《鸿蒙机器人编程》课件-2.3 实现OpenHarmony与ROS的通讯

©NXROBO2023ROS与鸿蒙的通讯节点介绍课程说明开源鸿蒙开发板与ROS主控之间的通讯方式SPARK的通讯框架串口通讯的驱动实现开源鸿蒙与ROS的通讯©NXROBO20232开源鸿蒙开发板与ROS主控之间的通讯方式©NXROBO20233通讯方式©NXROBO20234开源鸿蒙开发板与ROS主控之间通过串口进行通信，通过USB数据线硬件连接进行通信。单片机通信接口的电平逻辑和NUC主机通信接口的电平逻辑不同，NUC主机上的通信接口有USB接口，相应电平逻辑遵照USB原则，开发板需通过USB转TTL模块才能正常与NUC进行数据交互。开发板串口©NXROBO20235开发板连接好拓展灯板后，拓展灯板已经连接好CH340E芯片，对应开发板串口1，并且提供type-c接口供开发者使用，故使用该口作为与NUC主控之间的通信。ROS主控串口©NXROBO20236ROS主控端的NUC提供标准的USB接口，可以使用ROS的serial功能包进行串口驱动的编写，利用serial提供的接口实现串口的读取与接收，与开源鸿蒙开发板进行交互。

由于Linux对不同串口的识别名称不固定，插拔后也需要重新赋予权限，所以还需考虑使用usb规则文件来为串口取固定别名以及赋予权限。固定串口别名©NXROBO20237Linux在使用串口读写数据时，经常面临插拔串口后需要重新给权限，还有可能串口的名字发生了改变，例如由ttyUSB0变为了ttyUSB1，为了让程序能够正确读取到开发板串口数据，且不用每次都修改代码，最好给开发板对应的串口固定为一个串口名字，同时给上权限，可根据设备ID或者USB口进行固定。根据设备ID固定根据设备芯片的设备ID来可以区分不同设备对应的USB，不同芯片的设备ID不同，但此方法不适用于有两个设备相同的情况。

根据USB口固定Linux设备的每个USB口的（KERNELS）是不同的且固定的，可以修改固定USB口开固定设备串口，此方法灵活性不高，设备必须接固定USB口。根据USB口固定串口©NXROBO202381查看USB对应的KERNEL2建立规则文件3串口映射成功SPARK的通讯框架©NXROBO20239硬件架构©NXROBO202310外设通过无线，内部通过串口和NUC通信，控制底盘。通信架构实现©NXROBO202311外设通过无线，内部通过串口和NUC通信，控制底盘。手机客户端手机端需进行无线连接，使用wifi，实现TCP客户端程序，用于发送控制指令到达星火派开发板。

星火派作为TCP服务端，接收客户端发来的机器人控制指令消息，并对消息进行处理。采用轻量级的TCP/IP协议栈LwIP进行标准的socket编程。作为机器人控制发送节点，需要编写串口驱动通过USB接口与NUC进行信息交互。

