RTPS/DDS 接口：PX4-Fast RTPS（DDS）桥接器

PX4-Fast RTPS（DDS）桥接器也被称为 microRTPS 桥接器在 PX4 自动驾驶仪上增加了实时发布订阅（RTPS）接口，可以交换实时数据，从而使 PX4 自动驾驶仪的性能得到提高。 uORB 信息 各种 PX4 自动驾驶仪内部组件和（机载）外部组件之间的连接。 快速 DDS 实时应用。

这使我们能够更好地与在 DDS 域（包括 ROS 节点）中运行和链接的应用程序集成，从而轻松共享传感器数据、命令和其他载具信息。

下面的指南介绍了 RTPS/DDS 桥接架构，并向读者展示了如何编写一个简单的 快速 DDS 应用程序来订阅 PX4 自动驾驶仪的遥测更新。

备注

RTPS 是对象管理集团（OMG）数据分发服务（DDS）标准的基础协议。其目的是利用发布/订阅模式实现可扩展、实时、可靠、高性能和可互操作的数据通信。

快速 DDS 是 RTPS 协议/DDS 中间件最新版本的轻量级跨平台实现。它的前身是 快速 RTPS.

何时使用 RTPS？

当需要在飞行控制器和机外组件之间可靠地共享时间关键/实时信息时，应使用 RTPS。在机外软件需要成为飞行控制器和机外组件之间的 同龄人 在 PX4 中运行的软件组件（发送和接收 uORB 主题）。

可能的用例包括与用于计算机视觉的机器人库进行通信，以及对载具控制至关重要的执行器和传感器之间的实时数据通信。

快速 DDS 并不能替代 MAVLink。 MAVLink 仍然是与地面站、云台、摄像机和其他机外组件进行通信的最合适协议（尽管 快速 DDS 可能会为在更高频率下使用某些外设提供其他机会）。

TIP

在速度较慢的链路（如无线电遥测）上使用快速 RTPS(DDS)是可行的，但要注意链路的额外限制。请记住，遥测通道很容易超载。

建筑概览

microRTPS 桥接器

microRTPS 桥接器在 PX4 和 DDS 参与者应用程序之间交换信息，在 PX4 和 DDS 之间进行无缝转换。 uORB 以及每个系统使用的 RTPS/DDS 报文。

架构的主要元素是上图所示的客户端和代理进程。

microRTPS 客户端

客户 是在飞行控制器上运行的 PX4 Autopilot 中间件守护进程。该客户端订阅其他 PX4 Autopilot 组件发布的 uORB 主题，并将任何更新发送至 代理 (通过 UART 或 UDP 端口），还可以接收来自 代理 并将其作为 uORB 信息发布到 PX4 自动驾驶仪。

microRTPS 代理

代理 作为一个守护进程运行在机载计算机上（飞行控制器之外）。该代理从 客户 并通过 RTPS（重新）发布它们，还订阅来自其他 DDS 参与者应用程序的 RTPS/DDS 消息，并将它们转发到 客户.

microRTPS 代理/客户端通信

代理 和 客户 通过串行链路（UART）或 UDP 网络连接，而 uORB 信息是 CDR 序列化 (打开新窗口） 在发送之前 (CDR 序列化 为不同平台之间交换串行数据提供了通用格式）。

代理 和任何 快速 DDS 应用程序通过 UDP 连接，可能在同一设备上，也可能在其他设备上。在典型的配置中，它们将在同一系统上（如开发计算机、Linux 配套计算机或计算板），连接到 客户.可以通过 Wifi 链接或 USB。

代码生成

依赖关系

必须安装 Fast DDS 2.0.0 或更高版本和 Fast-RTPS-Gen 1.0.4（非更高版本！），才能生成所需的代码，并继续下一步。 按照安装指南进行操作。

备注

RTPS 已被采用为 ROS 2（机器人操作系统）的中间件。

有关如何在 ROS 2 应用程序和开发工作流程中使用该界面的信息，请参阅 PX4-ROS 2 桥接器.

