ROS2软件架构全面解析-rmw软件框架

前言

本章是详细介绍ROS2通信中间件中rmw模块软件框架。
不了解背景的同学请先看：

• ROS2软件架构全面解析-学习如何设计通信中间件框架: link

rmw框架

• rmw是为兼容各种DDS组件而设计的中间件抽象层：the middleware abstraction layer called rmw (ROS MiddleWare)
• 用户可以根据性能、软件许可或支持的平台等各种约束条件，选择不同的RMW 实现，也就是基于DDS协议的组件
• 提供丰富的自由度让用户选择DDS协议实现组件，只要实现了rmw Layer规定的接口就可以装载到ROS2系统中完成消息传递

rmw软件架构

• rmw Layer本人划分是主要两个文件夹：rmw、rmw_implementation
  
• rmw Layer主要的内容是规定DDS组件的功能接口：rmw.h、init.h 头文件，本身逻辑功能不多。rmw_validate_node_name实现在rmw Layer validate_node_name.c文件中，对node name 有效性进行验证，算逻辑代码多的文件了。
• rmw_implementation模块中有一个动态函数调用框架，能够把DDS实现组件的函数接口直接提供给rcl Layer调用，能够让rcl Layer调用到DDS组件中。

//function.cpp
RMW_INTERFACE_FN(
  rmw_send_response,
  rmw_ret_t, RMW_RET_ERROR,
  3, ARG_TYPES(const rmw_service_t *, rmw_request_id_t *, void *))

• rmw_send_response就是在rcl Layer service.c文件中调用的，rmw implementation通过RMW_INTERFACE_FN进行封装动态调用到选择的DDS组件。主要功能是在RMW_INTERFACE_FN Macro中。

#define CALL_SYMBOL(symbol_name, ReturnType, error_value, ArgTypes, arg_values) \
  if (!symbol_ ## symbol_name) { \
    /* only necessary for functions called before rmw_init */ \
    symbol_ ## symbol_name = get_symbol(#symbol_name); \
  } \
  if (!symbol_ ## symbol_name) { \
    /* error message set by get_symbol() */ \
    return error_value; \
  } \
  typedef ReturnType (* FunctionSignature)(ArgTypes); \
  FunctionSignature func = reinterpret_cast<FunctionSignature>(symbol_ ## symbol_name); \
  return func(arg_values);

// cppcheck-suppress preprocessorErrorDirective
#define RMW_INTERFACE_FN(name, ReturnType, error_value, _NR, ...) \
  void * symbol_ ## name = nullptr; \
  ReturnType name(EXPAND(ARGS_ ## _NR(__VA_ARGS__))) \
  { \
    CALL_SYMBOL( \
      name, ReturnType, error_value, ARG_TYPES(__VA_ARGS__), \
      EXPAND(ARG_VALUES_ ## _NR(__VA_ARGS__))); \
  }

• RMW_INTERFACE_FN Macro用于定义一个函数，CALL_SYMBOL Macro调用负责动态加载调用传入名字的函数体
• 比如rmw implementation设置的cyclonedds就会调入到如下代码实现

// rmw_node.cpp    rmw_cyclonedds_cpp文件夹目录
extern "C" rmw_ret_t rmw_send_response(
  const rmw_service_t * service,
  rmw_request_id_t * request_header, void * ros_response){}

rmw集成方式

• rmw模组通过CMake会编译为rmw库，然后再rcl CMakeList中引入编译，使用的时候直接引入头文件就可以使用接口函数

// rmw CMakeLists.txt
cmake_minimum_required(VERSION 3.5)

project(rmw)

# Default to C99
if(NOT CMAKE_C_STANDARD)
  set(CMAKE_C_STANDARD 99)
endif()

//rcl CMakeLists.txt
# specific order: dependents before dependencies
ament_target_dependencies(${PROJECT_NAME}
  "rcl_interfaces"
  "rcl_logging_interface"
  "rcl_yaml_param_parser"
  "rcutils"
  "rmw"
  "rmw_implementation"
  ${RCL_LOGGING_IMPL}
  "rosidl_runtime_c"
  "tracetools"
)

• rmw implementation package.xml支持集成rmw_connextdds、rmw_cyclonedds、rmw_fastrtps几种DDS实现，具体使用是通过RMW_IMPLEMENTATION系统属性设置的。

DDS组件

• 目前提供三种DDS实现：connextdds、cyclonedds、fastrtps。
• 还有一个dds_common作为一个共有的DDS模块，提供功能支持对其他差异化DDS。