ros2_01

note01

ROS2和ROS最大的区别中间件

中间件：

1. 介于某两个或者多个节点中间的组件；
2. 提供多个节点中间通信；

ROS1：中间件是ROS组织自己基于TCP机制建立的，随着现在传感器的升级，数据量越来越大，原先的数据拷贝机制就不再适了

ROS2：

1. 将进程间通信intra-process自己来做
2. 其他部分的通信就使用来DDS实现
3. ROS2将DDS服务接口进行了一层抽象，保证了上层应用层调用接口的统一性
4. ROS2去掉mater节点

DDS

Data Distribution Service：一种用于分布式系统的通信中间件标准

key points：

1. 发布-订阅模式：
   1. 数据生产者（Publisher）发布数据到主题（Topic）
   2. 数据消费者（Subscriber）订阅感兴趣的主题
   3. 发布者和订阅者之间是解耦的，不需要知道彼此的存在
2. 数据为中心：
   1. DDS以数据为中心，而不是以节点为中心
   2. 数据通过主题进行标识，主题是数据的逻辑分类
3. 实时性：
   1. DDS设计用于实时系统，支持低延迟和高吞吐量的数据传输

Domain

定义：一个逻辑隔离的通信空间，只有在同一个域中的节点才能互相通信；每个域有一个唯一的 Domain ID，用于标识不同的域

作用：

1. 隔离通信：不同域中的节点无法互相通信，即使它们在同一个网络中
2. 灵活性：可以通过 Domain ID 将系统划分为多个独立的通信空间

Fast DDS中的Domain 通过 DomainParticipant 来管理的

#include <fastdds/dds/domain/DomainParticipant.hpp>
#include <fastdds/dds/domain/DomainParticipantFactory.hpp>

int main() {
    // 创建 DomainParticipant
    eprosima::fastdds::dds::DomainParticipant* participant =
        eprosima::fastdds::dds::DomainParticipantFactory::get_instance()->create_participant(0);

    // 检查是否创建成功
    if (participant == nullptr) {
        std::cerr << "Failed to create DomainParticipant!" << std::endl;
        return -1;
    }

    std::cout << "DomainParticipant created successfully!" << std::endl;

    // 清理资源
    eprosima::fastdds::dds::DomainParticipantFactory::get_instance()->delete_participant(participant);
    return 0;
}

1. DomainParticipantFactory：
   1. 用于创建和管理 DomainParticipant
   2. 通过 get_instance() 获取单例对象
2. create_participant(domain_id)：
   1. 创建一个 DomainParticipant，参数 domain_id 指定域的 ID
   2. 返回一个指向 DomainParticipant 的指针
3. delete_participant(participant)：
   1. 删除 DomainParticipant，释放资源

Topic

Topic是数据的逻辑分离，每个 Topic 有一个名称和一个数据类型；

发布者（Publisher）将数据发布到 Topic，订阅者（Subscriber）从 Topic 中订阅数据

作用：

1. 数据分类：通过 Topic 将数据分类，例如“温度数据”或“位置数据”
2. 解耦：发布者和订阅者不需要知道彼此的存在，只需要知道 Topic 的名称和数据类型

#include <fastdds/dds/domain/DomainParticipant.hpp>
#include <fastdds/dds/domain/DomainParticipantFactory.hpp>
#include <fastdds/dds/topic/Topic.hpp>
#include <fastdds/dds/topic/TypeSupport.hpp>

// 自定义数据类型
class HelloWorld {
public:
    std::string message;
};

int main() {
    // 创建 DomainParticipant
    eprosima::fastdds::dds::DomainParticipant* participant =
        eprosima::fastdds::dds::DomainParticipantFactory::get_instance()->create_participant(0);

    // 注册数据类型
    eprosima::fastdds::dds::TypeSupport type(new HelloWorldPubSubType());
    type.register_type(participant);

    // 创建 Topic
    eprosima::fastdds::dds::Topic* topic = participant->create_topic(
        "HelloWorldTopic",  // Topic 名称
        type.get_type_name(),  // 数据类型名称
        eprosima::fastdds::dds::TOPIC_QOS_DEFAULT  // QoS 配置
    );

    if (topic == nullptr) {
        std::cerr << "Failed to create Topic!" << std::endl;
        return -1;
    }

    std::cout << "Topic created successfully!" << std::endl;

    // 清理资源
    participant->delete_topic(topic);
    eprosima::fastdds::dds::DomainParticipantFactory::get_instance()->delete_participant(participant);
    return 0;
}

1. TypeSupport:
   1. 用于注册和管理数据类型
   2. HelloWorldPubSubType 是自动生成的数据类型支持
2. create_topic(name, type_name, qos)：
   1. 创建一个 Topic，参数包括 Topic 名称、数据类型名称和 QoS 配置
   2. 返回一个指向 Topic 的指针
3. delete_topic(topic)：
   1. 删除 Topic，释放资源

Publisher 和 Subscriber

1. Publisher：负责将数据发布到 Topic
2. Subscriber：负责从 Topic 订阅数据

Topic实现：

1. 观察者模式（Observer Pattern）：
   1. Topic 是数据的逻辑分类，发布者（Publisher）和订阅者（Subscriber）通过 Topic 进行解耦
   2. 发布者将数据发布到 Topic，Topic 负责将数据分发给所有订阅了该 Topic 的订阅者
2. 中介者模式（Mediator Pattern）：
   1. Topic 充当发布者和订阅者之间的中介者，负责管理数据的传递
   2. 发布者和订阅者不需要直接交互，而是通过 Topic 进行通信

Publisher实现：

1. Publisher 通过 DomainParticipant 的工厂方法（如 create_publisher）创建
2. 代理模式（Proxy Pattern）：
   1. Publisher 是数据发布的代理，负责将数据写入 DDS 中间件
   2. 实际的网络通信和数据传输由 DDS 中间件处理，Publisher 只是一个接口
3. Publisher 内部维护了一个或多个 DataWriter，用于将数据写入 Topic

DataWriter

DataWriter是publisher一部分，负责将数据写入topic

1. 数据写入：将应用程序生成的数据发布到 DDS 中间件
2. QoS 管理：根据配置的 QoS 策略（如可靠性、持久性等）处理数据
3. 生命周期管理：管理数据的生命周期，例如数据的创建、更新和删除

ROS2的DDS

DDS抽象：

1. 节点：
   1. ROS 2 引入了 Node 的概念，封装了 DDS 中的 DomainParticipant
   2. 只需要创建和管理 Node，而不需要直接操作 DomainParticipant
2. Publisher和Subscriber
   1. ROS 2 的 Publisher 和 Subscriber 是对 DDS 中 DataWriter 和 DataReader 的封装
   2. 只需要指定 Topic 名称和数据类型，ROS 2 会自动处理底层的 DDS 对象
3. 消息Message
   1. ROS 2 使用 消息 作为数据传输的基本单位，消息类型通过 .msg 文件定义
4. 统一的API
   1. ROS 2 通过 RMW（ROS Middleware Interface） 抽象了底层 DDS 实现的差异
   2. 每种 DDS 实现（如 Fast DDS、Cyclone DDS）都有一个对应的 RMW 实现
   3. 通过环境变量选择使用的 DDS 实现