NUC作为机器人控制接收节点，正确配置好环境使能够识别到星火派，需要在ROS系统中适配好串口驱动，与星火派进行通信。作为机器人各个部件的控制中心，需要组织ROS通信节点，实现节点间的通信。无线控制通信©NXROBO202312星火派开发板通过无线的方式和外部设备通信，如手机，平板等；而通过无线控制实现方式有很多，如蓝牙、红外、LoRa、WiFi等，它们在应用场景、传输距离、数据传输速率等方面有所不同。蓝牙：主要用于短距离通信。其最大传输距离一般在10米左右，具有低功耗、低成本、简单易用等特点。红外：红外通信的距离相对较短，需要发送和接收端直接对准才能进行数据传输。它最大的优点是安全性高，但是受到环境因素的影响较大，如遮挡、强光等均会影响通信效果。LoRa：是一种低功耗、长距离、低速率的无线通信技术，适合于物联网等物联设备的连接和数据传输。它的传输距离可以达到数公里，但传输速率较慢。WiFi：是一种高速的无线局域网通信技术，支持高速数据传输和多用户同时访问。其传输距离较短，一般在100米左右。WiFi在家庭网络、企业办公中应用广泛，也是公共场所提供无线网络服务的主要技术之一。WIFI通信©NXROBO202313STA和AP在无线网络中是两个重要的概念，分别代表了不同的工作模式。即客户端，是指连接到一个已经存在的Wi-Fi网络上的设备。STA只拥有连接到Wi-Fi网络的基本权限，例如接收和发送数据，但不能创建Wi-Fi网络、给其他设备提供服务等。AP（AccessPoint）即接入点，是指创建并管理Wi-Fi网络的设备。AP允许其他设备（STA）通过Wi-Fi连接到它所创建的网络，并且可以对这些连接进行管理，例如限制连接数量、控制访问权限等。通常情况下，STA与AP是相互独立的，它们需要通过Wi-Fi信号来建立连接。当一个设备想要连接到一个Wi-Fi网络时，它首先会搜索周围可用的Wi-Fi信号，并找到合适的AP，然后向这个AP发起连接请求。如果连接成功，这个设备就成为了这个Wi-Fi网络的一个STA，可以开始使用网络提供的服务。本版本采用的是STA模式，连接热点或者路由，配置IP。TCP/IPUDP©NXROBO202314TCP（传输控制协议）和UDP（用户数据报协议）是两种常见的互联网传输协议。TCP是一种面向连接的协议，它提供可靠的、有序的、基于字节流的数据传输服务。TCP通过三次握手建立连接，然后在数据传输时进行确认和重传以确保数据可靠性，同时还可以实现流量控制和拥塞控制。TCP适用于要求数据传输可靠性和完整性的应用场景，如网页浏览、电子邮件、文件传输等。UDP是一种无连接的协议，它不提供可靠性和有序性保证，但是传输速度较快。UDP发送端将每个数据包独立地发送出去，接收端收到后直接使用，没有确认和重传机制。UDP适用于需要快速传输数据，但对数据传输可靠性和完整性要求不高的应用场景，如网络游戏、视频会议等。LwIP©NXROBO202315lwIP（轻量级IP协议栈）是一个开源的TCP/IP协议栈，设计用于在嵌入式系统中运行。它是一个小巧、高效、可移植的协议栈，通过最小化内存使用和代码大小，使得它非常适合于资源受限的嵌入式设备。lwIP提供了一系列常用的网络协议，包括IPv4/IPv6、TCP、UDP、ICMP、DNS等，在实现网络连接时提供了强大的功能。同时，lwIP还提供了一些高级特性，例如多个网络接口支持、RawAPI、SocketAPI、SNMP等，可以满足不同应用场景的需求。lwIP的代码极为精简，核心代码只有数十个文件，总代码量仅几十KB，因此非常适合在嵌入式系统中使用。同时，由于lwIP已被广泛应用于各种平台和应用领域，因此有很多社区资源可供参考。星火派的TCP协议也是通过移植的lwIP实现。串口通讯的驱动©NXROBO202316开发板串口驱动©NXROBO202317基于驱动开发介绍里的串口驱动接口，我们需要实现以下接口，提供用于与NUC进行串口通信的驱动。API接口说明voidUART_Init(void);串口初始化intUart_ReceiveData(char*data,unsignedintlen);串口接收数据intUart_SentData(char*data,unsignedintlen);串口发送数据开发板串口驱动©NXROBO202318void

UART_Init(void){

uint32_t

ret;

IotUartAttributeuart_attr

={

//波特率115200d、数据位8、停止位1、无奇偶检验位

.baudRate=

115200,

.dataBits=

8,

.stopBits=

1,

.parity=

0,

.rxBlock=

1,

};

IoTGpioInit(HI_GPIO_IDX_5);//初始化GPIO5

IoTGpioInit(HI_GPIO_IDX_6);//初始化GPIO6

hi_io_set_func(HI_GPIO_IDX_5,HI_IO_FUNC_GPIO_5_UART1_RXD);

hi_io_set_func(HI_GPIO_IDX_6,HI_IO_FUNC_GPIO_6_UART1_TXD);

//初始化串口

ret

=

IoTUartInit(UART_PORT,&uart_attr);

if(ret

!=IOT_SUCCESS)

{

printf("Failedtoinituart%d.",UART_PORT);

return;

}

}串口参数配置初始化引脚功能串口初始化开发板串口驱动©NXROBO202319串口接收采用超时机制，防止进程阻塞在等待串口接收导致其他功能无法正常运行。int

Uart_ReceiveData(char

*data,

unsigned

intlen){

uint16_t

rxlen

=0;

int

ret

=

0;

while(len

-

rxlen

>

0)

