《智能網(wǎng)聯(lián)汽車計(jì)算平臺(tái)部署與測(cè)試》 課件 任務(wù)7 中間件ROS安裝

任務(wù)七中間件ROS安裝智能網(wǎng)聯(lián)汽車計(jì)算平臺(tái)部署與測(cè)試某國(guó)產(chǎn)自主品牌汽車試制車間實(shí)習(xí)技師小張順利完成了劉師傅交給的操作系統(tǒng)安裝任務(wù)，接下來(lái)劉師傅將指導(dǎo)小張完成一個(gè)對(duì)于智能網(wǎng)聯(lián)汽車非常重要的一類軟件，也就是中間件的安裝與測(cè)試。那么，為什么需要中間件，中間件？中間件又是如何安裝呢？請(qǐng)隨著小張，帶著這些疑問(wèn)開(kāi)始今天的工作吧。1.什么是中間件ROS？2.ROS怎樣安裝？裝調(diào)技師劉師傅、實(shí)習(xí)技師小張能根據(jù)操作系統(tǒng)手冊(cè)與計(jì)算平臺(tái)技術(shù)手冊(cè)，正確和規(guī)范講解中間件的作用與分類。能根據(jù)操作系統(tǒng)手冊(cè)與計(jì)算平臺(tái)技術(shù)手冊(cè)，規(guī)范完成ROS系統(tǒng)安裝工作。中間件定義與作用中間件認(rèn)知在智能駕駛系統(tǒng)中，中間件（middleware）是介于應(yīng)用軟件和系統(tǒng)軟件之間的一大類軟件。“中間件”這一名字即來(lái)自于其在軟件結(jié)構(gòu)中，相對(duì)于應(yīng)用層（上層）和系統(tǒng)層（底層）之間的位置。中間件定義與作用中間件認(rèn)知是“軟件定義汽車”概念的典型技術(shù)體現(xiàn)連接應(yīng)用軟件的各個(gè)部分或不同的應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)資源共享和功能共享為操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫(kù)等系統(tǒng)軟件提供基礎(chǔ)服務(wù)中間件功能中間件定義與作用中間件認(rèn)知核心思想統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)為不同汽車企業(yè)提供一個(gè)通用的開(kāi)放平臺(tái)分散實(shí)現(xiàn)分散實(shí)現(xiàn)，是指軟件系統(tǒng)層次化、模塊化，并且降低應(yīng)用與平臺(tái)之間的耦合度集中配置指當(dāng)不同模塊來(lái)自不同的軟件供應(yīng)商時(shí)，軟件之間存在復(fù)雜的相互聯(lián)系，為了整合完善系統(tǒng)，需將所有模塊的配置信息以統(tǒng)一的格式集中管理起來(lái)，集中配置后生成系統(tǒng)中間件定義與作用中間件認(rèn)知中間件在開(kāi)發(fā)模式中發(fā)揮的作用：中間件定義與作用中間件認(rèn)知03負(fù)責(zé)各類應(yīng)用軟件模塊之間的通信以及對(duì)系統(tǒng)資源的調(diào)度01實(shí)現(xiàn)模塊化開(kāi)發(fā)，為上層的應(yīng)用軟件提供開(kāi)發(fā)和運(yùn)行所需的環(huán)境，方便開(kāi)發(fā)者快速、高效、靈活地開(kāi)發(fā)和集成自動(dòng)駕駛軟件，降低應(yīng)用層軟件的開(kāi)發(fā)難度02降低測(cè)試要求?？蓪?shí)現(xiàn)單元測(cè)試量減少，單元接口固定，集成測(cè)試有據(jù)可依具體作用中間件定義與作用中間件認(rèn)知跨配置，跨車型，跨平臺(tái)，跨硬件的軟件適配為軟件認(rèn)證提供標(biāo)準(zhǔn)集成已有工具鏈，支持從設(shè)計(jì)到代碼全流程方便行業(yè)軟件互換互通軟件開(kāi)發(fā)聚焦差異化，提高軟件開(kāi)發(fā)效率0504030201優(yōu)勢(shì)主流中間件軟件中間件認(rèn)知AUTOSARROS2CyberRT主流中間件軟件中間件認(rèn)知AUTOSAR全球范圍內(nèi)最著名的中間件方案，全稱為automotiveopensystemarchitecture，即汽車開(kāi)放系統(tǒng)架構(gòu)。AUTOSAR并非特指由某一家軟件公司開(kāi)發(fā)出來(lái)的某款操作系統(tǒng)或中間件產(chǎn)品，而是由全球的主要汽車生產(chǎn)廠商、零部件供應(yīng)商、軟硬件和電子工業(yè)等企業(yè)共同制定的汽車開(kāi)放式系統(tǒng)架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)。各公司基于AUTOSAR標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)出來(lái)各自的中間件軟件產(chǎn)品。傳統(tǒng)平臺(tái)（classicplatform）自適應(yīng)平臺(tái)（adaptiveplatform）AUTOSAR平臺(tái)類型主流中間件軟件中間件認(rèn)知AUTOSAR傳統(tǒng)平臺(tái)的AUTOSAR被稱為

