ROS可以說是?前機器?相關開源社區(qū)最流?的項?之?，它是?個易?且完備的機器?開發(fā)框架、?態(tài)乃?社區(qū)，海量的機器?開源項?（涵蓋感知、規(guī)劃、控制、定位、SLAM和建圖、可視化等?乎所有機器?領域）均使?ROS作為基礎。

以?動駕駛汽?為代表的新的機器?應?場景對于中間層和開發(fā)框架在實時性、可靠性、伸縮性、跨平臺可移植等??提出了?量新的需求，ROS 顯然不能滿?這些需求，ROS2因此產?，在經歷了若?年的迭代后，ROS2項??前已經相對完備和穩(wěn)定，對于我們開發(fā)者??，是時候擁抱ROS2了。

01為什么轉向ROS

ROS?2007年發(fā)布以來，為機器?社區(qū)提供了?套相對完善的中間層、?具、軟件乃?通?的接?和標準，可以說，憑借ROS，機器??業(yè)領域的開發(fā)者能夠快速開發(fā)系統(tǒng)原型并做測試和驗證。?動駕駛本質上是機器?研究的?個應?領域，在產品原型快速開發(fā)的過程中也通常會采?ROS。

如果說ROS1為科研和原型開發(fā)提供了很好的?態(tài)的話，那么ROS2就是?于實際產品的部署環(huán)境的開發(fā)架構和相應?具鏈。

02ROS1的天然缺陷ROS1項?的初衷是為了給科研機器?Willow Garage PR2提供?個開發(fā)環(huán)境和相應的?具，為了讓這套軟件在更多的機器?上運?，ROS為機器?開發(fā)構建了應?層的抽象和通?的消息接?，最終在機器?社區(qū)中?為使?并發(fā)展為?前最流?的機器?軟件?態(tài)體系之?。然?，ROS1研發(fā)的初衷就注定了該架構存在以下缺陷：

·?實時性（real-time）

·嵌?式設備不友好

·對于?絡通信的重依賴（需要?帶寬且穩(wěn)定的?絡連接）

·多?于學術應?

·超?的靈活性帶來的不規(guī)范的編程模式

·原?的ROS僅?持單機器?

然?如今ROS已在?量?業(yè)領域的應?，包括科研機器?、?業(yè)機器?、輪式機器?、?動駕駛汽?乃?航天??駕駛設備，其原來的功能設計已經不能滿?海量應?對于某些性能（如實時性、安全性、嵌?式移植等）的需求，ROS2即在這樣的背景下被設計和開發(fā)。

03ROS2相較于ROS1的提升和改進

相較于ROS1，ROS2在設計之初就考慮了在產品環(huán)境下?臨的?些挑戰(zhàn)，具體來說，ROS2采?（或者計劃采?）以下策略以提升其在產品環(huán)境的適?度：

·?持多機器?

·對?型嵌?式設備和微控制器的?持

·實時系統(tǒng)：?持實時控制，包括進程間和機器間通信的實時性

·?持?理想?絡環(huán)境：在低質量?延遲等?絡環(huán)境下系統(tǒng)仍然能夠?作

·對產品環(huán)境的?持的能力

·規(guī)范的編程模型以?持基于ROS的?規(guī)模?的構建、開發(fā)和部署

04ROS2中的DDS中間層

ROS1的核?是?個基于master中?節(jié)點的匿名發(fā)布-訂閱通信中間層，相?之下，ROS2采?基于RTSP(Real-Time Publish-Subscribe)協(xié)議的DDS作為中間層，DDS(Data-Distribution Service)是?種?于實時和嵌?式系統(tǒng)發(fā)布-訂閱式通信的?業(yè)標準，這種點到點的通信模式類似于ROS1的中間層，但是DDS不需要像ROS1那樣借由master節(jié)點來完成兩個節(jié)點間通信，這使得系統(tǒng)更加容錯和靈活，DDS 被?泛應?于關鍵系統(tǒng)中，包括戰(zhàn)艦、?型基礎設施（如?電站）、?融系統(tǒng)、空間系統(tǒng)、航空系統(tǒng)等場景，這些?例也證實了DDS的可靠性。

多個?商提供多種DDS實現(xiàn)，?般來說DDS的底層通信機制基于UDP協(xié)議或者共享內存機制（當然也有 ?商提供基于TCP的DDS實現(xiàn)），?ROS2?持多種DDS實現(xiàn)，??可以根據(jù)實際情況選擇DDS中間層， ?前來說ROS2 Foxy完整?持以下DDS中間層：

·eProsima的Fast RTPS（當前ROS2版本默認的DDS實現(xiàn)）

·RTI的Connext DDS

·Eclipse Cyclone DDS

了解更多DDS相關背景，可以參考這篇?章：

https://design.ros2.org/articles/ros_on_dds.html

ROS2的內部架構：

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ROS2的內部接?主要包括兩個層：

·rmw (ros middleware interface): 相對底層的接?層，直接和DDS交互，C語?實現(xiàn)