{

ret

=

hi_uart_read_timeout(UART_PORT,(unsigned

char

*)data+rxlen,len-rxlen,20);

if(ret

==

0

&&

rxlen

!=

0)

{

return

rxlen;

}

else

{

rxlen

+=

ret;

}

}

return

rxlen;}

int

Uart_SentData(char

*data,

unsigned

intlen){

int

ret;

ret

=

IoTUartWrite(UART_PORT,(unsigned

char

*)data,len);

if(ret

==

-1)

{

printf("Uartwritedataerror!\r\n");

}

return

ret;}串口发送使用IoTUartWrite发送数据。ROS串口驱动©NXROBO202320在功能包下使用串口驱动时，需在对应CMakeList.txt的find_package添加serial。相关驱动参考hm_read_node.cpp（串口数据读取节点）以及hm_write_node.cpp（串口数据发送节点）开发板串口驱动©NXROBO202321初始化串口参数，设备名称，波特率等，打开串口。

serial::Serial_serial;

try

{

_serial.setPort("/dev/SPARK-HM-PI");

_serial.setBaudrate(115200);

serial::Timeoutto=serial::Timeout::simpleTimeout(1000);

_serial.setTimeout(to);

_serial.open();

ROS_INFO_STREAM("Porthasbeenopensuccessfully");

}

catch(serial::IOException&e)

{

ROS_ERROR_STREAM("Unabletoopenport");

return

-1;

}

if(_serial.isOpen())

{

ROS_INFO_STREAM("Portisopen");

}

while(ros::ok())

{

if(_serial.available())

{

result.data.clear();

result.data

=

_serial.read(_serial.available()); /*在此处进行数据解析*/ }}循环读取串口数据，将读取的数据存放在result.data中，之后可进行数据解析。开发板串口驱动©NXROBO202322同样初始化并打开串口

serial::Serial_serial;

try

{

_serial.setPort("/dev/SPARK-HM-PI");

_serial.setBaudrate(115200);

serial::Timeoutto=serial::Timeout::simpleTimeout(1000);

_serial.setTimeout(to);

_serial.open();

ROS_INFO_STREAM("Porthasbeenopensuccessfully");

}

catch(serial::IOException&e)

{

ROS_INFO_STREAM("Unabletoopenport");

return

-1;

}

if(_serial.isOpen())

{

ROS_INFO_STREAM("Portisopen");

}

_serial.write(msg->data);

调用write进行数据发送实现开源鸿蒙与ROS的通讯©NXROBO202323实现开源鸿蒙与ROS的通讯©NXROBO202324示例：在实际机器人开发中，需要开源鸿蒙开发板作为控制节点发送控制指令到NUC中，下面这个示例将模拟发送指令，复现开源鸿蒙与ROS的通讯的实现过程。static

void

SPARK_Uart_Task(void){

int

i

=

0;

char

*data

=

"HereisSPARK-HM-PI:";

char

uart_buff[UART_BUFF_SIZE]={0};

UART_Init();

while(1)

{

sprintf(uart_buff,"%s%d\n",data,i);

Uart_SentData(uart_buff,sizeof(uart_buff));

i++;

usleep(1000000);

}}

尝试使用上一节写好的串口驱动，在开源鸿蒙端给NUC端不断发送信息，串口任务示例代码如下。具体可参考spark_uart案例。ROS端实现©NXROBO202325在spark_hm_pi功能包中创建hm_uart_test节点，新建hm_uart_test.cpp文件,并将该节点驱动代码加入编译，在CMakeList.txt添加如下代码：add_executable(hm_uart_testsrc/hm_uart_test.cpp)target_link_libraries(hm_uart_test

${catkin_LIBRARIES})实现开源鸿蒙与ROS的通讯©NXROBO202326hm_uart_test.cpp实现：try

{

_serial.setPort("/dev/SPARK-HM-PI");

_serial.setBaudrate(115200);

serial::Timeoutto=

serial::Timeout::simpleTimeout(1000);

_serial.setTimeout(to);

_serial.open();

ROS_INFO_STREAM("Porthasbeenopensuccessfully");

}

catch(serial::IOException&e)

{

ROS_ERROR_STREAM("Unabletoopenport");

return

-1;

}

if

(_serial.isOpen())

{

ROS_INFO_STREAM("Portisopen");

}

while