carla-ros跨机通信（ros、carla_ros_bridge安装，开发板通信）

carla-ros通信

一、ros、carla_ros_bridge安装

1.ros安装步骤

ros的版本选择要与ubnutu系统版本对应，建议使用ros2（通信更便捷）
ROS与操作系统版本对应关系：ROS与操作系统版本对应关系_ros版本与ubuntu对应版本_万俟淋曦的博客-CSDN博客

(1)配置系统软件源

打开“软件和更新”，进入到“Ubuntu软件“页面，允许universe、restricted、multiverse三项，即勾选这三项，如下图所示。

(2)添加秘钥
打开终端，输入以下指令添加秘钥：

sudo apt install curl gnupg2 -y
curl -s https://gitee.com/ohhuo/rosdistro/raw/master/ros.asc | sudo apt-key add -
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(3)设置软件源
输入以下指令将存储库添加到源列表：

sudo sh -c 'echo "deb [arch=$(dpkg --print-architecture)] http://packages.ros.org/ros2/ubuntu $(lsb_release -cs) main" > /etc/apt/sources.list.d/ros2-latest.list'
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(4)安装ros

sudo apt update
sudo apt install ros-foxy-desktop 
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注：此处安装的是foxy版本，安装其他版本需将版本号替换
(5)安装自动补全工具

sudo apt install python3-argcomplete -y
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(6)设置环境变量

echo "source /opt/ros/foxy/setup.bash" >> ~/.bashrc
source .bashrc
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(7)查看已安装ros版本

printenv | grep -i ROS
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(8)测试运行
ros2安装好后可以运行官方demo来验证是否完成安装：打开两个终端，分别执行两条指令，第一条用于发布话题消息，第二条用于订阅话题消息。

ros2 run demo_nodes_cpp talker
ros2 run demo_nodes_cpp listener
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2、carla_ros_bridge安装步骤

Carla_ros_bridge版本选择要与carla的版本相对应，carla-simulator/ros-bridge: ROS bridge for CARLA Simulator (github.com)
(1)下载对应版本的carla_ros_bridge源码（一定要注意版本）

(2)解压安装包

mkdir  -p  ~/carla-ros-bridge/project/src
//将解压后的文件夹ros-bridge复制到~/carla-ros-bridge/project/src目录下
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(3)安装依赖

cd  ~/carla-ros-bridge/project
Rosdepc init
Rosdepc update
rosdepc install --from-paths src --ignore-src -r 
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rosdepc安装：rosdepc是rosdep的国内版，一般rosdep会遇到网络连接问题，建议使用rosdepc
安装命令：wget http://fishros.com/install -O fishros && . fishros
运行后在终端选择4安装即可
(4)编译

cd  ~/carla-ros-bridge/project
colcon build
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编译完后会生成build、install、log文件夹
注：编译过程可能会出现依赖缺失的问题，需要手动下载

二、carla-ros跨机通信

1、pc端ros与x3板端ros通信

ROS1想要实现跨机通信，需要配置单Master或者多Master网络环境，过于麻烦；ROS2只要保证多台机器处于同一个局域网就可以实现通信，但是仍需要注意一些细节设置。
X3板端安装的是地平线官方提供的togetheRos.Bot，本质上是ros2-foxy的简化版本，但不支持ros2的显示功能（rviz、pcl等）。
(1)pc与x3板处于同一个局域网
如果使用的是vm虚拟机或vritual box虚拟机，需要将网络连接方式设置为桥接模式，NAT模式无法通信。

让pc和x3板连接同一无线网，查看网络ip在同一网段，测试是否可以双向ping通，如果只能pc端ping通x3板端，需要关闭pc防火墙设置。

(2)测试通信

pc端终端输入：ros2 run examples_rclcpp_minimal_subscriber subscriber_member_function
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X3终端输入：source /opt/tros/setup.bash
ros2 run examples_rclcpp_minimal_publisher publisher_member_function
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上述两条指令也可以替换，实现互相发布订阅：

出现上图结果就表明可以进行ros的跨机通信。

2、pc端carla与pa端ros通信（以深蓝学院控制算法pid为例）

深蓝学院提供了实现ros-carla控制算法的开源代码（c++、carla0.9.13）：gxf1002/ShenLanAcademy-PlanningControl: 纵向控制：PID ;横向控制：Stanely \ LQR \ MPC (github.com)
(1)下载解压编译功能包
在上面的网站下载功能包并解压，以解压后的carla-ros-bridge目录为工作空间，在此目录下colcon build编译。

