ROS入门笔记（七）：详解ROS文件系统

文章目录

01 Catkin编译系统
- 1.1 Catkin特点
- 1.2 Catkin工作原理
- 1.3 使用`catkin_make`进行编译
02 Catkin工作空间
- 2.1 创建catkin工作空间
- 2.2 编译工作空间
- 2.3 设置环境变量
- 2.4 检查环境变量
03 catkin结构介绍
- 小结
04 Package软件包
- 4.1 package结构
- 4.2 package的创建
- 4.3 package相关命令
- - 4.3.1 rospack
  - 4.3.2 roscd
  - 4.3.3 rosls
  - 4.3.4 rosdep
05 CMakeLists.txt
- 5.1 CMakeLists.txt作用
- 5.2 CMakeLists.txt写法
- 5.3 CMakeLists例子
06 package.xml
- 6.1 package.xml作用
- 6.2 package.xml写法
- 6.3 pacakge.xml例子
07 Metapackage
- 7.1 Metapackage介绍
- 7.2 Metapackage写法
08 其他常见文件类型
- 8.1 launch文件
- 8.2 msg/srv/action文件
- 8.3 urdf/xacro文件
- 8.4 yaml文件
- 8.5 dae/stl文件
- 8.6 rviz文件
09 参考资料

本章主要介绍了ROS的工程结构，也就是ROS的文件系统结构。要学会建立一个ROS工程，首先要认识一个ROS工程，了解它们的组织架构，从根本上熟悉ROS项目的组织形式，了解各个文件的功能和作用，才能正确的进行开发和编程。

本章的主要内容有，介绍catkin的编译系统，catkin工作空间的创建和结构，package软件包的创建和结构，介绍CMakeLists.txt文件，package.xml以及其他常见文件。从而系统的梳理了ROS文件空间的结构，对于我们ROS学习和开发有着重要的作用。

01 Catkin编译系统

对于源代码包，我们只有编译才能在系统上运行。而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。

早期的ROS编译系统是rosbuild，但随着ROS的不断发展，rosbuild逐渐暴露出许多缺点，不能很好满足系统需要。在Groovy版本面世后，Catkin作为rosbuild的替代品被正式投入使用。Catkin操作更加简化且工作效率更高，可移植性更好，而且支持交叉编译和更加合理的功能包分配。目前的ROS同时支持着rosbuild和Catkin两种编译系统，但ROS的核心软件包也已经全部转换为Catkin。rosbuild已经被逐步淘汰，所以建议初学者直接上手Catkin。

本节我们主要来介绍catkin的编译系统。

1.1 Catkin特点

Catkin是基于CMake的编译构建系统，具有以下特点：

Catkin沿用了包管理的传统像 find_package()基础结构,pkg-config
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：

package.xml: 包括了package的描述信息
- name, description, version, maintainer(s), license
- opt. authors, url’s, dependencies, plugins, etc…
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

1.2 Catkin工作原理

catkin编译的工作流程如下：

首先在工作空间catkin_ws/src/下递归的查找其中每一个ROS的package。
package中会有package.xml和CMakeLists.txt文件，Catkin(CMake)编译系统依据CMakeLists.txt文件,从而生成makefiles(放在catkin_ws/build/)。
然后make刚刚生成的makefiles等文件，编译链接生成可执行文件(放在catkin_ws/devel)。

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

1.3 使用`catkin_make`进行编译

要用catkin编译一个工程或软件包，只需要用catkin_make指令。一般当我们写完代码，执行一次catkin_make进行编译,调用系统自动完成编译和链接过程，构建生成目标文件。编译的一般性流程如下：

$ cd ~/catkin_ws #回到工作空间,catkin_make必须在工作空间下执行
$ catkin_make    #开始编译
$ source ~/catkin_ws/devel/setup.bash #刷新坏境

