1.5 ROS架构

到目前为止，我们已经安装了ROS，运行了ROS中内置的小乌龟案例，并且也编写了ROS小程序，对ROS也有了一个大概的认知，当然这个认知可能还是比较模糊并不清晰的，接下来，我们要从宏观上来介绍一下ROS的架构设计。

立足不同的角度，对ROS架构的描述也是不同的，一般我们可以从设计者、维护者、系统结构与自身结构4个角度来描述ROS结构:

1.设计者

ROS设计者将ROS表述为“ROS = Plumbing + Tools + Capabilities + Ecosystem”

• Plumbing: 通讯机制(实现ROS不同节点之间的交互)

• Tools :工具软件包(ROS中的开发和调试工具)

• Capabilities :机器人高层技能(ROS中某些功能的集合，比如:导航)

• Ecosystem:机器人生态系统(跨地域、跨软件与硬件的ROS联盟)

2.维护者

立足维护者的角度: ROS 架构可划分为两大部分

• main：核心部分，主要由Willow Garage 和一些开发者设计、提供以及维护。它提供了一些分布式计算的基本工具，以及整个ROS的核心部分的程序编写。

• universe：全球范围的代码，有不同国家的ROS社区组织开发和维护。一种是库的代码，如OpenCV、PCL等；库的上一层是从功能角度提供的代码，如人脸识别，他们调用下层的库；最上层的代码是应用级的代码，让机器人完成某一确定的功能。

3.系统架构

立足系统架构: ROS 可以划分为三层

• OS 层，也即经典意义的操作系统

  ROS 只是元操作系统，需要依托真正意义的操作系统，目前兼容性最好的是 Linux 的 Ubuntu，Mac、Windows 也支持 ROS 的较新版本

• 中间层

  是 ROS 封装的关于机器人开发的中间件，比如:

  • 基于 TCP/UDP 继续封装的 TCPROS/UDPROS 通信系统

  • 用于进程间通信 Nodelet，为数据的实时性传输提供支持

  • 另外，还提供了大量的机器人开发实现库，如：数据类型定义、坐标变换、运动控制....

• 应用层

  功能包，以及功能包内的节点，比如: master、turtlesim的控制与运动节点...

4.自身结构

就 ROS 自身实现而言: 也可以划分为三层

• 文件系统

  ROS文件系统级指的是在硬盘上面查看的ROS源代码的组织形式

• 计算图

  ROS 分布式系统中不同进程需要进行数据交互，计算图可以以点对点的网络形式表现数据交互过程，计算图中的重要概念: 节点(Node)、消息(message)、通信机制_主题(topic)、通信机制_服务(service)

• 开源社区

  ROS的社区级概念是ROS网络上进行代码发布的一种表现形式

  • 发行版（Distribution）　ROS发行版是可以独立安装、带有版本号的一系列综合功能包。ROS发行版像Linux发行版一样发挥类似的作用。这使得ROS软件安装更加容易，而且能够通过一个软件集合维持一致的版本。

  • 软件库（Repository）　ROS依赖于共享开源代码与软件库的网站或主机服务，在这里不同的机构能够发布和分享各自的机器人软件与程序。

  • ROS维基（ROS Wiki）　ROS Wiki是用于记录有关ROS系统信息的主要论坛。任何人都可以注册账户、贡献自己的文件、提供更正或更新、编写教程以及其他行为。网址是http://wiki.ros.org/。

  • Bug提交系统（Bug Ticket System）如果你发现问题或者想提出一个新功能，ROS提供这个资源去做这些。

  • 邮件列表（Mailing list）　ROS用户邮件列表是关于ROS的主要交流渠道，能够像论坛一样交流从ROS软件更新到ROS软件使用中的各种疑问或信息。网址是http://lists.ros.org/。

  • ROS问答（ROS Answer）用户可以使用这个资源去提问题。网址是https://answers.ros.org/questions/。

  • 博客（Blog）你可以看到定期更新、照片和新闻。网址是https://www.ros.org/news/，不过博客系统已经退休，ROS社区取而代之，网址是https://discourse.ros.org/。

现在处于学习的初级阶段，只是运行了ROS的内置案例，编写了简单的ROS实现，因此，受限于当前进度，不会详细介绍所有设计架构中的所有模块，当前只介绍文件系统与计算图，下一章会介绍 ROS 的通信机制，这也是ROS的核心实现之一。