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【ROS入门教程】---- 03 ROS工作空间与功能包

2022-06-10 23:52:00 【生如昭诩】

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文章目录

一、工作空间
二、功能包
总结

正如其他软件的学习一样，ROS的入门也需要从建立项目开始，对于ROS来说，项目初始需要首先创建工作空间，编译生成文件夹后创建功能包，然后继续通过命令行，或者编程通过代码实现目标作用，本节博客主要介绍第一部分的内容，并简要介绍工作空间各文件的作用。

一、工作空间

1. 创建工作空间

创建文件夹：mkdir -p ~/catkin_ws/src
在上述命令中catkin_ws，就是工作空间的名字，在后续的课程中均会涉及到此名称，故也可以自行使用合适的名字，src是放置功能包的文件夹，用于存放源代码。
切换到src文件夹：cd ~catkin_ws/src
创建工作空间：catkin_init_workspace

命令行输出提示：

Creating symlink "/home/zhaoxu/project/ROS/catkin_ws/src/CMakeLists.txt" pointing to "/opt/ros/noetic/share/catkin/cmake/toplevel.cmake"

切换到工作目录：cd ~/catkin_ws/
编译工作空间：catkin_make
这里的catkin要注意与工作空间名称无关，属于固定命令，在编译后命令行指示如下：
生成install文件夹：catkin_make install
这里的指令只是为了率先创建install文件，本质上无意义。

2. 设置环境变量

一般做法：需要在每次打开终端时重新载入

source devel/setup.bash

一劳永逸：在.bashrc文件中加入固定路径，无需重新source

echo "source ~/catkin_ws/devel/setup.bash" >> ~/.bashrc

查询环境变量：echo $ROS_PACKAGE_PATH
结果如下图，则证明修改成功

3. 工作空间介绍

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src：代码空间，Source Space，用于放置功能包（代码、配置文件、launch文件）；
build：编译空间，Build Space，用于放置中间文件、二进制文件等；
devel：开发空间，Development Space，用于放置编译生成的可执行文件、脚本、库等；
install：安装空间，Install Space，用于放置安装好的文件；

二、功能包

1. 创建并编译功能包

切换到指定目录：cd ~/catkin_ws/src
创建功能包：catkin_create_pkg pkg_ts std_msgs rospy roscpp

标准指令：catkin_create_pkg <package_name> [depend1] [depend2] …
即使用catkin_create_pkg指令创建功能包，依赖于上述三个依赖项

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切换到工作空间目录：cd ~catkin_ws
编译功能包：catkin_make

注意：同一个工作空间下，不允许存在同名功能包；不同工作空间下，允许存在同名功能包

2. 功能包文件解析

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include：用于放置头文件
src：用于放置源文件
CMakelist.txt：编译配置文件，描述功能包的编译规则
package.xml：功能包列表文件，包含name、version、描述信息、author email、depend、license等

这里我们重点介绍后两者：

1）CMakelist.txt

文件作用：CMakeList.txt文件是CMake编译系统编译软件包过程的输入文件。任何CMake兼容包都包含一个或多个CMakeLists.txt文件，这些文件描述了如何编译代码以及将其安装到哪里。将CMakeLists.txt文件应用于一个catkin项目时，它就作为一个标准的附带一些限制条件的vanilla CMakeLists.txt文件。使用CMake编译程序时，cmake指令依据 CMakeLists.txt文件生成makefiles文件，make命令再依据makefiles文件编译链接生成可执行文件
补充知识：catkin_make,实际上就是ROS的编译系统将cmake和make统一的封装起来的指令，故本质上仍是利用cmake和make进行编译的过程。
顺序结构分析：

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CMake版本：cmake_minimum_required(VERSION 3.0.2)
软件包名称：project(pkg_ts)
声明依赖库：find_package()

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启动python模块支持：catkin_python_package()

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消息/服务/操作(Message/Service/Action)生成器： add_message_files(),add_service_files(),add_action_files()

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调用消息/服务/操作生成：generate_messages()

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动态重新配置参数:generate_dynamic_reconfigure_options() ，cfg配置文件，用于配置一些rviz格式，记录一些配置参数等

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指定包编译信息导出：catkin_package()

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重点：添加要编译的库和可执行文件：add_library()/add_executable()/target_link_libraries()

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安装规则：install()

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测试编译[配置：catkin_add_gtest()