注意: catkin编译之前需要回到工作空间目录，catkin_make在其他路径下编译不会成功。编译完成后，如果有新的目标文件产生（原来没有），那么一般紧跟着要source刷新环境，使得系统能够找到刚才编译生成的ROS可执行文件。这个细节比较容易遗漏，致使后面出现可执行文件无法打开等错误。

catkin_make命令也有一些可选参数，例如：

catkin_make [args]-h, --help            帮助信息-C DIRECTORY, --directory DIRECTORY工作空间的路径 (默认为 '.')--source SOURCE       src的路径 (默认为'workspace_base/src')--build BUILD         build的路径 (默认为'workspace_base/build')--use-ninja           用ninja取代make--use-nmake           用nmake取'make--force-cmake         强制cmake，即使已经cmake过--no-color            禁止彩色输出(只对catkin_make和CMake生效)--pkg PKG [PKG ...]   只对某个PKG进行make--only-pkg-with-deps  ONLY_PKG_WITH_DEPS [ONLY_PKG_WITH_DEPS ...]将指定的package列入白名单CATKIN_WHITELIST_PACKAGES，之编译白名单里的package。该环境变量存在于CMakeCache.txt。--cmake-args [CMAKE_ARGS [CMAKE_ARGS ...]]传给CMake的参数--make-args [MAKE_ARGS [MAKE_ARGS ...]]传给Make的参数--override-build-tool-check用来覆盖由于不同编译工具产生的错误

02 Catkin工作空间

Catkin工作空间是创建、修改、编译catkin软件包的目录。catkin的工作空间，直观的形容就是一个仓库，里面装载着ROS的各种项目工程，便于系统组织管理调用。在可视化图形界面里是一个文件夹。我们自己写的ROS代码通常就放在工作空间中，本节就来介绍catkin工作空间的结构。

2.1 创建catkin工作空间

创建一个 catkin 工作空间：

$ mkdir -p ~/catkin_ws/src  # 创建了第二层级的文件夹src，这是放ROS软件包的地方
$ cd ~/catkin_ws/src        # 进入工作空间，catkin_make必须在工作空间这个路径上执行
$ catkin_init_workspace     # 初始化src目录，生成的CMakeLists.txt为功能包编译配置

2.2 编译工作空间

$ cd ~/catkin_ws   # 回到工作空间,catkin_make必须在工作空间下执行；
$ catkin_make     # 开始编译，调用系统自动完成编译和链接过程，构建生成目标文件

注意: catkin编译之前需要回到工作空间目录，catkin_make在其他路径下编译不会成功。

==编译完成后，如果有新的目标文件产生（原来没有），那么一般紧跟着要source刷新环境，使得系统能够找到刚才编译生成的ROS可执行文件。==这个细节比较容易遗漏，致使后面出现可执行文件无法打开等错误。

catkin_make命令也有一些可选参数，例如：

catkin_make [args]-h, --help            帮助信息-C DIRECTORY, --directory DIRECTORY工作空间的路径 (默认为 '.')--source SOURCE       src的路径 (默认为'workspace_base/src')--build BUILD         build的路径 (默认为'workspace_base/build')--use-ninja           用ninja取代make--use-nmake           用nmake取'make--force-cmake         强制cmake，即使已经cmake过--no-color            禁止彩色输出(只对catkin_make和CMake生效)--pkg PKG [PKG ...]   只对某个PKG进行make--only-pkg-with-deps  ONLY_PKG_WITH_DEPS [ONLY_PKG_WITH_DEPS ...]将指定的package列入白名单CATKIN_WHITELIST_PACKAGES，之编译白名单里的package。该环境变量存在于CMakeCache.txt。--cmake-args [CMAKE_ARGS [CMAKE_ARGS ...]]传给CMake的参数--make-args [MAKE_ARGS [MAKE_ARGS ...]]传给Make的参数--override-build-tool-check用来覆盖由于不同编译工具产生的错误

注意， 对于 Python 3 用户，在一个空的 catkin 工作空间中第一次运行 catkin_make的命令应为：

$ catkin_make -DPYTHON_EXECUTABLE=/usr/bin/python3

这将会配置 catkin_make 使用 Python 3.你可以在随后的构建中只使用 catkin_make。

2.3 设置环境变量

另外，如果你查看一下当前目录应该能看到 ‘build’ 和 ‘devel’ 这两个文件夹。在 ‘devel’ 文件夹里面你可以看到几个 setup.*sh 文件。source 这些文件中的任何一个都可以将当前工作空间设置在ROS工作环境的最顶层。接下来首先 source 一下新生成的 setup.*sh 文件：

$ source devel/setup.bash   # 刷新坏境

2.4 检查环境变量

要想保证工作空间已配置正确，需确保ROS_PACKAGE_PATH环境变量包含你的工作空间目录，采用以下命令查看：

$ echo $ROS_PACKAGE_PATH
#  出现 /home/<youruser>/catkin_ws/src:/opt/ros/kinetic/share