快速 RTPS（DDS）应用（独立于 ROS）

在编译 PX4-Autopilot 时，会自动生成创建、构建和使用桥接器所需的所有代码。

客户 作为正常构建过程的一部分，应用程序也会编译并内置到固件中。该 代理 必须为目标计算机单独/手动编译。

TIP

大多数用户并不需要这样做。不过，网桥可以 手动生成提供更详细的构建过程概览，有助于排除故障。

支持的 uORB 报文

生成的桥接代码将使指定的 uORB 主题子集能够通过 RTPS 发布/订阅，无论您是否部署了 ROS 应用程序。

对于 自动生成代码 有一个 yaml 中的定义文件 PX4-Autopilot/msg/tools/ 名为 uorb_rtps_message_ids.yaml.该文件定义了与 RTPS 一起使用的 uORB 报文集、报文的发送、接收或两者，以及将在 DDS/RTPS 中间件中使用的报文的 RTPS ID。

备注

必须注意的是，每个 RTPS 报文 需要 要在该文件中设置的 ID。

rtps:
  - 信息: 已上膛的致动器
    本我: 0
  - 信息: 致动器控制
    本我: 1
  - ...
  - 信息: 空速
    本我: 5
    发送: 真
  - 信息: 电池状态
    本我: 6
    发送: 真
  - 信息: 摄像头捕捉
    本我: 7
  - 信息: 摄像机触发器
    本我: 8
    接收: 真
  - ...
  - 信息: 传感器_巴罗
    本我: 63
    接收: 真
    发送: 真

客户端（PX4/PX4-自动驾驶仪）

客户 作为正常构建流程的一部分，PX4 自动驾驶仪固件会生成、编译并内置源代码。

要为 NuttX/Pixhawk 飞行控制器构建 PX4 自动驾驶仪固件，请使用 _rtps 配置目标中的功能。

例如，为 px4_fmu-v4 构建 RTPS：

生产 PX4_FMU-V4_RTPS

为 SITL 目标构建固件：

生产 px4_sitl_rtps

客户 应用程序可从 NuttShell/系统控制台.命令语法如下所示（可指定不同数量的参数）：

>； micrortps_client 启动|停止|地位 [选项]
  -t <；运输>；          [UART|UDP] 默认 UART -d <；装置>；             UART 设备。默认 /dev/ttyACM0 -l <；环路>；              这个程序有多少次迭代？-1 对于 无限。默认值-1。 <；睡眠时间>；      时间 于 毫秒 对于 其中 每次迭代的睡眠时间。默认为 1ms -b <；波特率>；           UART 设备波特率。默认值 460800
  -p <；poll_ms>；            时间 于 通过 UART 轮询的毫秒数。默认为 1ms -r <；接收端口>；     UDP 端口 对于 接收。默认值 2019
  -s <；发送端口>；       UDP 端口 对于 发送。默认值 2020
  -i <；IP 地址>；         选择 IP 地址 (远程) 价值观 <；x.x.x.x>；.默认值： 127.0.0.1

备注

默认情况下 客户 作为守护进程运行，但它不会自动启动，必须手动启动。

PX4 自动驾驶仪固件初始化代码将来可能会自动启动自动驾驶仪。 客户 作为永久守护进程。

例如，为了运行 客户 通过 UDP 连接到代理的 SITL 守护进程：

micrortps_client start -t UDP

机外快速 DDS 接口中的代理（独立于 ROS）

代理 代码会自动 生成的 您可以在这里找到源代码： build/<target-platform>/src/modules/micrortps_bridge/micrortps_client/micrortps_agent/.

建立 代理 应用程序，编译代码：

CD 建立/<；目标平台>；/src/modules/micrortps_bridge/micrortps_client/micrortps_agent
mkdir 构建 &&； CD 构建 cmake ..
生产

的命令语法 代理 如下所示：

$ ./micrortps_agent [选项]
  -t <；运输>；          [UART|UDP] 默认 UART。-d <；装置>；             UART 设备。默认为 /dev/ttyACM0。-w <；睡眠时间>；      时间 于 我们 对于 其中 每次迭代的睡眠时间。默认为 1ms。-b <；波特率>；           UART 设备波特率。默认值 460800.-p <；poll_ms>；            时间 于 通过 UART 轮询的毫秒数。默认为 1ms。-r <；接收端口>；     UDP 端口 对于 接收。默认值 2019.-s <；发送端口>；       UDP 端口 对于 发送。默认值 2020.-n <；设置命名空间>；      设置命名空间 对于 微ortps_agent。

