一、ROS简介

随着技术进步，机器人产业分工开始走向细致化、多层次化，如今的电机、底盘、激光雷达、摄像头、机械臂等等元器件都有不同厂家专门生产。社会分工加速了机器人行业的发展。而各个部件的集成就需要一个统一的软件平台，在机器人领域，这个平台就是机器人操作系统ROS。

ROS是一个适用于机器人编程的框架，这个框架把原本松散的零部件耦合在了一起，为他们提供了通信架构。ROS虽然叫做操作系统，但并非Windows、Mac那样通常意义的操作系统，它只是连接了操作系统和你开发的ROS应用程序，所以它也算是一个中间件，基于ROS的应用程序之间建立起了沟通的桥梁，所以也是运行在Linux上的运行时环境，在这个环境上，机器人的感知、决策、控制算法可以更好的组织和运行。

所以说框架、中间件、操作系统、运行时环境这些词都可以用来描述ROS的特性。

二、ROS文件系统

要了解ROS文件系统，先了解catkin的编译系统和package软件包的创建和结构。

2.1、Catkin编译系统来源

Linux下的编译器有gcc、g++，随着源文件的增加，直接用gcc/g++命令的方式显得效率低下，人们开始用Makefile来进行编译。然而随着工程体量的增大，Makefile也不能满足需求，于是便出现了Cmake工具。CMake是对make工具的生成器，是更高层的工具，它简化了编译构建过程，能够管理大型项目，具有良好的扩展性。对于ROS这样大体量的平台来说，就采用的是CMake，并且ROS对CMake进行了扩展，于是便有了Catkin编译系统。

2.2、Catkin特点

Catkin是基于CMake的编译构建系统，具有以下特点：

l Catkin沿用了包管理的传统像基础结构

l 扩展了CMake，例如

软件包编译后无需安装就可使用

自动生成 find_package() 代码， pkg-config 文件

解决了多个软件包构建顺序问题

一个Catkin的软件包（package）必须要包括两个文件：

l package.xml: 包括了package的描述信息

l CMakeLists.txt: 构建package所需的CMake文件

调用Catkin的函数/宏

解析 package.xml

找到其他依赖的catkin软件包

将本软件包添加到环境变量

也就是说，Catkin就是将 cmake 与 make 指令做了一个封装从而完成整个编译过程的工具。

catkin有比较突出的优点，主要是：操作更加简单、一次配置，多次使用、跨依赖项目编译。

l 编译过程中，它们的工作流程如图：

后两个路径由catkin系统自动生成、管理，我们日常的开发一般不会去涉及，而主要用到的是src文件夹，我们写的ROS程序、网上下载的ROS源代码包都存放在这里。

在编译时，catkin编译系统会递归的查找和编译 src/ 下的每一个源代码包。因此你也可以把几个源代码包放到同一个文件夹下，如下图所示：

2.3、Package软件包结构

package是catkin工作空间的基本单元，一个package下常见的文件、路径有：

其中定义package的是 CMakeLists.txt 和 package.xml ，这两个文件是package中必不可少的。catkin编译系统在编译前，首先就要解析这两个文件。这两个文件就定义了一个package。

l CMakeLists.txt: 定义package的包名、依赖、源文件、目标文件等编译规则，是package 不可少的成分

l package.xml: 描述package的包名、版本号、作者、依赖等信息，是package不可少的成分

l src/: 存放ROS的源代码，包括C++的源码和(.cpp)以及Python的module(.py)

l include/: 存放C++源码对应的头文件

l scripts/: 存放可执行脚本，例如shell脚本(.sh)、Python脚本(.py)

l msg/: 存放自定义格式的消息(.msg)

l srv/: 存放自定义格式的服务(.srv)

l models/: 存放机器人或仿真场景的3D模型(.sda, .stl, .dae等)

l urdf/: 存放机器人的模型描述(.urdf或.xacro)

l launch/: 存放launch文件(.launch或.xml)

通常ROS文件组织都是按照以上的形式，这是约定俗成的命名习惯，建议遵守。以上路径中，只有 CMakeLists.txt 和 package.xml 是必须的，其余路径根据软件包是否需要来决定。

2.4、Package软件包创建

创建一个package需要在 catkin_ws/src 下,用到 catkin_create_pkg 命令，用法是：

catkin_create_pkg package depends

其中package是包名，depends是依赖的包名，可以依赖多个软件包。

新建 test_pkg 的软件包，包括：

catkin_create_pkg 帮你完成了软件包的初始化，填充好了 CMakeLists.txt 和 package.xml ，并且将依赖项填进了这两个文件中。