《鸿蒙机器人编程》课件-9-ROS调试与可视化工具

ROS调试与可视化工具课程介绍课程安排：介绍ROS程序调试方式、诊断工具和可视化工具等。课程目的：有效地使用调试诊断工具，加快ROS程序开发所需基础：ROS系统基础、了解GDB调试器。2©NXROBO2022课程内容日志记录工具GBD调试器ROS系统诊断工具roswtf可视化工具Rviz数据保存与回放工具rosbag3©NXROBO2022ROS程序的调试为了监测ROSnode内部代码执行的情况，可以从以下三个层面着手，使软件调试更加容易:输出调试信息动态调试ROS组件工具4©NXROBO2022输出调试信息在编写程序时，在恰当位置设置打印输出调试信息以显示程序的运行状态是非常重要的roscpp：使用rosconsole功能包以ROS_形式的宏提供客户端的日志记录API；4种日志记录方式；5种详细级别；支持printf形式及stream形式的格式化输出

rospy：以log开头的methods同样提供4种日志记录方式及5种详细级别的日志记录。5©NXROBO2022日志记录方式与级别日志记录四种方式：stdoutstderrlogfile/rosoutTOPIC6日志记录五个级别：DEBUG（对应rospy中的logdebug）INFO（loginfo）WARN（logwarn）ERROR（logerr）FATAL（logfatal）©NXROBO2022日志记录方式与级别具体列表如下，左侧为roscpp的日志等级，右侧为rospy的日志等级。7©NXROBO2022调试信息的输出举例基本信息语句形式为ROS_<LEVEL>[_STREAM]，如ROS_DEBUG(...)ROS_DEBUG_STREAM(args)因为日志记录宏是由roscosole功能包提供的，所以要包含console.h头文件。代码中以DEBUG级别为例就printf和stream风格输出日志信息。这样的日志记录的输出者为默认的ros.<your_package_name>。8©NXROBO2022日志记录方式与级别不管在终端还是rqt工具中，各级别的日志文字的输出颜色是不一样的。DEBUG为绿色，INFO为白色，WARN为黄色，ERROR为红色，以及FATAL为紫色。所有输出的调试信息都附带其级别和当前时间戳(方括号中的数值)。时间戳以公历时间计时，表示自1970年以来的秒和纳秒计数，时间戳之后是具体的信息。9©NXROBO2022日志记录方式与级别10©NXROBO2022动态调试ROS节点调试信息可以大致了解程序的执行进度及逻辑走向，对于大段计算算法及bug排除，调试信息打印显得有点力不从心，而动态调试则高效得多，获取程序的实时信息更为直接。对于Linux系统中的可执行程序(elf文件），动态调试一般使用GDB调试器。11©NXROBO2022GDB调试前的准备GDB调试前的准备为了保证能进行源码级稳定的调试，须做以下工作：编译时一定要加上选项"-g",这样编译出的可执行代码中才包含调试信息,否则GDB无法关联源码。编译时不能使用-O2选项对可执行文件进行优化,否则可能在调试过程中出现不可预知的错误或问题。12©NXROBO2022GDB调试前的准备对于roscpp程序，可在CMakeLists.txt下加入：

SET(CMAKE_BUILD_TYPE"Debug")

SET(CMAKE_CXX_FLAGS_DEBUG"$ENV{CXXFLAGS}-O0-Wall-g-ggdb")SET(CMAKE_CXX_FLAGS_RELEASE"$ENV{CXXFLAGS}-O3-Wall")因为CMake中有一个变量

CMAKE_BUILD_TYPE，可以的取值是

Debug、Release、RelWithDebInfo

和

MinSizeRel。当这个变量值为

Debug

的时候，CMake会使用变量

CMAKE_CXX_FLAGS_DEBUG

和

CMAKE_C_FLAGS_DEBUG

中的字符串作为编译选项生成Makefile;除此之外，还要保证GDB能找到源码文件，-g选项的作用是在可执行文件中加入源代码的关联信息，因为并不是把整个源文件嵌入到可执行文件中，GDB会在编译目录和当前目录搜索源码。13©NXROBO2022调用GDB调试器直接启动GDB通过rosrun启动GDB通过roslaunch启动GDBGDB挂接已运行进程14©NXROBO2022调用GDB调试器直接启动GDB

对于不需要参数设置和重映像的node运行，可以直接运行程序，而无需使用标准的rosrun<package><node>的语法。

所以只要保证roscore已经启动，调试ROS节点程序如同调试普通C/C++程序一样：

15$gdbexecutable©NXROBO2022调用GDB调试器通过rosrun启动GDB从Indigo版本开始，rosrun工具增加了--prefix选项，通过此选项可在GDB环境下启动node：16$rosrun--prefix'gdb-exrun--args'my_packagemy_node©NXROBO2022调用GDB调试器通过roslaunch启动GDBroslaunch文件中的标签可通过launch-prefix属性以调试器环境运行node，如：launch-prefix="xterm-egdb--args"launch-prefix="gdb-exrun--args"launch-prefix="valgrind"GDB挂接已运行进程用gdbPID(PID为程序进程)格式挂接正在运行的程序。先用gdbprogram