到此你的工作环境已经搭建完成。

03 catkin结构介绍

catkin的结构十分清晰，具体的catkin工作空间结构图如下。初看起来catkin工作空间看起来极其复杂，其实不然，catkin工作空间的结构其实非常清晰。

在工作空间下用tree命令，显示文件结构。

$ cd ~/catkin_ws
$ sudo apt install tree
$ tree

结果为：

─ build
│   ├── catkin
│   │   └── catkin_generated
│   │       └── version
│   │           └── package.cmake
│   ├──
......│   ├── catkin_make.cache
│   ├── CMakeCache.txt
│   ├── CMakeFiles
│   │   ├──
......├── devel
│   ├── env.sh
│   ├── lib
│   ├── setup.bash
│   ├── setup.sh
│   ├── _setup_util.py
│   └── setup.zsh
└── src
└── CMakeLists.txt -> /opt/ros/kinetic/share/catkin/cmake/toplevel.cmake

通过tree命令可以看到catkin工作空间的结构,它包括了src、build、devel三个路径，在有些编译选项下也可能包括其他。但这三个文件夹是catkin编译系统默认的。它们的具体作用如下：

src/: ROS的catkin软件包（源代码包）
build/: catkin（CMake）的缓存信息和中间文件
devel/: 生成的目标文件（包括头文件，动态链接库，静态链接库，可执行文件等）、环境变量

在编译过程中，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：

小结

catkin工作空间基本就是以上的结构，package是catkin工作空间的基本单元，我们在ROS开发时，写好代码，然后catkin_make，系统就会完成所有编译构建的工作。至于更详细的package内容，我们将在下节继续介绍。

04 Package软件包

ROS程序只有组成package才能编译；
package是ROS源代码存放的地方；
ROS的代码无论是C++还是Python都要放到package中，这样才能正常的编译和运行；
一个package可以编译出来多个目标文件（ROS可执行程序、动态静态库、头文件等等）。

4.1 package结构

一个package下常见的文件、路径有：

  ├── CMakeLists.txt    #package的编译规则(必须)；定义package的包名、依赖、源文件等├── package.xml       #package的描述信息(必须)；描述package的包名、版本号、作者、依赖等├── src/              #存放ROS源代码文件；包括C++的源码和(.cpp)以及Python的module(.py)├── include/          #存放C++源码对应头文件├── scripts/          #可执行脚本；例如shell脚本(.sh)、Python脚本(.py)├── msg/              #自定义消息；存放自定义格式的消息(.msg)├── srv/              #自定义服务；存放自定义格式的服务(.srv)├── models/           #3D模型文件；存放机器人或仿真场景的3D模型(.sda, .stl, .dae等)├── urdf/             #urdf文件；存放机器人的模型描述(.urdf或.xacro)├── launch/           #launch文件；存放launch文件(.launch或.xml)

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。
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。

4.2 package的创建

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。

例如，新建一个package叫做test_pkg,依赖roscpp、rospy、std_msgs(常用依赖)。

$ catkin_create_pkg test_pkg roscpp rospy std_msgs

这样就会在当前路径下新建test_pkg软件包，包括：

  ├── CMakeLists.txt├── include│   └── test_pkg├── package.xml└── src

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。

4.3 package相关命令

4.3.1 rospack

rospack是对package管理的工具，命令的用法如下：

rostopic命令	作用
`rospack help`	显示rospack的用法
`rospack list`	列出本机所有package
`rospack depends [package]`	显示package的依赖包
`rospack find [package]`	定位某个package
`rospack profile`	刷新所有package的位置记录

以上命令如果package缺省，则默认为当前目录(如果当前目录包含package.xml)

4.3.2 roscd

roscd命令类似与Linux系统的cd，改进之处在于roscd可以直接cd到ROS的软件包。

rostopic命令	作用
`roscd [pacakge]`	cd到ROS package所在路径

4.3.3 rosls

rosls也可以视为Linux指令ls的改进版，可以直接lsROS软件包的内容。

rosls命令	作用
`rosls [pacakge]`	列出pacakge下的文件

4.3.4 rosdep

rosdep是用于管理ROS package依赖项的命令行工具，用法如下：

rosdep命令	作用
`rosdep check [pacakge]`	检查package的依赖是否满足
`rosdep install [pacakge]`	安装pacakge的依赖
`rosdep db`	生成和显示依赖数据库
`rosdep init`	初始化/etc/ros/rosdep中的源
`rosdep keys`	检查package的依赖是否满足
`rosdep update`	更新本地的rosdep数据库

