评分系统: 修改 系统中列出的某种食物的评分。返回系统中某一类烹饪方式下评分最高的食物。 实现 FoodRatings 类: FoodRatings(Strin…...
大模型应用:多轮对话(prompt工程)
概述 在与大型语言模型(如ChatGPT)交互的过程中,我们常常体验到与智能助手进行连贯多轮对话的便利性。那么,当我们开启一个新的聊天时,系统是如何管理聊天上下文的呢? 一、初始上下文的建立 1. 创建新会…...
WSDM24-因果推荐|因果去偏的可解释推荐系统
1 动机 可解释推荐系统(ERS)通过提供透明的推荐解释,提高用户信任度和系统的说服力,如下图所示,然而: 1:现有工作主要关注推荐算法的去偏(流行度偏差),但未显…...
VScode在Windows11中配置MSVC
因为MSVC编译器在vs当中,所以我们首先要安装vs的一部分组件。如果只是需要MSVC的话,工作负荷一个都不需要勾选,在单个组件里面搜索MSVC和windows11 SDK,其中一个是编译器,一个是头文件然后右下角安装即可。搜索Develop…...
数据库基础二(数据库安装配置)
打开MySQL官网进行安装包的下载 https://www.mysql.com/ 接着找到适用于windows的版本 下载版本 直接点击下载即可 接下来对应的内容分别是: 1:安装所有 MySQL 数据库需要的产品; 2:仅使用 MySQL 数据库的服务器; 3&a…...
cuda-12.4.0 devel docker 中源码安装 OpenAI triton
1,准备 docker 容器 下载docker image: $ sudo docker pull nvidia/cuda:12.6.2-devel-ubuntu20.04 创建容器: sudo docker run --gpus all -it --name cuda_LHL_01 -v /home/hongleili/ex_triton/tmp1:/root/ex_triton/tmp1 nvidia/cuda:12.6…...
doris: Hive Catalog
通过连接 Hive Metastore,或者兼容 Hive Metatore 的元数据服务,Doris 可以自动获取 Hive 的库表信息,并进行数据查询。 除了 Hive 外,很多其他系统也会使用 Hive Metastore 存储元数据。所以通过 Hive Catalog,我们不…...
【LeetCode】131.分割回文串
目录 题目描述输入输出示例及数据范围思路C 实现 题目描述 这道题目来自 LeetCode 131. 分割回文串。 题目描述如下: 给你一个字符串 s,请你将 s 分割成一些子串,使每个子串都是 回文串 。返回 s 所有可能的分割方案。 输入输出示例及数据…...
JeeWMS graphReportController.do SQL注入漏洞复现(CVE-2025-0392)
免责申明: 本文所描述的漏洞及其复现步骤仅供网络安全研究与教育目的使用。任何人不得将本文提供的信息用于非法目的或未经授权的系统测试。作者不对任何由于使用本文信息而导致的直接或间接损害承担责任。如涉及侵权,请及时与我们联系,我们将尽快处理并删除相关内容。 0x0…...
基于Python+django+mysql旅游数据爬虫采集可视化分析推荐系统
2024旅游推荐系统爬虫可视化(协同过滤算法) 基于Pythondjangomysql旅游数据爬虫采集可视化分析推荐系统 有文档说明 部署文档 视频讲解 ✅️基于用户的协同过滤推荐算法 卖价就是标价~ 项目技术栈 Python语言、Django框架、MySQL数据库、requests网络爬虫…...
我的工作经历
主要说一下毕业工作大半年了一些心得与想法。 首先是因为本科不好的原因,单2硕士找了一个国企(其实应该说是央企)。也幸好找的是央企,后续工作基本上没有强度,不然后期神经衰弱抑郁症家里乱七八糟催婚的事情能把人逼疯…...
筑牢安全防线:工商业场所燃气泄漏防护新方案
燃气安全是企业经营不可逾越的生命线。在餐饮后厨、化工车间、酒店锅炉房等场所,可燃气体一旦泄漏,极易引发严重事故。如何实现精准监测、快速响应,成为工业及商业领域安全管理的核心诉求。旭华智能深耕安全监测领域,推出的工业及…...
基于STM32的智能停车场管理系统
1. 引言 传统停车场管理存在车位利用率低、停车体验差等问题,难以满足现代城市停车需求。本文设计了一款基于STM32的智能停车场管理系统,通过车位状态实时监测、智能导航与无感支付技术,实现停车资源的高效利用与用户服务的全面升级。 2. 系…...
MacBook 终端中使用 vim命令
在 MacBook 终端中使用 vim 编辑器时,以下是一些常用命令和操作指南: 1. 基本操作 启动 vim vim 文件名 # 打开或创建文件退出 vim 保存并退出: 按 Esc,然后输入 :wq,按 Enter。 不保存退出: 按 Esc&am…...