要启动 代理运行 micrortps_agent 和适当的选项，用于指定与 客户 (默认选项是从 Linux 设备连接到 客户 通过 UART 端口）。

例如，要启动 micrortps_agent 通过 UDP 连接，问题：

./micrortps_agent -t UDP

创建快速 DDS 监听器应用程序

一旦 客户 (飞行控制器上）和 代理 (在车载计算机上）运行并连接、 快速 DDS 应用程序可以使用 RTPS 在 PX4 自动驾驶仪上发布和订阅 uORB 主题。

本例演示了如何创建一个 快速 DDS 监听器" 应用程序，该应用程序会订阅 综合传感器 并打印 PX4 自动驾驶仪发布的更新。连接的 RTPS 应用程序可在与 PX4 自动驾驶仪位于同一网络的任何计算机上运行。 代理.在本例中 代理 和 监听器应用程序 将在同一台计算机上运行。

fastrtpsgen 脚本可用于从 IDL 消息文件生成一个简单的 RTPS 应用程序。

备注

RTPS 报文在 IDL 文件中定义，并使用 fastrtpsgen.

在构建桥接代码时，会为可能发送/接收的 uORB 消息生成 IDL 文件，在创建快速 DDS 应用程序与 PX4 自动驾驶仪通信时需要这些 IDL 文件。

您可以在每个构建目标的以下路径中找到它们： build/BUILDPLATFORM/src/modules/micrortps_bridge/micrortps_agent/idl/*.idl.

输入以下命令创建应用程序：

CD /path/to/PX4/PX4-Autopilot
CD build/px4_sitl_rtps/src/modules/micrortps_bridge
mkdir micrortps_listener
CD micrortps_listener fastrtpsgen -example x64Linux2.6gcc ../micrortps_agent/idl/sensor_combined.idl

这将创建一个基本的订阅者和发布者，以及一个可以运行的主应用程序。

为了打印来自传感器组合主题的数据，请修改以下方法 sensor_combined_Subscriber.cxx:

• 启动():更改订阅主题名称（默认情况下，micrortps 代理会在命名的主题上发布数据）： FMU/SENSOR_COMBED/UT),
• onNewDataMessage():打印接收到的传感器综合数据。

bool 传感器综合订阅者::启动(订阅者* 字幕)
{
    // 创建 RTPSParticipant

    参与者属性 PParam;
    PParam.rtps.设置名称("Participant_subscriber"；); //您可以输入您想要的名称
    mp_participant = 域名::创建参与者(PParam);
    如果(mp_participant == nullptr)
    {
        返回 错误;
    }

    //注册类型

    域名::注册类型(mp_participant, 静态投射<；主题数据类型*>；(及样品；我的类型));

    // 创建订阅者

    订阅者属性 Rparam;
    Rparam.主题.topicKind = NO_KEY;
    Rparam.主题.topicDataType = 我的类型.获取名称(); //必须在创建用户前注册
    Rparam.主题.主题名 = "fmu/sensor_combined/out"；;
    mp_subscriber = 域名::创建订阅者(mp_participant,Rparam, 静态投射<；订阅者监听器*>；(及样品；m_listener));
    如果(mp_subscriber == nullptr)
    {
        返回 错误;
    }
    返回 真;
}

空白 传感器综合订阅者::子监听器::onNewDataMessage(订阅者* 字幕)
{
    // 获取数据
    综合传感器;