一个较常使用的命令是：

rosdep install --from-paths src --ignore-src --rosdistro=kinetic -y#用于安装工作空间中`src`路径下所有package的依赖项（由pacakge.xml文件指定）

05 CMakeLists.txt

5.1 CMakeLists.txt作用

CMakeLists.txt原本是Cmake编译系统的规则文件，而Catkin编译系统基本沿用了CMake的编译风格，只是针对ROS工程添加了一些宏定义。所以在写法上，catkin的CMakeLists.txt与CMake的基本一致。

这个文件直接规定了这个package要依赖哪些package，要编译生成哪些目标，如何编译等等流程。所以CMakeLists.txt非常重要，它指定了由源码到目标文件的规则，catkin编译系统在工作时首先会找到每个package下的CMakeLists.txt，然后按照规则来编译构建。

5.2 CMakeLists.txt写法

CMakeLists.txt的基本语法都还是按照CMake，而Catkin在其中加入了少量的宏，总体的结构如下：

cmake_minimum_required() #CMake的版本号
project()                #项目名称
find_package()           #找到编译需要的其他CMake/Catkin package
catkin_python_setup()    #catkin新加宏，打开catkin的Python Module的支持
add_message_files()      #catkin新加宏，添加自定义Message/Service/Action文件
add_service_files()
add_action_files()
generate_message()       #catkin新加宏，生成不同语言版本的msg/srv/action接口
catkin_package()         #catkin新加宏，生成当前package的cmake配置，供依赖本包的其他软件包调用
add_library()            #生成库
add_executable()         #生成可执行二进制文件
add_dependencies()       #定义目标文件依赖于其他目标文件，确保其他目标已被构建
target_link_libraries()  #链接
catkin_add_gtest()       #catkin新加宏，生成测试
install()                #安装至本机

如果你从未接触过CMake的语法，请阅读《CMake实践》：https://github.com/Akagi201/learning-cmake/blob/master/docs/cmake-practice.pdf 。掌握CMake语法对于理解ROS工程很有帮助。

5.3 CMakeLists例子

为了详细的解释CMakeLists.txt的写法，我们以turtlesim小海龟这个pacakge为例，读者可roscd到tuetlesim包下查看，在turtlesim/CMakeLists.txt的写法如下,:

cmake_minimum_required(VERSION 2.8.3)
#CMake至少为2.8.3版project(turtlesim)
#项目(package)名称为turtlesim，在后续文件中可使用变量${PROJECT_NAME}来引用项目名称turltesimfind_package(catkin REQUIRED COMPONENTS geometry_msgs message_generation rosconsole roscpp roscpp_serialization roslib rostime std_msgs std_srvs)
#cmake宏，指定依赖的其他pacakge，实际是生成了一些环境变量，如<NAME>_FOUND, <NAME>_INCLUDE_DIRS, <NAME>_LIBRARYIS
#此处catkin是必备依赖 其余的geometry_msgs...为组件find_package(Qt5Widgets REQUIRED)
find_package(Boost REQUIRED COMPONENTS thread)include_directories(include ${catkin_INCLUDE_DIRS} ${Boost_INCLUDE_DIRS})
#指定C++的头文件路径
link_directories(${catkin_LIBRARY_DIRS})
#指定链接库的路径add_message_files(DIRECTORY msg FILES
Color.msg Pose.msg)
#自定义msg文件add_service_files(DIRECTORY srv FILES
Kill.srv
SetPen.srv
Spawn.srv
TeleportAbsolute.srv
TeleportRelative.srv)
#自定义srv文件generate_messages(DEPENDENCIES geometry_msgs std_msgs std_srvs)
#在add_message_files、add_service_files宏之后必须加上这句话，用于生成srv msg头文件/module，生成的文件位于devel/include中catkin_package(CATKIN_DEPENDS geometry_msgs message_runtime std_msgs std_srvs)
# catkin宏命令，用于配置ROS的package配置文件和CMake文件
# 这个命令必须在add_library()或者add_executable()之前调用，该函数有5个可选参数：
# (1) INCLUDE_DIRS - 导出包的include路径
# (2) LIBRARIES - 导出项目中的库
# (3) CATKIN_DEPENDS - 该项目依赖的其他catkin项目
# (4) DEPENDS - 该项目所依赖的非catkin CMake项目。
# (5) CFG_EXTRAS - 其他配置选项set(turtlesim_node_SRCS
src/turtlesim.cpp
src/turtle.cpp
src/turtle_frame.cpp
)
set(turtlesim_node_HDRS
include/turtlesim/turtle_frame.h
)
#指定turtlesim_node_SRCS、turtlesim_node_HDRS变量qt5_wrap_cpp(turtlesim_node_MOCS ${turtlesim_node_HDRS})add_executable(turtlesim_node ${turtlesim_node_SRCS} ${turtlesim_node_MOCS})
# 指定可执行文件目标turtlesim_node
target_link_libraries(turtlesim_node Qt5::Widgets ${catkin_LIBRARIES} ${Boost_LIBRARIES})
# 指定链接可执行文件
add_dependencies(turtlesim_node turtlesim_gencpp)add_executable(turtle_teleop_key tutorials/teleop_turtle_key.cpp)
target_link_libraries(turtle_teleop_key ${catkin_LIBRARIES})
add_dependencies(turtle_teleop_key turtlesim_gencpp)add_executable(draw_square tutorials/draw_square.cpp)
target_link_libraries(draw_square ${catkin_LIBRARIES} ${Boost_LIBRARIES})
add_dependencies(draw_square turtlesim_gencpp)add_executable(mimic tutorials/mimic.cpp)
target_link_libraries(mimic ${catkin_LIBRARIES})
add_dependencies(mimic turtlesim_gencpp)
# 同样指定可执行目标、链接、依赖install(TARGETS turtlesim_node turtle_teleop_key draw_square mimic
RUNTIME DESTINATION ${CATKIN_PACKAGE_BIN_DESTINATION})
# 安装目标文件到本地系统install(DIRECTORY images
DESTINATION ${CATKIN_PACKAGE_SHARE_DESTINATION}
FILES_MATCHING PATTERN "*.png" PATTERN "*.svg")