AUTOSARCP。AUTOSARCP主要運(yùn)行在8bit、16bit、32bit的MCU（微控制單元）上。一般應(yīng)用在對(duì)實(shí)時(shí)性和功能安全要求較高、對(duì)算力要求較低的場(chǎng)景中，如對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、制動(dòng)系統(tǒng)等動(dòng)力和底盤(pán)系統(tǒng)智能化控制等。該類中間件無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛。主流中間件軟件中間件認(rèn)知AUTOSAR具有自適應(yīng)平臺(tái)的AUTOSAR被稱為

AUTOSARAPAUTOSARAP主要運(yùn)行在64bit以上的高性能MPU（微處理器單元）/SOC（嵌入式處理器）上，對(duì)應(yīng)自動(dòng)駕駛的高性能電子系統(tǒng)。AUTOSARAP應(yīng)用在對(duì)實(shí)時(shí)性和功能安全有一定要求，對(duì)算力要求更高的場(chǎng)景中，如ADAS、自動(dòng)駕駛，以及在動(dòng)態(tài)部署方面，追求較高自由度的信息娛樂(lè)場(chǎng)景。主流中間件軟件中間件認(rèn)知AUTOSAR兩類平臺(tái)對(duì)比主流中間件軟件中間件認(rèn)知ROS2ROS即機(jī)器人操作系統(tǒng)（robotoperatingsystem），原生的ROS是作為機(jī)器人操作系統(tǒng)被開(kāi)發(fā)的，為了直接滿足無(wú)人駕駛的所有需求，用作自動(dòng)駕駛中間件，在原生ROS系統(tǒng)（被稱為ROS1）進(jìn)一步開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)被稱為ROS2?，F(xiàn)實(shí)中ROS1較多用于學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域。由于ROS1基于TCP/IP通信機(jī)制，這就導(dǎo)致了其具有以下缺陷：實(shí)時(shí)性差嵌入式設(shè)備不友好需要大寬帶的穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)連接主流中間件軟件中間件認(rèn)知ROS2與ROS1的主要區(qū)別：ROS2可以部署在多種操作系統(tǒng)中ROS2的通信機(jī)制不同ROS2穩(wěn)定性更強(qiáng)，對(duì)資源的消耗更低主流中間件軟件中間件認(rèn)知ROS1主要構(gòu)建于Linux系統(tǒng)之上，主要支持Ubuntu。ROS2采用全新的架構(gòu)，底層基于DDS（DataDistributionService）通信機(jī)制，支持實(shí)時(shí)性、嵌入式、分布式、多操作系統(tǒng)，ROS2支持的系統(tǒng)包括Linux、Windows、Mac、RTOS，甚至是單片機(jī)等沒(méi)有操作系統(tǒng)的裸機(jī)。ROS2可以部署在多種操作系統(tǒng)中主流中間件軟件中間件認(rèn)知ROS1的通訊系統(tǒng)基于TCPROS/UDPROS，強(qiáng)依賴于master節(jié)點(diǎn)的處理，需要一個(gè)Master來(lái)處理發(fā)布-訂閱通信中間層。ROS2的通訊系統(tǒng)是基于RTSP（Real-TimePublish-Subscribe）協(xié)議的DDS作為中間層，取消了master，同時(shí)在內(nèi)部提供了DDS的抽象層實(shí)現(xiàn)。DDS（Data-DistributionService)數(shù)據(jù)分布式服務(wù)是一種用于實(shí)時(shí)和嵌入式系統(tǒng)發(fā)布-訂閱式通信的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，DDS不需要像ROS1借助master來(lái)完成兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的通信，這使得系統(tǒng)容錯(cuò)性更強(qiáng)更加容錯(cuò)和更加靈活，且DDS具有極高的可靠性。ROS2的通信機(jī)制不同主流中間件軟件中間件認(rèn)知ROS1運(yùn)行時(shí)要依賴roscore，一旦roscore出現(xiàn)問(wèn)題就會(huì)造成較大的系統(tǒng)故障，另外由于安裝與運(yùn)行體積較大，對(duì)很多低資源系統(tǒng)會(huì)造成負(fù)擔(dān)ROS2基于DDS進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，而DDS基于RTPS的去中心化的通信框架，因此去除了對(duì)roscore的依賴，系統(tǒng)的穩(wěn)定性強(qiáng)，對(duì)資源的消耗也得到了降低。ROS2的硬件運(yùn)行環(huán)境一般為SOC，滿足高等級(jí)自動(dòng)駕駛的需求。ROS2穩(wěn)定性更強(qiáng)，對(duì)資源的消耗更低主流中間件軟件中間件認(rèn)知CyberRTCyberRT又稱CyberRT框架，是我國(guó)自主品牌百度公司為其Apollo（阿波羅）自動(dòng)駕駛平臺(tái)所開(kāi)發(fā)的中間件。CyberRT是一個(gè)開(kāi)源、高性能的運(yùn)行時(shí)框架，專為自動(dòng)駕駛場(chǎng)景而設(shè)計(jì)，針對(duì)自動(dòng)駕駛的高并發(fā)、低延遲、高吞吐量進(jìn)行了大幅優(yōu)化。