rosserial_arduino学习笔记14《NodeHandle和ArduinoHardware的高级配置》

rosserial_arduino软件包对于用户是为了work out-of-box ，但用户可能需要更改ros.h和ArduinoHardware.h以更好地适应他们的需要。在本教程中，我们将更改两个文件以演示一些高级设置。

1 条件

1.1 硬件

Arduino Mega
FTDI分线板或类似的UART到USB转换器
两个设备的USB电缆
一些跳线连接两个设备

1.2 目标

1.2 发布者/订阅者数量和输入/输出缓冲区

Arduino Mega有8 kB的SRAM，远远超过大多数其他Arduino板（Uno有2 kB，Leonardo有2.5 kB）。这使我们能够拥有更多的发布者/订阅者并使用更大的消息。虽然我们可能永远不需要为Arduino Mega change those numbers，因为默认值足够大，但对于SRAM有限的小型主板，我们需要减少内存使用量。为了演示如何操作，我们将发布者/订阅者的数量从25/25减少到10/15，输入/输出缓冲区大小减少512/512字节到128/256字节。

1.2.2 更改串行端口

Arduino Mega总共有4个串口：

对象名称	RX Pin	TX Pin
Serial	0	1
SERIAL1	19	18
Serial2	17	16
Serial3	15	14

通常，我们使用Serial与Arduino Mega进行通信，Serial连接到UART到USB桥接器，并显示为我们在计算机上看到的端口。但是对于本教程，我们将使用Serial1。由于Serial1无法直接与计算机通信，因此我们使用UART转USB桥（FTDI分线板）。

1.2.3 改变Baudate

默认情况下，rosserial使用57600作为通信的波特率。这个速率不是Arduino可以达到的最大速率，当有大量信息需要发送回ROS时，波特率可能成为瓶颈。

工作在16 Mhz的Arduino Mega可以通过高达每秒2M位（bps）的波特率进行通信，其他板（如Teensy 3.2）可以达到4.6 Mbps。Arduino串行库的低效率很快成为高波特率的瓶颈，我们无法真正受益于增加的波特率。（更多相关信息点击这里）

在本教程中，我们将波特率从57.6 Kbps更改为500 Kbps。

2 程序

我们将为此示例提供3个源文件。main sketch，ros.h和ArduinoHardware.h。因为我们的许多变化都在幕后并且不影响我们如何使用rosserial，所以使用hello world sketch能够进行最少的修改。原始的ros.h和ArduinoHardware.h可以在rosocrial_arduino包的src / ros_lib /中找到，也可以在Arduino库中生成的ros_lib中找到。您可以直接修改它们以达到相同的效果，但建议将它们添加到sketch文件夹中，以便每个sketch进行更改并持续重新生成ros_lib。

2.1 Main Sketch

我们将首先创建一个新草图并将以下代码复制到它：

/*
 * rosserial Publisher Example
 * Prints "hello world!"
 */

#include "ros.h" 
#include <std_msgs/String.h>

ros::NodeHandle nh;

std_msgs::String str_msg;
ros::Publisher chatter("chatter", &str_msg);

char hello[13] = "hello world!";

void setup()
{
  nh.initNode();
  nh.advertise(chatter);
}

void loop()
{
  str_msg.data = hello;
  chatter.publish( &str_msg );
  nh.spinOnce();
  delay(1000);
}

2.2 ros.h

ros.h是对NodeHandle定义，我们将通过单击Serial Monitor下面的向下箭头图标在Arduino中创建一个新选项卡，将其命名为ros.h，并将以下内容复制到它：

#ifndef _ROS_H_
#define _ROS_H_

#include "ros/node_handle.h"
#include "ArduinoHardware.h"

namespace ros
{
  // default is 25, 25, 512, 512  
  typedef NodeHandle_<ArduinoHardware, 10, 15, 128, 256> NodeHandle;

