机器人软件系统中使用的通讯框架多种多样。比如，百度Apollo使用的Cyber RT，ROS1中的TCPROS/UDPROS通信机制，ROS2中使用的DDS等等。
下面介绍一种轻量，易用的通讯框架LCM（Lightweight Communications and Marshalling）。
LCM是一套用于消息传递和数据编码的库和工具，目标是构建高带宽和低延的实时通讯系统。它提供了一个发布/订阅消息传递模型和自动编码/解码代码的生成器。
LCM为多种编程语言（C/C++，C#，Java，Lua，MATLAB，Python）的应用提供接口。
LCM具有如下特性：
- 低延迟的进程间通信
- 使用UDP组播的高效广播机制
- 类型安全的消息编排
- 用户友好的记录和回放工具
- 没有集中的 "数据库 "或 “枢纽”–节点间直接通讯
- 没有守护进程
- 极少的依赖
参考：
安装LCM
安装编译依赖
sudo apt-get install build-essential autoconf automake autopoint libglib2.0-dev libtool openjdk-8-jdk python-dev
编译安装
mkdir build
cd build
cmake ..
make
sudo make install
增加动态库链接地址
export LCM_INSTALL_DIR=/usr/local/lib
echo $LCM_INSTALL_DIR > /etc/ld.so.conf.d/lcm.conf
sudo ldconfig
定义通讯数据结构
LCM库通过编写lcm文件来定义通讯数据结构。下面是一个针对C++的示例。
新建example_t.lcm 文件，并拷贝下面的内容到文件中。
package exlcm;
struct example_t
{
int64_t timestamp;
double position[3];
double orientation[4];
int32_t num_ranges;
int16_t ranges[num_ranges];
string name;
boolean enabled;
}
执行下面的命令生成头文件
lcm-gen -x example_t.lcm
同一个lcm文件里可以写多个数据结构。如下所示：
package exlcm;
struct example_t
{
int64_t timestamp;
double position[3];
double orientation[4];
int32_t num_ranges;
int16_t ranges[num_ranges];
string name;
boolean enabled;
}
struct nihao_t
{
int64_t timest2amp;
string name1;
boolean enabl1ed;
}
执行lcm-gen后会为每一个结构体生成一个头文件。
示例来源于：
https://lcm-proj.github.io/tut_lcmgen.html
简单的使用示例
发送代码示例
// file: send_message.cpp
//
// LCM example program.
//
// compile with:
// $ g++ -o send_message send_message.cpp -llcm
//
// On a system with pkg-config, you can also use:
// $ g++ -o send_message send_message.cpp `pkg-config --cflags --libs lcm`
#include <lcm/lcm-cpp.hpp>
#include "exlcm/example_t.hpp"
int main(int argc, char **argv)
{
lcm::LCM lcm;
if (!lcm.good())
return 1;
exlcm::example_t my_data;
my_data.timestamp = 0;
my_data.position[0] = 1;
my_data.position[1] = 2;
my_data.position[2] = 3;
my_data.orientation[0] = 1;
my_data.orientation[1] = 0;
my_data.orientation[2] = 0;
my_data.orientation[3] = 0;
my_data.num_ranges = 15;
my_data.ranges.resize(my_data.num_ranges);
for (int i = 0; i < my_data.num_ranges; i++)
my_data.ranges[i] = i;
my_data.name = "example string";
my_data.enabled = true;
lcm.publish("EXAMPLE", &my_data);
return 0;
}
接受代码示例
// file: listener.cpp
//
// LCM example program.