為了解決ROS1系統(tǒng)中“若ROSMaster出故障了，則任何兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的通信便受到影響”的問(wèn)題，CyberRT用自動(dòng)發(fā)現(xiàn)機(jī)制代替master機(jī)制，這個(gè)通信組網(wǎng)機(jī)制和汽車網(wǎng)絡(luò)CAN相似。此外，CyberRT的核心設(shè)計(jì)將調(diào)度、任務(wù)從內(nèi)核空間搬到了用戶空間。主流中間件軟件中間件認(rèn)知CyberRTCyberRT主要功能：在百度Apollo自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中管理不同的模塊，實(shí)現(xiàn)模塊間的高效通信，是實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS，realtimeoperatingsystem)與自動(dòng)駕駛各個(gè)模塊的中間通信接口。主流中間件軟件中間件認(rèn)知CyberRT突出特點(diǎn)是專為無(wú)人駕駛設(shè)計(jì)的，具體有三方面優(yōu)勢(shì)：目前百度公司已將CyberRT開(kāi)源，國(guó)內(nèi)外很多自動(dòng)駕駛團(tuán)隊(duì)使用CyberRT作為中間件。CyberRT、AUTOSARAP、ROS2在市場(chǎng)上分別有廠商在使用。中間件認(rèn)知報(bào)數(shù)法從任意指派從一名學(xué)生開(kāi)始從1-5依次報(bào)數(shù)報(bào)相同數(shù)目者結(jié)合成一組中間件認(rèn)知一名同學(xué)草稿紙繪制計(jì)算平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)簡(jiǎn)圖。一名同學(xué)查詢中間件軟件參數(shù)。一名同學(xué)負(fù)責(zé)查詢計(jì)算平臺(tái)技術(shù)手冊(cè)與操作系統(tǒng)手冊(cè)。記錄員負(fù)責(zé)填寫(xiě)工作記錄表。中間件認(rèn)知中間件認(rèn)知中間件認(rèn)知明確安裝任務(wù)的工作內(nèi)容。在計(jì)算平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)簡(jiǎn)圖中重點(diǎn)標(biāo)記出中間件。寫(xiě)出中間件的作用。中間件認(rèn)知計(jì)算平臺(tái)實(shí)訓(xùn)臺(tái)架無(wú)草稿紙、筆操作系統(tǒng)手冊(cè)、計(jì)算平臺(tái)技術(shù)手冊(cè)中間件認(rèn)知無(wú)?確認(rèn)當(dāng)前操作系統(tǒng)是否滿足要求ROS安裝方法ROS安裝與卸載方法安裝運(yùn)行安裝程序添加軟件源添加密鑰版本選擇配置Ubuntu軟件源123456ROS安裝方法ROS安裝與卸載方法ROS與Ubuntu系統(tǒng)在版本上有對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此安裝前查閱Ubuntu版本號(hào)，然后在后續(xù)安裝中選擇對(duì)應(yīng)版本的ROS。版本選擇1ROS安裝方法ROS安裝與卸載方法Ubuntu系統(tǒng)可從互聯(lián)網(wǎng)下載并安裝的軟件類別：有版權(quán)或合法性問(wèn)題的軟件（multiverse）由社區(qū)維護(hù)的免費(fèi)且開(kāi)源的軟件（universe）設(shè)備的專用驅(qū)動(dòng)程序（restricted）規(guī)范支持的免費(fèi)開(kāi)源的軟件（main）配置Ubuntu軟件源2ROS安裝方法ROS安裝與卸載方法對(duì)Ubuntu進(jìn)行軟件源方面配置，解除系統(tǒng)對(duì)軟件來(lái)源的限制。具體做法是通過(guò)Ubuntu搜索按鈕搜索并打開(kāi)“軟件和更新”對(duì)話框，或者打開(kāi)“設(shè)置”，點(diǎn)選“軟件和更新”。打開(kāi)后勾選“main”“restricted”“universe”“multiverse”全部四項(xiàng)。配置Ubuntu軟件源2ROS安裝方法ROS安裝與卸載方法添加軟件源步驟又被稱為設(shè)置sources.list。Ubuntu系統(tǒng)中有一個(gè)sources.list文件，是一個(gè)普通可編輯的文本文件，保存了ubuntu軟件更新的源服務(wù)器地址。文件存放目錄是/etc/apt/sources.list。/etc/apt/sources.List.d/.list代表一個(gè)文件名。sources.List.d目錄下的*.list文件用在安裝第三方軟件時(shí)在單獨(dú)文件中寫(xiě)入源的地址。此步驟需要把ROS的軟件源地址添加到該文件夾中以確保安裝的時(shí)候能找到準(zhǔn)確的軟件地址。首先打開(kāi)一個(gè)終端(Ctrl+Alt+T)，然后在終端中敲入如下含有安裝軟件源信息的指令，然后點(diǎn)回車。添加軟件源3ROS安裝方法ROS安裝與卸載方法一般可用的有官方默認(rèn)的安裝源、國(guó)內(nèi)清華大學(xué)的安裝源與中國(guó)科技大學(xué)的安裝源。以下命令行是中國(guó)科技大學(xué)安裝源相關(guān)的指令：