·rcl (ros cliend libraries): 對rmw相對?層的抽象，c/c++實現(xiàn)

此外上圖中還有?個ros_to_dds組件，該組件主要為??直接訪問DDS層提供接?。

更多關于rmw和rcl等中間層的實現(xiàn)機制以及ROS msg，DSS idl?件和python、c++和C上的類（或者結 構體）的轉換可以參考ROS2官??檔：

https://docs.ros.org/en/foxy/Concepts/About-Internal-Interfaces.html

05ROS2中的QoS策略ROS2中引?了Quality of Service, QoS(服務質量)的策略?于配置節(jié)點間通信，進?提升了ROS2適應于不同應?場景的靈活性。ROS1只?持基于TCP的通信，通過配置QoS，ROS2可以表現(xiàn)出TCP的可靠性，也可以表現(xiàn)出UDP那樣的?實時性。??可以通過選擇不同的QoS配置?件以實現(xiàn)不同的通信表現(xiàn)，QoS配置?件為策略的集合，ROS2提供了預設的QoS配置?件，如下所?：

·發(fā)布-訂閱機制的QoS設定

·服務 (Service) 的QoS設定

·傳感器數(shù)據(jù)的QoS設定

·參數(shù)的QoS設定

·DDS中間層默認的QoS設定

06ROS2的安裝和開發(fā)環(huán)境準備

ROS2?前?乎每半年會release?個版本，不同的版本會有對應的代號（類似與ROS1中的Kinetic, Melodic和Noetic等版本代號），以下是ROS2的?些歷史版本：

·Crystal: 2018年12?

·Dashing: 2019年5?底

·Eloquent: 2019年11?

·Foxy: 2020年6?

·Galactic: 2021年5?

我們以最新的Galactic為例，ROS2是跨平臺的架構，同時?持Linux, MacOS和Windows，但是依據(jù)我們在ROS1上開發(fā)的經驗，我依然推薦?家在Linux的Ubuntu發(fā)?版上從事相應的ROS2 Application開發(fā)?作。在Ubuntu上，安裝ROS2可以通過binary安裝或者源代碼編譯安裝，在Ubuntu上，最簡單的安裝?式是通過Debian packages安裝（也就是apt安裝），我們以此為例，在Ubuntu 20.04上使?apt 安裝ROS2的Galactic版本。

07ROS2在Ubuntu下的安裝在你的Ubuntu 20.04系統(tǒng)中，配置ROS2的apt源：

sudo apt update && sudo apt install curl gnupg lsb-release sudo curl -sSL https://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/ros.key -o /usr/s echo "deb [arch=$(dpkg --print-architecture) signed-by=/usr/share/keyrings/ros-archive-k

更新apt索引：

sudo apt update

使?apt安裝完整的ROS2：

sudo apt install ros-galactic-desktop

安裝完成后，在~/.bashrc?件中添加ros2的環(huán)境變量:

echo"source/opt/ros/galactic/setup.bash">>~/.bashrc

簡單地驗證?下安裝情況，新建?個terminal，運?demo的talker：

ros2 run demo_nodes_cpp talker

在另?個terminal中，運?listener：

ros2 run demo_nodes_py listener

可以看到，?個類似于ROS1的Publisher-Subscriber通信demo就運?起來了：

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不難發(fā)現(xiàn)，ROS2并不需要像ROS1那樣啟動roscore（即master節(jié)點），ROS2這種去中?化的策略能讓其適應更多?業(yè)應?和產品級應?場景的需求。

NOTE:ROS1和ROS2可以并存于同?臺電腦,你只需要source不同的setup.bash即可完成環(huán)境的選擇。

08ROS2的基本工具和命令和ROS1?樣，ROS2也提供了?量的開發(fā)調試?具，如Rviz, Rqt等?具均已經可以在ROS2中使?，運行rqt，可以看到我們剛剛運?的兩個demo節(jié)點：

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運?rviz2可以啟動ROS2環(huán)境下的rviz軟件。

同時，ROS2也提供類似于ROS1的命令?指令，指令和ROS1略有區(qū)別：

·ros2 node: 輸出node相關信息

·ros2 topic: topic相關指令，包括list，hz，echo等

·ros2 service：service相關指令，如list，call，type等

·ros2 bag: rosbag相關指令， 錄包，播包，打印數(shù)據(jù)包信息等

·ros2 bag：package相關指令

·ros2 param: 參數(shù)相關

·ros2 launch：運?launch?件

·ros2 run：運?單個節(jié)點

完整的ros2命令如下所?：

絕?多數(shù)指令基本是將ros1中的rosxxxx拆分成了ros2 xxxx。

審核編輯 ：李倩