06 package.xml

package.xml也是一个catkin的package必备文件，它是这个软件包的描述文件，在较早的ROS版本(rosbuild编译系统)中，这个文件叫做manifest.xml，用于描述pacakge的基本信息。如果你在网上看到一些ROS项目里包含着manifest.xml，那么它多半是hydro版本之前的项目了。

6.1 package.xml作用

pacakge.xml包含了package的名称、版本号、内容描述、维护人员、软件许可、编译构建工具、编译依赖、运行依赖等信息。
实际上rospack find、rosdep等命令之所以能快速定位和分析出package的依赖项信息，就是直接读取了每一个pacakge中的package.xml文件。它为用户提供了快速了解一个pacakge的渠道。

6.2 package.xml写法

pacakge.xml遵循xml标签文本的写法，由于版本更迭原因，现在有两种格式并存（format1与format2），不过区别不大。老版本（format1）的pacakge.xml通常包含以下标签:

<pacakge>           根标记文件
<name>              包名
<version>           版本号
<description>       内容描述
<maintainer>        维护者
<license>           软件许可证
<buildtool_depend>  编译构建工具，通常为catkin
<build_depend>      编译依赖项，与Catkin中的
<run_depend>        运行依赖项

说明：其中1-6为必备标签，1是根标签，嵌套了其余的所有标签，2-6为包的各种属性，7-9为编译相关信息。

在新版本（format2）中，包含的标签为：

<pacakge>               根标记文件
<name>                  包名
<version>               版本号
<description>           内容描述
<maintainer>            维护者
<license>               软件许可证
<buildtool_depend>      编译构建工具，通常为catkin
<depend>                指定依赖项为编译、导出、运行需要的依赖，最常用
<build_depend>          编译依赖项
<build_export_depend>   导出依赖项
<exec_depend>           运行依赖项
<test_depend>           测试用例依赖项
<doc_depend>            文档依赖项