sudosh-c'./etc/lsb-release&&echo"deb/ros/ubuntu/`lsb_release-cs`main">/etc/apt/sources.list.d/ros-latest.list'

可以看到，/ros/ubuntu/網(wǎng)址連接來(lái)自中國(guó)科技大學(xué)（ustc為中國(guó)科技大學(xué)英語(yǔ)縮寫(xiě)）。來(lái)自清華大學(xué)的軟件源命令行如下所示：

sudosh-c'./etc/lsb-release&&echo"deb/ros/ubuntu/`lsb_release-cs`main">/etc/apt/sources.list.d/ros-latest.list'。添加軟件源3ROS安裝方法ROS安裝與卸載方法ROS相對(duì)于Ubuntu而言屬于第三方軟件，因此需要在安裝前輸入密鑰指令。密鑰指令一般為《sudoapt-keyadv--keyserver'hkp://:80'--recv-keyC1CF6E31E6BADE8868B172B4F42ED6FBAB17C654》。添加密鑰4ROS安裝方法ROS安裝與卸載方法更新apt首先需要更新apt，在窗口輸入指令《sudoaptupdate》。apt是用于從互聯(lián)網(wǎng)倉(cāng)庫(kù)搜索、安裝、升級(jí)、卸載軟件或操作系統(tǒng)的工具。安裝5ROS安裝方法ROS安裝與卸載方法選擇安裝方案ROS官方提供給安裝者四個(gè)選項(xiàng)，分別為桌面完整版（desktop-full）、桌面版（desktop）、ROS基礎(chǔ)包（ROS-base）和單獨(dú)安裝。安裝5ROS安裝方法ROS安裝與卸載方法確定安裝方案后，在終端輸入指令。運(yùn)行安裝程序6ROS安裝方法ROS安裝與卸載方法安裝過(guò)程如果系統(tǒng)詢問(wèn)“內(nèi)容為預(yù)估安裝占用空間，是否繼續(xù)”，輸入“Y”，表示同意并繼續(xù)安裝。安裝全程需保持網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)良好，由于網(wǎng)絡(luò)原因?qū)е逻B接超時(shí)可能會(huì)安裝失敗，出現(xiàn)如下界面。需嘗試再次重復(fù)“更新apt”和安裝命令直至成功。注意事項(xiàng)7ROS卸載ROS安裝與卸載方法如果需要卸載ROS，以ROSMelodicMorenia版本為例，在終端輸入指令sudoaptremoveros-melodic-*ROS安裝與卸載方法?一名同學(xué)負(fù)責(zé)ROS系統(tǒng)安裝。一名同學(xué)負(fù)責(zé)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)查詢安裝過(guò)程中遇到的問(wèn)題。?記錄員負(fù)責(zé)填寫(xiě)工作記錄表。ROS安裝與卸載方法ROS安裝與卸載方法ROS安裝與卸載方法選擇正確的版本進(jìn)行ROS安裝。安裝全程保持網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)良好。ROS安裝與卸載方法計(jì)算平臺(tái)實(shí)訓(xùn)臺(tái)架無(wú)筆、計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)手冊(cè)、計(jì)算平臺(tái)技術(shù)手冊(cè)ROS安裝與卸載方法無(wú)?

仔細(xì)確認(rèn)指令輸入是否正確不要選擇錯(cuò)誤ROS版本是否能夠正確找到中間件版本是否能夠說(shuō)明各安裝方案的不同內(nèi)容是否能夠準(zhǔn)確