2）package.xml

这里的具体讲解以代码内为主，可见下方解释：

<?xml version="1.0"?> 
<!‐‐ 当前xml版本 ‐‐> 
<package format="2"> 
<name>learning_cplus</name> 
<!‐‐ 功能包名称是learning_cplus，name，名称 ‐‐> 
<version>0.0.0</version> 
<!‐‐ 当前功能包版本是0.0.0，version，版本‐‐> 
<description>The learning_cplus package</description> 
<!‐‐ 当前功能包介绍，description，详细 ‐‐> 
<maintainer email="[email protected]">waveshare</maintainer> 
<!‐‐ 当前维护者者信息（邮箱和昵称）‐‐>
<!‐‐ BSD, MIT, Boost Software License, GPLv2, GPLv3, LGPLv2.1, LGPLv3 ‐ ‐>
<license>TODO</license> 
<!‐‐ 协议版本，默认TODO就可以。有兴趣可以自行了解。‐‐> 
<!‐‐ <url type="website">http://wiki.ros.org/learning_cplus</url> ‐‐> 
<!‐‐ 可共享路径，你可以把你的这个包上传到ROS社区或者github。‐‐> 
<author email="[email protected]">Jane Doe</author> 
<!‐‐ 当前开发者信息（邮箱和昵称）‐‐> 
<!‐‐ The *depend tags are used to specify dependencies ‐‐> 
<!‐‐ Dependencies can be catkin packages or system dependencies ‐‐> 
<!‐‐ Examples: ‐‐> 
<!‐‐ Use depend as a shortcut for packages that are both build and exec dependencies ‐‐> 
<!‐‐ <depend>roscpp</depend> ‐‐> 
<!‐‐ Note that this is equivalent to the following: ‐‐> 
<!‐‐ <build_depend>roscpp</build_depend> ‐‐> 
<!‐‐ <exec_depend>roscpp</exec_depend> ‐‐> 
<!‐‐ Use build_depend for packages you need at compile time: ‐‐> 
<!‐‐ <build_depend>message_generation</build_depend> ‐‐>
<!‐‐ Use build_export_depend for packages you need in order to build ag ainst this package: ‐‐>
<!‐‐ <build_export_depend>message_generation</build_export_depend> ‐‐> 
<!‐‐ Use buildtool_depend for build tool packages: ‐‐> 
<!‐‐ <buildtool_depend>catkin</buildtool_depend> ‐‐> 
<!‐‐ Use exec_depend for packages you need at runtime: ‐‐> 
<!‐‐ <exec_depend>message_runtime</exec_depend> ‐‐> 
<!‐‐ Use test_depend for packages you need only for testing: ‐‐> 
<!‐‐ <test_depend>gtest</test_depend> ‐‐> 
<!‐‐ Use doc_depend for packages you need only for building documentati on: ‐‐> 
<!‐‐ <doc_depend>doxygen</doc_depend> ‐‐> 
<buildtool_depend>catkin</buildtool_depend> 
<!‐‐编译工具是catkin ‐‐> 
<build_depend>roscpp</build_depend> 
<!‐‐编译依赖roscpp ‐‐> 
<build_depend>rospy</build_depend> 
<!‐‐编译依赖rospy ‐‐> 
<build_depend>std_msgs</build_depend> 
<!‐‐编译依赖std_msgs ‐‐>
<build_export_depend>roscpp</build_export_depend> 
<!‐‐编译输出依赖roscpp ‐‐>
<build_export_depend>rospy</build_export_depend> 
<!‐‐编译输出依赖rospy ‐‐> 
<build_export_depend>std_msgs</build_export_depend> 
<!‐‐编译输出依赖std_msgs ‐‐> 
<exec_depend>roscpp</exec_depend> 
<!‐‐运行依赖roscpp ‐‐> 
<exec_depend>rospy</exec_depend> 
<!‐‐运行依赖rospy ‐‐> 
<exec_depend>std_msgs</exec_depend>
<!‐‐运行依赖std_msgs ‐‐> 
<!‐‐ The export tag contains other, unspecified, tags ‐‐> 
<export> 
<!‐‐ Other tools can request additional information be placed here ‐‐>

<!‐‐ 输出 ‐‐> 
</export> 
</package>

总结

本文主要介绍了工作空间、功能包的基本内容，以及二者的创建与编译过程；并深入分析了CMakelist.txt与package.xml的具体内容，博客内容参考了古月居的ROS入门21讲和微雪课堂的ROS基础系列教程，下一篇博客将主要介绍如何使用小海龟测试分析各指令的实际作用，并简单测试编程代码的使用，敬请期待。

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