  // This is legal too and will use the default 25, 25, 512, 512
  //typedef NodeHandle_<ArduinoHardware> NodeHandle;
}

#endif

2.3 ArduinoHardware.h

ArduinoHardware.h，是Arduino平台的硬件定义，与ros.h类似，我们将创建一个名为ArduinoHardware.h的新选项卡，并将以下代码复制到其中：

#ifndef ROS_ARDUINO_HARDWARE_H_
#define ROS_ARDUINO_HARDWARE_H_

#if ARDUINO>=100
  #include <Arduino.h>
#else
  #include <WProgram.h>
#endif

#include <HardwareSerial.h>
#define SERIAL_CLASS HardwareSerial

class ArduinoHardware
{
  public:
    ArduinoHardware()
    {
      iostream = &Serial1;
      baud_ = 500000;
    }
  
    void setBaud(long baud)
    {
      this->baud_= baud;
    }
  
    int getBaud()
    {
      return baud_;
    }

    void init()
    {
      iostream->begin(baud_);
    }

    int read()
    {
      return iostream->read();
    };

    void write(uint8_t* data, int length)
    {
      for(int i=0; i<length; i++)
      {
        iostream->write(data[i]);
      }
    }

    unsigned long time()
    {
      return millis();
    }

  protected:
    SERIAL_CLASS* iostream;
    long baud_;
};

#endif

3 程序解释

3.1 Main Sketch

#include "ros.h" 
#include <std_msgs/String.h>

我们发现它的主草图唯一的区别是如何包括ros.h，括号<ros.h>在原来的Hello World是由引号替换“ros.h”。这告诉编译器在本地路径中查找文件，然后在其他库中搜索它。其他一切都与你好世界的例子相同。

3.2 ros.h

// default is 25, 25, 512, 512  
  typedef NodeHandle_<ArduinoHardware, 10, 15, 128, 256> NodeHandle;

这使我们的NodeHandle有10个Publishers，15个Subscriber，128个字节用于输入缓冲区，256个字节用于输出缓冲区。

3.3 ArduinoHardware.h

#include <HardwareSerial.h>
#define SERIAL_CLASS HardwareSerial

这里我们包括与之通信的串行对象的标头。串行对象类必须拥有read（），write（）和begin（baudrate）成员函数等实现。Serial和Serial1都是HardwareSerial对象。

  ArduinoHardware()
    {
      iostream = &Serial1;
      baud_ = 500000;
    }

在这里，我们为ArduinoHardware创建默认构造函数，并将我们使用的串口设置为Serial1，并将波特率设置为500 kbps。

4 编译并上传代码

代码是像往常一样编译和上传的。编译后，您将能够看到这样的代码消息

Sketch uses 9,552 bytes (3%) of program storage space. Maximum is 253,952 bytes.
Global variables use 1,130 bytes (13%) of dynamic memory, leaving 7,062 bytes for local variables. Maximum is 8,192 bytes.

通过改变缓冲区大小和发布者/订阅者数量，动态内存使用量也将发生变化。

5 运行代码

我们现在将使用Serial1与ROS进行通信。断开USB电缆与Arduino的连接，将FTDI分线板连接到Arduino Mega，如下所示：

FTDI     Arduino Mega
VCC  ->  5V
TXO  ->  Pin 19
RXI  ->  Pin 18
GND  ->  GND

使用USB电缆将FTDI分线板连接到计算机。

现在，在新的终端窗口中启动roscore：

roscore

接下来，运行rosserial客户端应用程序，将Arduino消息转发给ROS的其余部分。确保使用正确的串口：

rosrun rosserial_python serial_node.py _port:=/dev/ttyUSB0 _baud:=500000

最后，通过启动新的终端窗口并输入以下内容，观看来自Arduino的问候：

rostopic echo chatter

6 附加功能

ros.h和ArduinoHardware.h许可证。

/* 
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 * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
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 * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN
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 */