(2)运行算法
第一步：启动carla
在carla安装目录下，运行./CarlaUE4.sh

第二步：配置环境变量

export PYTHONPATH=$PYTHONPATH:<path-to-carla>/PythonAPI/carla/dist/carla-<carla_version_and_arch>.egg
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是carla安装路径。

carla-<carla_version_and_arch>.egg选择对应的版本和架构。

第三步：在终端中添加功能包路径
cd到工作空间carla-ros-bridge，在终端输入source /install/laocl_setup.sh

第四步：launch启动carla-ros桥控制界面（以pid算法为例）

ros2 launch carla_shenlan_bridge_ego_vis carla_bridge_ego_vehilce.launch.py
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出现以下画面即表示carla和ros可以进行通信：

第五步：运行控制算法节点
在工作空间carla-ros-bridge下打开一个新终端输入：

source /install/laocl_setup.sh
ros2 run carla_shenlan_pid_controller carla_shenlan_pid_controller_node
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运行节点后就可以看到车辆运行，pid控制算法调节车辆纵向速度，在终端中输出实时速度、速度误差、角度误差等信息。

3、x3板端ros跨机与pc端carla通信

上面两种通信方式的实现，为跨机通信提供了可能性，当启动carla-ros桥控制界面，x3板端和pc端ros能接受和订阅的话题内容是相同的，因此在x3板端发布车辆控制信息给vehicle_control_cmd话题，在pc端就可以订阅vehicle_control_cmd话题话题中的信息，通过这种方法来实现跨机通信。
第一步：在pc端启动carla（同上）
第二步：在pc端启动carla-ros桥控制界面（同上）
第三步：在x3板端运行控制算法节点（同上）
使用ros2 topic list查看X3板端接收话题，运行节点：

跨机通信时间：统计pid算法中发布一次信息到话题vehicle_control_cmd上的时间

可以看到发布一次信息到话题vehicle_control_cmd上的时间可以忽略不计，表明跨机通信方式不会影响程序运行效率。

三、功能包、消息类型

1、carla_ros_bridge

carla_ros_bridge是carla官方提供的carla和ros通信工具，ros1和ros2都适用。本质上是一个由多个功能包组成的ros工作空间，包含了所有基础的功能包以及实现自己算法的功能包。
对基础功能包的解释参考官网：

以深蓝学院pid控制算法为例：

其中carla_shenlan_project_1就是开发者自己添加的功能包，包括实现控制算法的.cpp文件和头文件等，如果实现其他算法，则需要修改替换.cpp文件和头文件。

2、carla消息类型（通信接口）

消息是ros中的一种接口定义方式，carla官方定义了有关carla仿真的消息类型msgs（carla_msga文件夹）。
比如车自车车辆控制CarlaEgoVehicleControl.msg，定义了消息中包含信息的名称和数据类型（int32、float32、bool等），向话题发布和订阅的信息要和话题定义的消息类型中的信息相同，详细内容参考官网：CARLA messages reference - CARLA Simulator

四、ros通信相关内容

1、节点

节点的职责就是执行某些具体的任务，从计算机操作系统的角度来看，也叫做进程；每个节点都是一个可以独立运行的可执行文件，比如执行某一个python程序，或者执行C++编译生成的结果，都算是运行了一个节点；节点功能各不相同，根据系统设计的不同，可能位于计算机A，也可能位于计算机B，还有可能运行在云端，这叫做分布式，也就是可以分布在不同的硬件载体上；每一个节点都需要有唯一的命名，当我们想要去找到某一个节点的时候，或者想要查询某一个节点的状态时，可以通过节点的名称来做查询。

2、话题

话题是节点间传递数据的桥梁。
(1)发布订阅模式
话题数据传输的特性是从一个节点到另外一个节点，发送数据的对象称之为发布者，接收数据的对象称之为订阅者，每一个话题都需要有一个名字，传输的数据也需要有固定的数据类型。支持多对多通信。

(2)异步通信
所谓异步，只要是指发布者发出数据后，并不知道订阅者什么时候可以收到，异步的特性也让话题更适合用于一些周期发布的数据，比如传感器的数据，运动控制的指令等等，如果某些逻辑性较强的指令，比如修改某一个参数，用话题传输就不太合适了。
(3)消息接口
在ROS中，话题通信数据的描述格式称之为消息，对应编程语言中数据结构的概念。比如这里的一个图像数据，就会包含图像的长宽像素值、每个像素的RGB等等，在ROS中都有标准定义。
消息是ROS中的一种接口定义方式，与编程语言无关，我们也可以通过.msg后缀的文件自行定义，有了这样的接口，各种节点就像积木块一样，通过各种各样的接口进行拼接，组成复杂的系统。

3、服务

服务是一种你问我答的同步通信效果。
从服务的实现机制上来看，这种你问我答的形式叫做客户端/服务器模型，简称为CS模型，客户端在需要某些数据的时候，针对某个具体的服务，发送请求信息，服务器端收到请求之后，就会进行处理并反馈应答信息。