ROS可以说是?前机器?相关开源社区最流?的项?之?，它是?个易?且完备的机器?开发框架、?态乃?社区，海量的机器?开源项?（涵盖感知、规划、控制、定位、SLAM和建图、可视化等?乎所有机器?领域）均使?ROS作为基础。

以?动驾驶汽?为代表的新的机器?应?场景对于中间层和开发框架在实时性、可靠性、伸缩性、跨平台可移植等??提出了?量新的需求，ROS 显然不能满?这些需求，ROS2因此产?，在经历了若?年的迭代后，ROS2项??前已经相对完备和稳定，对于我们开发者??，是时候拥抱ROS2了。

1.为什么转向ROS

ROS?2007年发布以来，为机器?社区提供了?套相对完善的中间层、?具、软件乃?通?的接?和标准，可以说，凭借ROS，机器??业领域的开发者能够快速开发系统原型并做测试和验证。?动驾驶本质上是机器?研究的?个应?领域，在产品原型快速开发的过程中也通常会采?ROS。

如果说ROS1为科研和原型开发提供了很好的?态的话，那么ROS2就是?于实际产品的部署环境的开发架构和相应?具链。

2. ROS1的天然缺陷

ROS1项?的初衷是为了给科研机器?Willow Garage PR2提供?个开发环境和相应的?具，为了让这套软件在更多的机器?上运?，ROS为机器?开发构建了应?层的抽象和通?的消息接?，最终在机器?社区中?为使?并发展为?前最流?的机器?软件?态体系之?。然?，ROS1研发的初衷就注定了该架构存在以下缺陷：

• ?实时性（real-time）
• 嵌?式设备不友好
• 对于?络通信的重依赖（需要?带宽且稳定的?络连接）
• 多?于学术应?
• 超?的灵活性带来的不规范的编程模式
• 原?的ROS仅?持单机器?

然?如今ROS已在?量?业领域的应?，包括科研机器?、?业机器?、轮式机器?、?动驾驶汽?乃?航天??驾驶设备，其原来的功能设计已经不能满?海量应?对于某些性能（如实时性、安全性、嵌?式移植等）的需求，ROS2即在这样的背景下被设计和开发。

3. ROS2相较于ROS1的提升和改进

相较于ROS1，ROS2在设计之初就考虑了在产品环境下?临的?些挑战，具体来说，ROS2采?（或者计划采?）以下策略以提升其在产品环境的适?度：

• ?持多机器?
• 对?型嵌?式设备和微控制器的?持
• 实时系统：?持实时控制，包括进程间和机器间通信的实时性
• ?持?理想?络环境：在低质量?延迟等?络环境下系统仍然能够?作
• 对产品环境的?持的能力
• 规范的编程模型以?持基于ROS的?规模?的构建、开发和部署

4. ROS2中的DDS中间层

ROS1的核?是?个基于master中?节点的匿名发布-订阅通信中间层，相?之下，ROS2采?基于RTSP(Real-Time Publish-Subscribe)协议的DDS作为中间层，DDS(Data-Distribution Service)是?种?于实时和嵌?式系统发布-订阅式通信的?业标准，这种点到点的通信模式类似于ROS1的中间层，但是DDS不需要像ROS1那样借由master节点来完成两个节点间通信，这使得系统更加容错和灵活，DDS 被?泛应?于关键系统中，包括战舰、?型基础设施（如?电站）、?融系统、空间系统、航空系统等场景，这些?例也证实了DDS的可靠性。

多个?商提供多种DDS实现，?般来说DDS的底层通信机制基于UDP协议或者共享内存机制（当然也有 ?商提供基于TCP的DDS实现），?ROS2?持多种DDS实现，??可以根据实际情况选择DDS中间层， ?前来说ROS2 Foxy完整?持以下DDS中间层：

• eProsima的Fast RTPS（当前ROS2版本默认的DDS实现）
• RTI的Connext DDS
• Eclipse Cyclone DDS

了解更多DDS相关背景，可以参考这篇?章：

https://design.ros2.org/articles/ros_on_dds.html

ROS2的内部架构：

ROS2的内部接?主要包括两个层：

• rmw (ros middleware interface): 相对底层的接?层，直接和DDS交互，C语?实现
• rcl (ros cliend libraries): 对rmw相对?层的抽象，c/c++实现

