機器人操做系統入門（二）ROS文件系統

參考資料：

https://www.icourse163.org/course/ISCAS-1002580008?tid=1003713012　　//中國大學MOOC

https://www.bilibili.com/video/av23401751　　//B站

《ROS操做系統入門講義》PDF下載

連接：https://pan.baidu.com/s/1OCja2WLDRnjYXMrpnZ3-sQ 
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第二章 ROS文件系統

1. Catkin編譯系統（Groovy版本後投入使用）　　//早期的ROS編譯系統是rosbuild

（1）特色

Catkin沿用了包管理的傳統像 find_package() 基礎結構, pkg-config；擴展了CMake，例如

• 軟件包編譯後無需安裝就可以使用
• 自動生成 find_package() 代碼， pkg-config 文件
• 解決了多個軟件包構建順序問題

一個Catkin的軟件包（package）必需要包括兩個文件：

• package.xml：包括了package的描述信息

1. name, description, version, maintainer(s), license
2. opt. authors, url's, dependencies, plugins, etc...

• CMakeLists.txt：構建package所需的CMake文件

1. 調用Catkin的函數/宏
2. 解析 package.xml
3. 找到其餘依賴的catkin軟件包
4. 將本軟件包添加到環境變量

（2）工做原理

catkin編譯的工做流程以下：　　//至關於封裝了cmake和make

• 首先在工做空間 catkin_ws/src/ 下遞歸的查找其中每個ROS的package
• package中會有 package.xml 和 CMakeLists.txt 文件，Catkin(CMake)編譯系統依據 CMakeLists.txt 文件，從而生成 makefiles (放在 catkin_ws/build/ )
• 而後 make 剛剛生成的 makefiles 等文件，編譯連接生成可執行文件(放在 catkin_ws/devel )

注：要用catkin編譯一個工程或軟件包，只須要用 catkin_make 指令　　//catkin編譯以前須要回到工做空間目錄， catkin_make 在其餘路徑下編譯不會成功，若是有新的目標文件產生須要緊接着「source刷新環境」

2. Catkin工做空間

（1）初始化

1 $ mkdir -p ~/catkin_ws/src　　
2 $ cd ~/catkin_ws/
3 $ catkin_make #初始化工做空間

• catkin_make命令必須位於工做空間目錄catkin_ws下運行
• 原先的初始化命令catkin_init_workspace在src目錄下運行

（2）結構介紹　　//用 tree 命令查看

1 $ cd ~/catkin_ws
2 $ sudo apt install tree
3 $ tree

默認包含三個文件夾：

• src/: ROS的catkin軟件包（源代碼包）
• build/: catkin（CMake）的緩存信息和中間文件
• devel/: 生成的目標文件（包括頭文件，動態連接庫，靜態連接庫，可執行文件等）、環境變量

編譯流程以下：

注：yaml文件通常存儲了ROS須要加載的參數信息，一些屬性的配置。一般在launch文件或程序中讀取.yaml文件，把參數加載到參數服務器上。

3. package軟件包　　//catkin編譯的基本單元

（1）結構

一個package下常見的文件、路徑有

其中CMakeLists.txt和package.xml定義了整個package（必不可少）

• CMakeLists.txt: 定義package的包名、依賴、源文件、目標文件等編譯規則
• package.xml: 描述package的包名、版本號、做者、依賴等信息
• src/: 存放ROS的源代碼，包括C++的源碼和(.cpp)以及Python的module(.py)
• include/: 存放C++源碼對應的頭文件
• scripts/: 存放可執行腳本，例如shell腳本(.sh)、Python腳本(.py)
• msg/: 存放自定義格式的消息(.msg)
• srv/: 存放自定義格式的服務(.srv)
• models/: 存放機器人或仿真場景的3D模型(.sda, .stl, .dae等)
• urdf/: 存放機器人的模型描述(.urdf或.xacro)
• launch/: 存放launch文件(.launch或.xml)

（2）package的建立：catkin_create_pkg 命令

用法：catkin_create_pkg 包名 依賴項　　// 如catkin_create_pkg test_pkg roscpp rospy std_msgs

（3）相關命令

經常使用命令：rosdep install --from-paths src --ignore-src --rosdistro=kinetic -y　　//用於安裝工做空間中 src 路徑下全部package的依賴項（由pacakge.xml文件指定）

4. CMakeLists.txt：規定了package要依賴哪些package，要編譯生成哪些目標，如何編譯等等流程

 很是重要，它指定了由源碼到目標文件的規則，catkin編譯系統在工做時首先會找到每一個package下的CMakeLists.txt，而後按照規則來編譯構建。

（1）寫法　　//進一步的CMake語法可參考《CMake實踐》：https://github.com/Akagi201/learning-cmake/blob/master/docs/cmake-practice.pdf

整體的宏結構以下：

（2）示例（turtlesim包下的turtlesim/CMakeLists.txt）

5. package.xml：軟件包的描述文件，描述包的基本信息

（1）做用

• pacakge.xml 包含了package的名稱、版本號、內容描述、維護人員、軟件許可、編譯構建工具、編譯依賴、運行依賴等信息。
• 實際上 rospack find 、 rosdep 等命令之因此能快速定位和分析出package的依賴項信息，就是直接讀取了每個package中的 package.xml 文件，爲用戶提供了快速瞭解一個package的渠道。

（2）寫法：遵循xml標籤的寫法

格式1（old）：

其中，1-6爲必備標籤

格式2（new）：

（3）示例（turtlesim/package）

老版本

新版本

6. Metapackage　　//老版本里的概念爲「功能包集」stack

做用：將一些相近的功能模塊、軟件包放到一塊兒

（1）常見metapackage

其中，navigation metapackage包含如下軟件包：

navigation就是一個簡單的package，裏面只有幾個文件，但它依賴了其餘全部的軟件包

（2）寫法　　//metapackage爲虛包，無具體的包文件

通常有且僅有兩個文件：CMakeLists.txt 和 pacakge.xml

CMakeLists.txt 寫法以下：

1 cmake_minimum_required(VERSION 2.8.3)
2 project(ros_academy_for_beginners)
3 find_package(catkin REQUIRED)
4 catkin_metapackage() #聲明本軟件包是一個metapacakge

package.xml 寫法以下：

與普通package的不一樣之處：

• CMakeLists.txt ：加入了catkin_metapackage()宏，指定本軟件包爲一個metapacakge
• package.xml ：標籤將全部軟件包列爲依賴項，標籤中添加標籤聲明。