关联上源代码，并进入gdb，在gdb中用attach命令来挂接进程PID。并用detach来取消挂接的进程。17©NXROBO2022GDB常用命令

命令

描述backtrace(bt)

查看各级函数调用及参数

finish

连续运行到当前函数返回为止，然后停下来等待命令

frame(f)

帧编号

选择栈帧

info(i)locals

查看当前栈帧局部变量的值

list(l)

列出源代码，接着上次的位置往下列，每次列10行

listrow

根据行号row列出从第几行开始的源代码

listfunc

根据函数名func列出某个函数的源代码

next(n)

执行下一行语句

print(p)

打印表达式的值，通过表达式可以修改变量的值或者调用函数

quit(q)退出gdb调试环境

setvar

修改变量的值

start

开始执行程序，停在main函数第一行语句前面等待命令

step(s)

执行下一行语句，如果有函数调用则进入到函数中18©NXROBO2022GDB补充说明GDB的具体使用请查阅官网：/gdb/download/onlinedocs/二进制文件调试除了GDB，其它工具如性能检测等功能的工具也同样可以使用，如Valgrind。另外，如果觉得GDB的不友好显示是个障碍，可使用集成GDB的图形化程序如DDD或GDB自带的gdbtui。19©NXROBO2022ROS系统状态检测有很多时候，ROS系统内的node没有出错但是没有按我们预期来运行，比如有些node似乎没有接收到TOPIC，有些似乎没有调用SERVICE。还有些时候，我们想了解系统内各node的状态、关联情况和一些实时信息，ROS提供了一套工具来满足这些需求。这些工具对于大型的ROS系统来说显得尤其重要。因为大型系统node多，关联复杂，系统运行状态难以预料，个别node崩溃或功能异常偶有发生。20©NXROBO2022ROS系统诊断工具roswtfROS还提供了roswtf工具来检测ROS系统安装、环境变量、功能包、roslaunch文件的潜在问题，而且支持插件扩展功能。检查系统安装及环境变量问题直接运行roswtf即可。检查功能包需切换到功能包目录下运行roswtf。检查roslaunch文件，命令格式为：

21$roswtfyourfile.launch$roswtf©NXROBO2022roswtf运行22©NXROBO2022roswtf运行23©NXROBO2022roswtf运行24©NXROBO2022roswtf其他状况说明roswtf工具还支持以下选项：

--all

roswtf将检查*ROS_PACKAGE_PATH*变量指向路径中的所有功能包

--no-plugins禁用roswtf插件

--offline只进行离线测试

通常情况下，我们所希望获得的结果是没有任何的错误和警告，但总是会出现地些警告或错误。一般来说警告对系统正常运行是没有影响的，如出现错误信息也并不一定系统出现异常，如果系统异常可参照错误信息来判断问题所在。25©NXROBO2022图像可视化工具image_view

单一图像预览工具，使用方法为：

其中/camera为图像发布至的TOPIC，实际使用时需要具体对待和更改。rqt_image_view

自由图像预览工具，使用方法为：

可自由选择图像TOPIC并显示图像。这两款工具均可以保存预览的图像。rviz工具中也可显示图像。26$rosrunimage_viewimage_viewimage:=/camera$rosrunrqt_image_viewrqt_image_view©NXROBO20223D可视化工具在实际的机器人硬件系统中有很多设备（例如双目摄像头、3D激光雷达和Kinect传感器）能够提供点云格式的3D数据，实现3D数据可视化就显得非常有意义。ROS系统就提供了这样的工具rviz（rqt工具中也提供了其插件）。它集成了能够完成3D数据处理的OpenGL接口，能够将传感器数据在模型化世界（World）中展示，过程是先使用传感器坐标系读取测量值，再将这些读数按照之间的相对位置在正确的位置绘制。27©NXROBO2022初步使用rvizrviz启动方式：直接启动

以插件形式通过rqt启动

或先启动rqt，再在GUI中手动加载rviz插件28$rviz$rosrunrvizrviz$rosrunrqt_rvizrqt_rviz©NXROBO2022初步使用rviz29©NXROBO2022使用rosbag记录数据通过rosbag工具的record命令执行数据记录操作，如：

/camera和/tf两个Topic使用bz2压缩算法保存为test.bag文件30$rosbagrecord/camera/tf-j-Otest©NXROBO2022回放消息记录数据回放消息记录文件，只需要运行roscore，而不需要再运行其他任何节点。然后，执行类似以下命令：

回放的Topic会发布出来。回放过程中可以使用空格暂停或使用“S”键步进，回放结束会自动停止。

记录包文件可以像实时会话一样在ROS中再现情