ROS基础
1.ROS架构
按照ROS的架构可以分为以下3个层次：
（1）os层：ROS并不是一个传统意义上的操作系统，无法像Windows、Linux一样直接运行在计算机硬件之上，而是需要依托于Linux系统。
（2）中间层：ROS在中间层做了大量工作，其中最为重要的就是基于TCPROS/UDPROS的通信系统。ROS的通信系统基于TCP/UDP网络，在此之上进行了再次封装，也就是TCPROS/UDPROS。通信系统使用发布/订阅、客户端/服务器等模型，实现多种通信机制的数据传输。
（3）应用层：开发属于我们自己的程序，结合ROS底层通信，最终实现我们想要的功能，这也是我们绝大部分开发者所接触到的层级。
2.计算图
ROS系统软件的功能模块以节点为单位独立运行，可以分布于多个相同或不同的主机中，在系统运行时通过端对端的拓扑结构进行连接，从而构建一幅计算图。
2.1 节点
节点（Node）就是一些执行运算任务的进程，一个系统一般由多个节点组成，也可以称为“软件模块”，是我们使用最多的一种方式：
（1） 执行具体任务的进程、独立运行的可执行文件。
（2）不同节点可使用不同的编程语言，可分布式运行在不同的主机。
（3）节点在系统中的名称必须唯一。
2.2 节点管理器（ROS-Master）
ROS Master通过远程过程调用（RPC）提供登记列表和对其他计算图表的查找功能，帮助ROS节点之间相互查找、建立连接，同时还为系统提供参数服务器，管理全局参数。若没有节点管理器，节点将无法找到彼此，整个系统将会瘫痪。在实际使用中若没有启动节点管理器，任何节点都无法启动。
（1）为节点提供命名和注册服务。
（2）跟踪和记录话题/服务通信，辅助节点相互查找、建立连接。
（3）提供参数服务器，节点使用此服务器存储和检索运行时的参数。
2.3 消息
程序就是由数据和算法构成的，在ROS中，我们将数据称为消息，由节点处理消息，并进行发送或接收，最终实现我们想要的功能。每一个消息都是一种严格的数据结构，支持标准数据类型（整型、浮点型、布尔型等），也支持嵌套结构和数组（类似于C语言的结构体struct），还可以根据需求由开发者自主定义。
3.通信机制
在ROS架构的中间层说明了其底层通信方式，但底层通信方式对我们开发者来说就是一个黑箱，我们不关注其实现原理与过程，仅仅使用其提供的功能。在实际应用中，使用以下几种通信机制建立属于自己的计算图：
3.1 话题通信（异步通信方式）
话题通信是最常用的一种通信方式，它是节点间用来传输数据的重要总线，使用发布/订阅模型，数据由发布者传输到订阅者，同一个话题的订阅者或发布者可以不唯一。以两节点（一个发布者，一个订阅者）为例，建立连接过程如下：
（1）发布者注册，在启动发布者节点时自动完成这一过程。
（2）订阅者注册，在启动订阅者节点时自动完成这一过程。
（3）ROS Master信息匹配，基于话题找到信息对应的两个节点。
（4）订阅者发送连接请求。
（5）发布者确认连接请求。
（6）订阅者与发布者建立网络连接。
（7）发布者开始向订阅者发送数据。
tips：话题通信所传输的数据由与编程语言无关的.msg文件定义，编译过程中自动生成相应代码。
3.2 服务通信机制（同步通信方式）
服务是一种带有应答的通信机制，使用客户端/服务器（C/S）模型，客户端发送请求数据，服务器完成处理后返回应答数据。建立连接过程如下：
（1）客户端注册。
（2）服务器注册。
（3）ROS Master信息匹配。
（4）客户端与服务器建立网络连接。
（5）客户端向服务器发布应答数据。
tips：话题通信所传输的数据由与编程语言无关的.srv文件定义，编译过程中自动生成相应代码。
3.3 话题与服务通信机制的区别
4.文件系统
ROS将所有文件按照一定的规则进行组织，不同功能的文件被放置在不同的文件夹下，文件系统主要分为以下几个层级：
功能包典型结构如下图所示：
（1）action：放置功能包自定义的动作指令。
（2）config：放置功能包中的配置文件，由用户创建，文件名可以不同。
（3）include：放置功能包中需要用到的头文件。
（4）launch：放置功能包中的所有启动文件。
（5）msg：放置功能包自定义的消息类型。
（6）scripts：放置可以直接运行的Python脚本。
（7）src：放置需要编译的C++代码。
（8）srv：放置功能包自定义的服务类型。
（9）CMakeLists.txt：编译器编译功能包的规则。
（10）package.xml：功能包清单，记录功能包的基本信息，包含作者信息、许可信息、依赖选项、编译标志等。
5.结语
该篇博文主要介绍了ROS系统的基础知识，是以后实操ROS的基础，ROS系列知识是我开的第一个坑，未来会陆续介绍ROS实操的知识，如果喜欢请点赞+收藏+关注！！！