    如果(字幕->；takeNextData(及样品；站, 及样品；m_info))
    {
        如果(m_info.样本种类 == 活着)
        {
            // 在此打印结构数据。
            ++n_msg;
            标准::cout <<； "\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n";
            标准::cout <<； "收到样本，count="； <<； n_msg <<； 标准::endl;
            标准::cout <<； "=============================" <<； 标准::endl;
            标准::cout <<； "gyro_rad:"； <<； 站.陀螺仪().于(0);
            标准::cout <<； "，"； <<； 站.陀螺仪().于(1);
            标准::cout <<； "，"； <<； 站.陀螺仪().于(2) <<； 标准::endl;
            标准::cout <<； "gyro_integral_dt: "； <<； 站.陀螺积分() <<； 标准::endl;
            标准::cout <<； "accelerometer_timestamp_relative: "； <<； 站.相对加速度计时间戳() <<； 标准::endl;
            标准::cout <<； "accelerometer_m_s2: "； <<； 站.加速度计_m_s2().于(0);
            标准::cout <<； "，"； <<； 站.加速度计_m_s2().于(1);
            标准::cout <<； "，"； <<； 站.加速度计_m_s2().于(2) <<； 标准::endl;
            标准::cout <<； "accelerometer_integral_dt: "； <<； 站.加速度计积分() <<； 标准::endl;
            标准::cout <<； "magnetometer_timestamp_relative: "； <<； 站.磁强计相对时间戳() <<； 标准::endl;
            标准::cout <<； "magnetometer_ga: "； <<； 站.磁强计_ga().于(0);
            标准::cout <<； "，"； <<； 站.磁强计_ga().于(1);
            标准::cout <<； "，"； <<； 站.磁强计_ga().于(2) <<； 标准::endl;
            标准::cout <<； "baro_timestamp_relative: "； <<； 站.相关时间戳() <<； 标准::endl;
            标准::cout <<； "baro_alt_meter: "； <<； 站.盐度计() <<； 标准::endl;
            标准::cout <<； "baro_temp_celcius: "； <<； 站.温度计() <<； 标准::endl;

        }
    }
}

在 Linux 上构建并运行应用程序：

生产 -f makefile_x64Linux2.6gcc bin/*/sensor_combined_PublisherSubscriber subscriber

现在，您应该可以看到传感器信息被打印出来：

已收到样品、 计数=10119
接收到的传感器综合数据
=============================
gyro_rad: -0.0103228、 0.0140477, 0.000319406
gyro_integral_dt： 0.004
相对加速度计时间戳： 0
accelerometer_m_s2: -2.82708, -6.34799, -7.41101 accelerometer_integral_dt： 0.004
magnetometer_timestamp_relative: -10210 magnetometer_ga： 0.60171, 0.0405879, -0.040995 baro_timestamp_relative: -17469 baro_alt_meter： 368.647
Baro_temp_celcius： 43.93

备注

确保 客户 运行时，如果 监听器应用程序 不打印任何内容。

用真正的硬件设置网桥

本部分正在编写中。

故障排除

客户端报告所选 UART 端口繁忙

如果所选 UART 端口繁忙，则可能已在使用 MAVLink 应用程序。如果需要同时连接 MAVLink 和 RTPS，则必须将连接转移到另一个端口，或使用 PX4 和配套计算机的可用协议分配器。

TIP

在开发过程中进行桥接测试的快速/临时解决方案是停止 MAVLink 果壳:

mavlink stop-all

未构建代理/未找到 ftrpsgen

代理 代码使用 快速 DDS 名为 fastrtpsgen.

如果没有将 Fast DDS 安装在默认路径下，则必须通过设置 fastrtpsgen_dir 环境变量，然后再执行 生产.

在 Linux/Mac 上的操作如下所示：

出口 fastrtpsgen_dir=/path/to/fastrtps/install/folder/bin

备注

如果 快速 DDS 安装在默认位置.

在配套计算机上启用 UART

要在 Raspberry Pi 或任何其他配套计算机上进行 UART 传输，必须启用串行端口：

1. 确保 用户名 (在 Raspberry Pi 上默认为 pi）是 拨出 组：

   组别 pi
   苏都 篡改 -a -G dialout pi
   

2. 特别是对于 Raspberry Pi，您需要停止正在使用该端口的 GPIO 串行控制台：

   苏都 raspi-config
   

   在显示的菜单中，转到 接口选项 > 串行.选择 没有 对于 您希望通过串口访问登录 shell 吗？.有效并重新启动。

3. 检查内核中的 UART：

   苏都 vi /boot/config.txt
   

   并确保 启用 值设置为 1：

    enable_uart=1
   

有用资源

• 快速 DDS 安装
• 手动生成客户端和代理代码