机器人操作系统入门（二）ROS文件系统

参考资料：

https://www.icourse163.org/course/ISCAS-1002580008?tid=1003713012　　//中国大学MOOC

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

《ROS操作系统入门讲义》PDF下载

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

1. Catkin编译系统（Groovy版本后投入使用）　　//早期的ROS编译系统是rosbuild

（1）特点

Catkin沿用了包管理的传统像 find_package() 基础结构, pkg-config；扩展了CMake，例如

• 软件包编译后无需安装就可使用
• 自动生成 find_package() 代码， pkg-config 文件
• 解决了多个软件包构建顺序问题

一个Catkin的软件包（package）必须要包括两个文件：

• 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：构建package所需的CMake文件

1. 调用Catkin的函数/宏
2. 解析 package.xml
3. 找到其他依赖的catkin软件包
4. 将本软件包添加到环境变量

（2）工作原理

catkin编译的工作流程如下：　　//相当于封装了cmake和make

• 首先在工作空间 catkin_ws/src/ 下递归的查找其中每一个ROS的package
• package中会有 package.xml 和 CMakeLists.txt 文件，Catkin(CMake)编译系统依据 CMakeLists.txt 文件，从而生成 makefiles (放在 catkin_ws/build/ )
• 然后 make 刚刚生成的 makefiles 等文件，编译链接生成可执行文件(放在 catkin_ws/devel )

注：要用catkin编译一个工程或软件包，只需要用 catkin_make 指令　　//catkin编译之前需要回到工作空间目录， catkin_make 在其他路径下编译不会成功，如果有新的目标文件产生需要紧接着“source刷新环境”

2. Catkin工作空间

（1）初始化

$ mkdir -p ~/catkin_ws/src　　
$ cd ~/catkin_ws/
$ catkin_make #初始化工作空间

• catkin_make命令必须位于工作空间目录catkin_ws下运行
• 原先的初始化命令catkin_init_workspace在src目录下运行

（2）结构介绍　　//用 tree 命令查看

$ cd ~/catkin_ws
$ sudo apt install tree
$ tree

默认包含三个文件夹：

• src/: ROS的catkin软件包（源代码包）
• build/: catkin（CMake）的缓存信息和中间文件
• devel/: 生成的目标文件（包括头文件，动态链接库，静态链接库，可执行文件等）、环境变量

编译流程如下：

注：yaml文件一般存储了ROS需要加载的参数信息，一些属性的配置。通常在launch文件或程序中读取.yaml文件，把参数加载到参数服务器上。

3. package软件包　　//catkin编译的基本单元

（1）结构

一个package下常见的文件、路径有

其中CMakeLists.txt和package.xml定义了整个package（必不可少）

• CMakeLists.txt: 定义package的包名、依赖、源文件、目标文件等编译规则
• package.xml: 描述package的包名、版本号、作者、依赖等信息
• src/: 存放ROS的源代码，包括C++的源码和(.cpp)以及Python的module(.py)
• include/: 存放C++源码对应的头文件
• scripts/: 存放可执行脚本，例如shell脚本(.sh)、Python脚本(.py)
• msg/: 存放自定义格式的消息(.msg)
• srv/: 存放自定义格式的服务(.srv)
• models/: 存放机器人或仿真场景的3D模型(.sda, .stl, .dae等)
• urdf/: 存放机器人的模型描述(.urdf或.xacro)
• launch/: 存放launch文件(.launch或.xml)

（2）package的创建：catkin_create_pkg 命令

用法：catkin_create_pkg 包名 依赖项　　// 如catkin_create_pkg test_pkg roscpp rospy std_msgs

（3）相关命令

常用命令：rosdep install --from-paths src --ignore-src --rosdistro=kinetic -y　　//用于安装工作空间中 src 路径下所有package的依赖项（由pacakge.xml文件指定）

4. CMakeLists.txt：规定了package要依赖哪些package，要编译生成哪些目标，如何编译等等流程

 非常重要，它指定了由源码到目标文件的规则，catkin编译系统在工作时首先会找到每个package下的CMakeLists.txt，然后按照规则来编译构建。

（1）写法　　//进一步的CMake语法可参考《CMake实践》：https://github.com/Akagi201/learning-cmake/blob/master/docs/cmake-practice.pdf

总体的宏结构如下：

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

5. package.xml：软件包的描述文件，描述包的基本信息

（1）作用

• pacakge.xml 包含了package的名称、版本号、内容描述、维护人员、软件许可、编译构建工具、编译依赖、运行依赖等信息。
• 实际上 rospack find 、 rosdep 等命令之所以能快速定位和分析出package的依赖项信息，就是直接读取了每一个package中的 package.xml 文件，为用户提供了快速了解一个package的渠道。

（2）写法：遵循xml标签的写法

格式1（old）：

其中，1-6为必备标签

格式2（new）：

（3）示例（turtlesim/package）

老版本

新版本

6. Metapackage　　//老版本里的概念为“功能包集”stack

作用：将一些相近的功能模块、软件包放到一起

（1）常见metapackage

其中，navigation metapackage包含以下软件包：

navigation就是一个简单的package，里面只有几个文件，但它依赖了其他所有的软件包

（2）写法　　//metapackage为虚包，无具体的包文件

一般有且仅有两个文件：CMakeLists.txt 和 pacakge.xml

CMakeLists.txt 写法如下：

cmake_minimum_required(VERSION 2.8.3)
project(ros_academy_for_beginners)
find_package(catkin REQUIRED)
catkin_metapackage() #声明本软件包是一个metapacakge

package.xml 写法如下：

与普通package的不同之处：

• CMakeLists.txt ：加入了catkin_metapackage()宏，指定本软件包为一个metapacakge
• package.xml ：标签将所有软件包列为依赖项，标签中添加标签声明。