此外上图中还有?个ros_to_dds组件，该组件主要为??直接访问DDS层提供接?。

更多关于rmw和rcl等中间层的实现机制以及ROS msg，DSS idl?件和python、c++和C上的类（或者结 构体）的转换可以参考ROS2官??档：

https://docs.ros.org/en/foxy/Concepts/About-Internal-Interfaces.html

5. ROS2中的QoS策略

ROS2中引?了Quality of Service, QoS(服务质量)的策略?于配置节点间通信，进?提升了ROS2适应于不同应?场景的灵活性。ROS1只?持基于TCP的通信，通过配置QoS，ROS2可以表现出TCP的可靠性，也可以表现出UDP那样的?实时性。??可以通过选择不同的QoS配置?件以实现不同的通信表现，QoS配置?件为策略的集合，ROS2提供了预设的QoS配置?件，如下所?：

• 发布-订阅机制的QoS设定
• 服务 (Service) 的QoS设定
• 传感器数据的QoS设定
• 参数的QoS设定
• DDS中间层默认的QoS设定

6. ROS2的安装和开发环境准备

ROS2?前?乎每半年会release?个版本，不同的版本会有对应的代号（类似与ROS1中的Kinetic, Melodic和Noetic等版本代号），以下是ROS2的?些历史版本：

• Crystal: 2018年12?
• Dashing: 2019年5?底
• Eloquent: 2019年11?
• Foxy: 2020年6?
• Galactic: 2021年5?

我们以最新的Galactic为例，ROS2是跨平台的架构，同时?持Linux, MacOS和Windows，但是依据我们在ROS1上开发的经验，我依然推荐?家在Linux的Ubuntu发?版上从事相应的ROS2 Application开发?作。在Ubuntu上，安装ROS2可以通过binary安装或者源代码编译安装，在Ubuntu上，最简单的安装?式是通过Debian packages安装（也就是apt安装），我们以此为例，在Ubuntu 20.04上使?apt 安装ROS2的Galactic版本。

7. ROS2在Ubuntu下的安装

在你的Ubuntu 20.04系统中，配置ROS2的apt源：

sudo apt update && sudo apt install curl gnupg lsb-release
sudo curl -sSL https://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/ros.key -o /usr/s
echo "deb [arch=$(dpkg --print-architecture) signed-by=/usr/share/keyrings/ros-archive-k

更新apt索引：

sudo apt update

使?apt安装完整的ROS2：

sudo apt install ros-galactic-desktop

安装完成后，在~/.bashrc?件中添加ros2的环境变量:

echo "source /opt/ros/galactic/setup.bash" >> ~/.bashrc

简单地验证?下安装情况，新建?个terminal，运?demo的talker：

ros2 run demo_nodes_cpp talker

在另?个terminal中，运?listener：

ros2 run demo_nodes_py listener

可以看到，?个类似于ROS1的Publisher-Subscriber通信demo就运?起来了：

不难发现，ROS2并不需要像ROS1那样启动roscore（即master节点），ROS2这种去中?化的策略能让其适应更多?业应?和产品级应?场景的需求。

NOTE:ROS1和ROS2可以并存于同?台电脑,你只需要source不同的setup.bash即可完成环境的选择。

8. ROS2的基本工具和命令

和ROS1?样，ROS2也提供了?量的开发调试?具，如Rviz, Rqt等?具均已经可以在ROS2中使?，运行rqt，可以看到我们刚刚运?的两个demo节点：

运? rviz2 可以启动ROS2环境下的rviz软件。

同时，ROS2也提供类似于ROS1的命令?指令，指令和ROS1略有区别：

• ros2 node : 输出node相关信息
• ros2 topic : topic相关指令，包括list，hz，echo等
• ros2 service ：service相关指令，如list，call，type等
• ros2 bag : rosbag相关指令， 录包，播包，打印数据包信息等
• ros2 bag ：package相关指令
• ros2 param: 参数相关
• ros2 launch：运?launch?件
• ros2 run：运?单个节点

完整的ros2命令如下所?：

绝?多数指令基本是将ros1中的rosxxxx拆分成了ros2 xxxx。