VoIP之SBC(会话边界控制器)
SBC(Session Border Controller,会话边界控制器)是一种在VoIP通信网络中的重要设备,用于连接处理会话边界,核心功能包含信令代理/媒体代理、网络NAT穿越、防火墙、QoS等。 经典案例 关键说明 用于客户端和核心业务服务器的互联互通支持IP接入控…...
threejs:document.createElement创建标签后css设置失效
vue3threejs,做一个给模型批量CSS2D标签的案例,在导入模型的js文件里,跟着课程写的代码如下: import * as THREE from three; // 引入gltf模型加载库GLTFLoader.js import { GLTFLoader } from three/addons/loaders/GLTFLoader.…...
安装2018版本的petalinux曲折经历
具体操作步骤 1.安装VMware Workstation15.5的虚拟机2.安装Ubuntu16.04.43.配置Ubuntu的环境1.可以复制粘贴的指令2.安装vim 4.准备安装petalinux1.先配置petalinux的安装环境2.替换镜像源1.备份原始的软件源2.从以下镜像点找到合适自己系统版本的源3.执行替换镜像源1.打开源文…...
java_网络服务相关_gateway_nacos_feign区别联系
1. spring-cloud-starter-gateway 作用:作为微服务架构的网关,统一入口,处理所有外部请求。 核心能力: 路由转发(基于路径、服务名等)过滤器(鉴权、限流、日志、Header 处理)支持负…...
循环冗余码校验CRC码 算法步骤+详细实例计算
通信过程:(白话解释) 我们将原始待发送的消息称为 M M M,依据发送接收消息双方约定的生成多项式 G ( x ) G(x) G(x)(意思就是 G ( x ) G(x) G(x) 是已知的)࿰…...
visual studio 2022更改主题为深色
visual studio 2022更改主题为深色 点击visual studio 上方的 工具-> 选项 在选项窗口中,选择 环境 -> 常规 ,将其中的颜色主题改成深色 点击确定,更改完成...
【磁盘】每天掌握一个Linux命令 - iostat
目录 【磁盘】每天掌握一个Linux命令 - iostat工具概述安装方式核心功能基础用法进阶操作实战案例面试题场景生产场景 注意事项 【磁盘】每天掌握一个Linux命令 - iostat 工具概述 iostat(I/O Statistics)是Linux系统下用于监视系统输入输出设备和CPU使…...
爬虫基础学习day2
# 爬虫设计领域 工商:企查查、天眼查短视频:抖音、快手、西瓜 ---> 飞瓜电商:京东、淘宝、聚美优品、亚马逊 ---> 分析店铺经营决策标题、排名航空:抓取所有航空公司价格 ---> 去哪儿自媒体:采集自媒体数据进…...
Spring AI与Spring Modulith核心技术解析
Spring AI核心架构解析 Spring AI(https://spring.io/projects/spring-ai)作为Spring生态中的AI集成框架,其核心设计理念是通过模块化架构降低AI应用的开发复杂度。与Python生态中的LangChain/LlamaIndex等工具类似,但特别为多语…...
2023赣州旅游投资集团
单选题 1.“不登高山,不知天之高也;不临深溪,不知地之厚也。”这句话说明_____。 A、人的意识具有创造性 B、人的认识是独立于实践之外的 C、实践在认识过程中具有决定作用 D、人的一切知识都是从直接经验中获得的 参考答案: C 本题解…...
用机器学习破解新能源领域的“弃风”难题
音乐发烧友深有体会,玩音乐的本质就是玩电网。火电声音偏暖,水电偏冷,风电偏空旷。至于太阳能发的电,则略显朦胧和单薄。 不知你是否有感觉,近两年家里的音响声音越来越冷,听起来越来越单薄? —…...
【VLNs篇】07:NavRL—在动态环境中学习安全飞行
项目内容论文标题NavRL: 在动态环境中学习安全飞行 (NavRL: Learning Safe Flight in Dynamic Environments)核心问题解决无人机在包含静态和动态障碍物的复杂环境中进行安全、高效自主导航的挑战,克服传统方法和现有强化学习方法的局限性。核心算法基于近端策略优化…...
七、数据库的完整性
七、数据库的完整性 主要内容 7.1 数据库的完整性概述 7.2 实体完整性 7.3 参照完整性 7.4 用户定义的完整性 7.5 触发器 7.6 SQL Server中数据库完整性的实现 7.7 小结 7.1 数据库的完整性概述 数据库完整性的含义 正确性 指数据的合法性 有效性 指数据是否属于所定…...
