【ROS2】ros2cli概述

ros2 初学 一般从命令行 ros2 开始，下面从 ros2 引申到 ros2cli 讲解其实现机制。

ros2本质是一个python脚本，通过入口点加载到ros2cli包。

ros2cli 是 ROS 2 的核心命令行工具集，提供了一套统一的终端命令接口，用于管理和交互 ROS 2 系统的各个组件（如节点、话题、服务等）。它是用户与 ROS 2 系统交互的主要入口之一，类似于 ROS 1 中的 roscore、rosnode、rostopic 等工具的集合，但设计上更模块化、可扩展。

ros2cli相关实现的源码见下文：
https://gitee.com/ros2_humble/ros2cli

一、ros2cli 的核心定位与优势

• 统一入口：所有 ROS 2 命令都通过 ros2 前缀触发（如 ros2 node list、ros2 topic echo），替代了 ROS 1 中分散的 rosxxx 命令。
• 插件化架构：核心功能由基础包提供，额外功能通过插件扩展（如 ros2 bag、ros2 launch 等都是独立插件），方便扩展和维护。
• 跨语言支持：底层通过 rcl（ROS Client Library）抽象，支持 C++、Python 等多种语言实现的节点和工具。
• 分布式兼容：原生支持 ROS 2 的分布式通信（基于 DDS），可直接管理多机环境中的 ROS 2 组件。

二、ros2cli 的组成结构

ros2cli 采用“核心框架 + 插件”的架构，主要包含：

1. 核心包（ros2cli）

提供基础框架和命令解析能力，包括：

• 命令行参数解析逻辑（如 ros2 <command> <subcommand> 的层级解析）。
• 插件发现机制（自动识别并加载已安装的 ros2 子命令插件）。
• 与 ROS 2 运行时（rcl）的基础交互接口。

2. 核心插件包

每个子命令（如 node、topic）都由独立的插件包实现，常见的包括：

• ros2node：节点管理（ros2 node list、ros2 node info）。
• ros2topic：话题管理（ros2 topic list、ros2 topic echo、ros2 topic pub）。
• ros2service：服务管理（ros2 service list、ros2 service call）。
• ros2action：动作管理（ros2 action list、ros2 action send_goal）。
• ros2param：参数管理（ros2 param list、ros2 param set）。
• ros2run：启动节点（ros2 run <package> <node>）。
• ros2launch：启动 launch 文件（ros2 launch <package> <launch-file>）。
• ros2bag：数据记录与回放（ros2 bag record、ros2 bag play）。

三、ros2cli 的工作原理

以 ros2 topic list 为例，解析其执行流程：

1. 命令触发与解析

• 用户输入 ros2 topic list 后，终端调用 /opt/ros/foxy/bin/ros2 脚本（入口点）。
• 脚本通过 importlib.metadata 或 pkg_resources 加载 ros2cli 核心框架，解析出主命令 topic 和子命令 list。

2. 插件发现与加载

• ros2cli 核心框架通过 entry_points（入口点）机制，在系统中搜索 ros2cli.command 组下的插件，找到 topic 命令对应的插件（来自 ros2topic 包）。
• 加载该插件的 TopicCommand 类，该类定义了 list 等子命令的具体逻辑。

3. 与 ROS 2 运行时交互

• 插件通过 rclpy（Python）或 rclcpp（C++）与 ROS 2 运行时交互，创建一个临时的“工具节点”（非用户节点，仅用于命令执行）。
• 该工具节点通过 DDS 发现网络中的所有话题，并收集话题名称。

4. 结果处理与输出

• 工具节点将收集到的话题列表返回给 ros2topic 插件，插件格式化数据后输出到终端（如 chatter、/parameter_events 等）。
• 命令执行完毕，临时工具节点销毁，不残留进程。

四、常用 ros2cli 命令示例

1. 节点管理

ros2 node list                  # 列出所有活跃节点
ros2 node info /talker          # 查看/talker节点的详细信息（发布/订阅的话题等）

2. 话题管理

ros2 topic list                 # 列出所有话题
ros2 topic echo /chatter        # 监听/chatter话题的消息
ros2 topic pub /chatter std_msgs/msg/String "{data: 'Hello'}"  # 发布消息到/chatter
ros2 topic info /chatter        # 查看/chatter话题的类型和连接数

3. 服务管理

ros2 service list               # 列出所有服务
ros2 service call /add_two_ints example_interfaces/srv/AddTwoInts "{a: 1, b: 2}"  # 调用服务

4. 参数管理

ros2 param list /talker         # 列出/talker节点的所有参数
ros2 param set /talker background_r 100  # 设置/talker节点的background_r参数
ros2 param get /talker background_g      # 获取/talker节点的background_g参数

5. 动作管理

ros2 action list                # 列出所有动作
ros2 action send_goal /fibonacci example_interfaces/action/Fibonacci "{order: 5}"  # 发送动作目标

6. 其他实用命令

ros2 doctor                     # 检查ROS 2环境是否正常
ros2 bag record /chatter        # 记录/chatter话题的数据到bag文件
ros2 interface show std_msgs/msg/String  # 查看消息类型的结构

五、ros2cli 的扩展机制

开发者可通过以下步骤自定义 ros2 子命令：

1. 创建一个 Python 包，在 setup.py 中定义 ros2cli.command 入口点：

   # setup.py
   setup(
       entry_points={
           'ros2cli.command': [
               'mycmd = my_package.my_command:MyCommand',  # 自定义命令mycmd
           ],
       }
   )
   

2. 实现 MyCommand 类，继承 ros2cli.command.Command 并定义 add_arguments（参数解析）和 main（执行逻辑）方法。
3. 安装包后，即可通过 ros2 mycmd 调用自定义命令。

六、总结

ros2cli 是 ROS 2 系统的“瑞士军刀”，通过统一的命令行接口简化了节点管理、通信调试、参数配置等工作。其插件化设计使其易于扩展，而底层基于 rcl 和 DDS 的实现则确保了与 ROS 2 分布式架构的深度兼容。无论是开发调试还是系统运维，ros2cli 都是 ROS 2 用户不可或缺的工具。