//
// compile with:
// $ gcc -o listener listener.cpp -llcm
//
// On a system with pkg-config, you can also use:
// $ gcc -o listener listener.cpp `pkg-config --cflags --libs lcm`
#include <stdio.h>
#include <lcm/lcm-cpp.hpp>
#include "exlcm/example_t.hpp"
class Handler {
public:
~Handler() {}
void handleMessage(const lcm::ReceiveBuffer *rbuf, const std::string &chan,
const exlcm::example_t *msg)
{
int i;
printf("Received message on channel \\"%s\\":\\n", chan.c_str());
printf(" timestamp = %lld\\n", (long long) msg->timestamp);
printf(" position = (%f, %f, %f)\\n", msg->position[0], msg->position[1],
msg->position[2]);
printf(" orientation = (%f, %f, %f, %f)\\n", msg->orientation[0], msg->orientation[1],
msg->orientation[2], msg->orientation[3]);
printf(" ranges:");
for (i = 0; i < msg->num_ranges; i++)
printf(" %d", msg->ranges[i]);
printf("\\n");
printf(" name = '%s'\\n", msg->name.c_str());
printf(" enabled = %d\\n", msg->enabled);
}
};
int main(int argc, char **argv)
{
lcm::LCM lcm;
if (!lcm.good())
return 1;
Handler handlerObject;
lcm.subscribe("EXAMPLE", &Handler::handleMessage, &handlerObject);
while (0 == lcm.handle()) {
// Do nothing
}
return 0;
}
CMakeList.txt 的写法
下面的写法是通用的，也适用于ROS1
find_package(lcm REQUIRED)
include(${LCM_USE_FILE})
target_link_libraries(${PROJECT_NAME}
lcm
)
下面的写法适用于ROS2
set(dependencies
"geometry_msgs"
"nav_msgs"
"rclcpp"
"sensor_msgs"
"tf2"
"tf2_msgs"
"OpenCV"
"PCL"
# "lcm" #不要在ament_target_dependencies中加入lcm，不起作用的
"cv_bridge"
"image_transport"
)
ament_target_dependencies(${EXEC_NAME} ${dependencies} )
# 不加的话会报undefined reference to `lcm_destroy'
target_link_libraries(${EXEC_NAME} lcm) # 使用target_link_libraries添加lcm依赖
处理回调
lcm用handle()函数来处理消息回调（接受到消息后就执行回调函数）。
lcm.handle() 是阻塞的。只能放到单独的线程里执行。
lcm.handleTimeout(10) 可以超时后返回，然后执行后面的代码。设置的时间的单位是毫秒。
进程间通讯
当需要通信的进程分别在两台机器里时，需要设置如下环境变量（两台电脑命令行窗口都运行这条）。
export LCM_DEFAULT_URL=udpm://239.255.76.67:7667?ttl=1
如果需要通信的两个进程在同一台主机上则不需要运行上面的命令。
如果需要在两个docker间实现通信，需要在同一网络下启动这两个容器。
#以相同的网络启动容器
docker run -it --name test_docker0 --network nat shoufei/kinetic:latest /bin/bash
docker run -it --name test_docker1 --network nat shoufei/kinetic:latest /bin/bash
注意上面的两个docker启动命令均添加了--network nat参数。其中nat是用下面的命令建立的网络接口。
docker network create nat
注意，docker中也需要执行上面设置环境变量的命令。
注意事项
- 当数据结构定义的是数组时，生成的头文件中会用
vector来定义这个数据。进行赋值时需要先 resize vector 的长度。不然会填充数据时会报错。
void TestNode::test_tof_callback(
const sensor_msgs::msg::PointCloud2::SharedPtr msg)
{
testlcm::tof_points_t data;
size_t size = msg->height * msg->width;
pcl::PCLPointCloud2 pcl_pc2;
pcl_conversions::toPCL(*msg,pcl_pc2);
pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>::Ptr temp_cloud(new pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>);
pcl::fromPCLPointCloud2(pcl_pc2,*temp_cloud);
data.timestamp = msg->header.stamp.nanosec * 0.001;
data.num_points = size;
data.xs.resize(data.num_points);//当数据结构定义的是数组时，生成的头文件中会用vector来定义这个数据。进行赋值时需要先resize vector的长度。不然会填充数据时会报错。
data.ys.resize(data.num_points);
data.zs.resize(data.num_points);
for(uint32_t i = 0; i < size; ++i)
{
data.xs[i] = temp_cloud->points[i].x;
data.ys[i] = temp_cloud->points[i].y;
data.zs[i] = temp_cloud->points[i].z;
}
RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "got test tof points");
lcm.publish(REAR_TOF_POINTS_MSG, &data);
}
参考：
https://lcm-proj.github.io/index.html
http://lcm-proj.github.io/multicast_setup.html
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我是首飞，一个帮大家填坑的机器人开发攻城狮。
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