【ros/ros2】ros1和ros2的区别-要点记录

news2024/12/29 14:02:14

dds = data distribution service，数据分发服务

rcl = ros client libraries，ros客户端库文件

rmw = ros middle ware interface，ros中间件接口

lcn = life cycle node，生命周期节点，受控节点

lmn = lifecycle management node，生命周期管理节点，控制节点

qos = quality of service，服务质量

idl = interface definition language，接口定义语言

1. 操作系统

ros1：只能运行在linux
ros2：可以运行在linux/windows/macos甚至嵌入式实时操作系统

2. 系统架构

系统架构可以分为三层：系统层、中间层、应用层
主要区别体现在中间层：

（1）DDS = DDS实现层
DDS实现层，由各个厂商提供相应的DDS软件产品；
该层的目的是为了让用户可以根据自己实际需求选择不同厂商

（2）RMW = 抽象的DDS层
中间接口层，由C语言实现，直接和DDS交互，并向ros2 client层提供API接口；
该层的目的是让用户程序可以在不同供厂商的DDS之间进行无感移植

（3）RCL = ROS2 Client层
该层包含ROS2核心概念如Node、Action等的具体实现，以及不同编程语言如C++、Python和Java等API接口：rclcpp/rclpy/rcljava；
包含RCL库和不同的编程语言API，RCL库是一致的由C语言实现，编程语言API接口是独立的，从而保证了不同编程语言下程序运行的一致性

3. 通信模型

3.1 ros1

有master节点：在ROS1中，需要开启中央节点管理器Master，统一管理所有节点。如果Master节点出现故障，将严重影响ROS系统功能
支持TCP和UDP通信，默认采用TCP。UDP适合网络不可靠的无线网络

3.2 ros2

取消了master节点
基于DDS分布式架构进行通信

4. 构建系统

4.1 ros1

ros1采用catkin进行编译。catkin是cmake的进一步封装和拓展；catkin_make是cmake和make命令的包装
ros1编译后生成build/devel文件夹

4.2 ros2

ros2采用colcon进行编译，支持不同的构建系统如catkin和ament等
ros2编译后生成build/install/log文件夹

5. 节点发现

5.1 ros1

不同节点在master注册后，通过master拿到其他节点并建立通信进行数据收发

5.2 ros2

通过DDS实现不同节点的相互发现，当一个节点启动后，它会向其他拥有相同ROS域名的节点进行广播，其他节点在收到广播后返回自己的相关信息来建立通信，节点会定时广播它的信息，在下线前它也会广播其他节点自己要下线了，只会和具有相兼容的QoS设置的节点进行通信

6. 进程节点数

ros1中节点和可执行文件紧密相关，一个可执行文件只能存在一个ros1节点；而ros2中同一可执行文件可以存在多个ros2节点

7. 生命周期节点

为了解决ros1中节点启动顺序无法控制的问题，ros2引入了生命周期节点的概念；
ros2提供了两种节点类型：
（1） Node：和ros1中一样的节点基类
（2） LifecycleNode：可管理状态的节点基类
声明周期节点有4个基础状态和6个切换状态，不同状态之间转换关系如下

不同状态之间的转换需要调用对应的回调函数如OnConfigure()等来实现，这些函数在对节点进行LCN改写时需要重新实现，即将不同功能划分到不同函数进行控制
LMN和LCN之间通过service模式进行通信，LMN作为client，LCN作为server，LMN发起service request给LCN请求LCN状态转移操作
节点运行时ros2会为每个节点配置默认的service，LCN会有特殊的service配置如
change_state、get_state等
命令行进行节点状态切换：

8. 节点launch启动

ros1使用xml编写launch启动文件，roslaunch package_name launch_file.launch
ros2默认使用python编写launch启动文件，也可以使用xml进行编写

9. 服务service动作action和参数parameters

9.1 服务

ros1中service是同步的，当客户端向服务器发起请求时，等待响应期间会强行阻塞程序，直到服务器响应/或失败，完全无法获知服务端的处理进度，更不能取消或变更请求
ros2中的service是异步的，一个server可支持多个client，但每次只能响应一个request。client在调用服务请求时会添加一个回调函数，在服务端response时触发，在这期间主线程不会阻塞

9.2 动作

ros1中action机制是运行服务端和客户端异步请求，采用无阻塞的编程方式；
ros2中action是一个上层的沟通机制，action包括三个部分：目标、结果和反馈。由topic和service共同构建

9.2 参数

ros1中的参数由参数服务器处理，而参数服务器本身由master处理;
ros2的参数是由service构建出来，因为ros2中没有master，也就没有参数服务器。ROS2不再有全局参数，每个参数都特定于一个节点，每个节点声明和管理自己的参数，这些参数在节点被杀死时被销毁

10. 服务质量QoS

ros1未考虑不稳定网络情况下的通信可靠性;
ros2通过不同的qos以适应不同的网络情况，可以像TCP一样可靠，也可以像UDP一样尽力而为，进而优化带宽和时延；
如果两个ros2节点的qos设置不兼容，将无法通信

11. 服务质量QoS

ros1中msg、srv和action并没有统一定义为接口；
ros2引入通信接口的概念，接口用来描述不同节点之间交换信息的数据结构，这些数据结构以与编程语言无关的方式进行定义。ros2的通信接口包含topic+msg+srv+action，这些接口都通过对应接口文件进行定义。通过IDL来映射通信接口，IDL可以自动地生成不同目标语言的接口类型的源码

ros2使用json文件格式定义ros消息内容、topic和qos配置
使用同样的json文件，通过统一脚本可实现代码生成并完成qos的设置，不同编程语言可以生成不同的接口文件，完成msg->hpp的转换；另外，相同的json文件使用不同的ros2版本编译生成的接口文件是有区别的，跨版本直接拷贝接口文件使用会报错