在STM32上运行ROS节点——rosserial&stm32开发及调试方法

2023-05-16

近期接手了一些ROS机器人项目，这里将开发中遇到的问题和解决方法记录下来。
stm32强大的外设资源为机器人底层设备控制带来了极大的便利，本文简述借助rosserial项目在stm32中运行ROS节点的方法。

基本原理

ref: http://wiki.ros.org/rosserial
简言之，rosserial通过串口建立嵌入式板卡和ros master的通信，使得在嵌入式板卡上编写、运行ros节点成为可能，主要用于转接IO和各类传感器，运行底层控制算法。
要使用rosserial，需要分别在嵌入式板卡和主控PC上进行安装，rosserial项目当前支持的板卡有：
在这里插入图片描述

安装

由前所述，需要分别在服务端和嵌入式端安装rosserial：

服务端（PC，树莓派等）rosserial的安装

执行

sudo apt-get install ros-melodic-rosserial
sudo apt-get install ros-melodic-rosserial-arduino

随后将rosserial_stm32 库clone到catkin_ws/src目录，这些软件包提供转发功能

嵌入式端rosserial的安装和配置（stm32模板工程的建立）

rosserial在嵌入式端的文件有两部分，第一部分是固件STM32Hardware.h和ros.h，这头两个文件提供硬件底层串口的实现和ROS协议的解析，第二部分是ros头文件，这些文件和在ROS PC端调用的并无区别，官方提供了一个脚本来自动生成这些头文件，使用时只需拷入stm32的工程目录即可。
因此，嵌入式端rosserial安装的关键在于要根据具体硬件的修改STM32Hardware.h和ros.h，使得rosserial能够调用嵌入式板卡的串口。rosserial官方已经提供修改好的固件及样板工程：
https://github.com/yoneken/rosserial_stm32
这个工程基于stm32 HAL库，并通过cubeMX工具进行配置。

接下来我们在官方文件的基础上，在STM32CubeIDE1.4.0上建立新工程。
注：关于STM32CubeIDE：近几年，ST公司将STM32CubeMX进一步升级，集成到全新的STM32CubeIDE中，STM32CubeIDE是基于Eclipse开发的集成开发环境。

如下是两个关于cubeMX工具和HAL库的教程，本文不再赘述：
http://www.mculover666.cn/posts/578764034/
https://www.waveshare.net/study/portal.php?mod=list&catid=40

此外，STM32CubeIDE默认的代码提示功能的触发条件比较严苛，可参考此处的方法调整STM32CubeIDE的代码补全策略，提高开发效率。

下面开始建立stm32工程：Ref: https://blog.csdn.net/qq_37416258/article/details/84844051
事实上，我们只需要开启并配置串口2即可，rosserial提供的固件使用串口2实现rosserial通信接口，注意开启串口DMA和中断。
在这里插入图片描述

注：上面引用的博客中，开启TIM2是没有必要的，后半部分也有过时的地方，如头文件的修改。
串口配置搞定后，我们进一步生成ros头文件并添加到stm32工程中，这些头文件用于提供对自定义消息、ros标准消息的支持：
在服务端执行：

rosrun rosserial_stm32 make_libraries.py .

这将在当前目录生成Inc/文件夹，里面包含需所有头文件，将这些文件拷贝到工程即可，本文模板工程中放置于RosLibs文件夹
注意，当PC端添加新包后，需再次执行以更新这些头文件
之后，在工程中建立User文件夹，将mainpp.h，mainpp.cpp拷入，后续自行编写的节点逻辑在此存放。最后，在工程main.c中调用即可。这里同时存在mainpp 和 main 两个“入口”的目的是方便C/C++混合编译。
最后的最后，设置工程的查找路径：
在这里插入图片描述

注：这里截图中使用了绝对路径，后续已修正为相对路径

模板工程下载

链接: https://pan.baidu.com/s/1SNI_tKaFUS6zXoIS0GWRCw 提取码: exq5

ROS节点编写

Ref: https://sudonull.com/post/31955-Rosserial-STM32
官方例程：
https://github.com/yoneken/rosserial_stm32/tree/master/src/ros_lib/examples
为控制节点发送频率，我们借助cubeMX默认开启的sysTick定时器实现频率控制。
Ref: http://www.mculover666.cn/posts/4283984198/

节点的逻辑在mainpp.c中实现，其中setup()函数放置初始化工作，loop()中编写周期性消息发送指令，如：

void loop(void)
{
    if (nh.connected()){
        if(HAL_GetTick() - tickstart >= 10){
            // 翻转LED，发布chatter消息，周期1000ms
            HAL_GPIO_TogglePin(GPIOG, GPIO_PIN_3);
            str_msg.data = hello;
            chatter.publish(&str_msg);
            tickstart=HAL_GetTick();
        }
    }
    nh.spinOnce();
}

联合调试

首先在PC端给权限，USB串口插上后，通常挂载在/dev/ttyUSB0，需要线给下777权限：
sudo chmod 777 /dev/ttyUSB0
也可直接添加用户组，一劳永逸：
https://blog.csdn.net/qq_32618327/article/details/106222196
启动服务端桥接节点：

rosrun rosserial_python serial_node.py

随后借助rqt_graph工具，可看到rosserial已经建立stm32节点和ros master的通讯。

rosserial错误处理

开发ros srv时ERROR: service [/topic] responded with an error: service cannot process request: service handler returned None错误的处理方法

https://github.com/ros-drivers/rosserial/pull/414
where you find working ServiceClient.py (https://github.com/ros-drivers/rosserial/releases/tag/0.7.7)
don’t forget to update the Arduino ros_lib after step 8
Step 8.1 Delete Arduino/libraries/ros_lib
Step 8.2 Install ros_lib again (https://wiki.ros.org/rosserial_arduino/Tutorials/Arduino%20IDE%20Setup)
Step 8.3 Make Headers agian (https://wiki.ros.org/rosserial_arduino/Tutorials/Adding%20Custom%20Messages)
Step 8.4 Restart Arduino IDE( If it was Open)
Step 9
即：将现有ServiceClient.py替换为更老版本的，当前版本库的ServiceClient.py存在Bug

tried to publish before configured topic id 125错误的解决

扩大预设缓冲区，原为512
在这里插入图片描述

Printf打印浮点的方法

在这里插入图片描述

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