由此看见新版本的pacakge.xml格式上增加了、、、 ,相当于将之前的build和run依赖项描述进行了细分。

目前Indigo、Kinetic、Lunar等版本的ROS都同时支持两种版本的package.xml，所以无论选哪种格式都可以。

6.3 pacakge.xml例子

为了说明pacakge.xml写法，还是以turtlesim软件包为例，其pacakge.xml文件内容如下，我们添加了相关的注释：

<?xml version="1.0"?>       <!--本示例为老版本的pacakge.xml-->
<package>                   <!--pacakge为根标签，写在最外面--><name>turtlesim</name><version>0.8.1</version><description>turtlesim is a tool made for teaching ROS and ROS packages.</description><maintainer email="dthomas@osrfoundation.org">Dirk Thomas</maintainer><license>BSD</license><url type="website">http://www.ros.org/wiki/turtlesim</url><url type="bugtracker">https://github.com/ros/ros_tutorials/issues</url><url type="repository">https://github.com/ros/ros_tutorials</url><author>Josh Faust</author><!--编译工具为catkin--><buildtool_depend>catkin</buildtool_depend><!--编译时需要依赖以下包-->  <build_depend>geometry_msgs</build_depend>    <build_depend>qtbase5-dev</build_depend><build_depend>message_generation</build_depend><build_depend>qt5-qmake</build_depend><build_depend>rosconsole</build_depend><build_depend>roscpp</build_depend><build_depend>roscpp_serialization</build_depend><build_depend>roslib</build_depend><build_depend>rostime</build_depend><build_depend>std_msgs</build_depend><build_depend>std_srvs</build_depend><!--运行时需要依赖以下包--><run_depend>geometry_msgs</run_depend><run_depend>libqt5-core</run_depend><run_depend>libqt5-gui</run_depend><run_depend>message_runtime</run_depend><run_depend>rosconsole</run_depend><run_depend>roscpp</run_depend><run_depend>roscpp_serialization</run_depend><run_depend>roslib</run_depend><run_depend>rostime</run_depend><run_depend>std_msgs</run_depend><run_depend>std_srvs</run_depend>
</package>

以上内容是老版本（format1）的写法，如果要写成新版本（format2）则可以改为：

<?xml version="1.0"?>
<package format="2">      <!--在声明pacakge时指定format2，为新版格式--><name>turtlesim</name><version>0.8.1</version><description>turtlesim is a tool made for teaching ROS and ROS packages.</description><maintainer email="dthomas@osrfoundation.org">Dirk Thomas</maintainer><license>BSD</license><url type="website">http://www.ros.org/wiki/turtlesim</url><url type="bugtracker">https://github.com/ros/ros_tutorials/issues</url><url type="repository">https://github.com/ros/ros_tutorials</url><author>Josh Faust</author><!--编译工具为catkin--><buildtool_depend>catkin</buildtool_depend><!--用depend来整合build_depend和run_depend-->  <depend>geometry_msgs</depend><depend>rosconsole</depend><depend>roscpp</depend><depend>roscpp_serialization</depend><depend>roslib</depend><depend>rostime</depend><depend>std_msgs</depend><depend>std_srvs</depend><!--build_depend标签未变--><build_depend>qtbase5-dev</build_depend><build_depend>message_generation</build_depend><build_depend>qt5-qmake</build_depend><!--run_depend要改为exec_depend--><exec_depend>libqt5-core</exec_depend><exec_depend>libqt5-gui</exec_depend><exec_depend>message_runtime</exec_depend>
</package>

07 Metapackage

7.1 Metapackage介绍

在一些ROS的教学资料和博客里，你可能还会看到一个Stack（功能包集）的概念，它指的是将多个功能接近、甚至相互依赖的软件包的放到一个集合中去。但Stack这个概念在Hydro之后就取消了，取而代之的就是Metapackage。尽管换了个马甲，但它的作用没变，都是把一些相近的功能模块、软件包放到一起。

ROS里常见的Metapacakge有：

Metapacakge名称	描述	链接
navigation	导航相关的功能包集	https://github.com/ros-planning/navigation
moveit	运动规划相关的（主要是机械臂）功能包集	https://github.com/ros-planning/moveit
image_pipeline	图像获取、处理相关的功能包集	https://github.com/ros-perception/image_common
vision_opencv	ROS与OpenCV交互的功能包集	https://github.com/ros-perception/vision_opencv
turtlebot	Turtlebot机器人相关的功能包集	https://github.com/turtlebot/turtlebot
pr2_robot	pr2机器人驱动功能包集	https://github.com/PR2/pr2_robot
…	…	…

以上列举了一些常见的功能包集，例如navigation、turtlebot，他们都是用于某一方面的功能，以navigation metapackage（官方介绍里仍然沿用stack的叫法）为例，它包括了以下软件包：

包名	功能
navigation	Metapacakge，依赖以下所有pacakge
amcl	定位
fake_localization	定位
map_server	提供地图
move_base	路径规划节点
nav_core	路径规划的接口类
base_local_planner	局部规划
dwa_local_planner	局部规划
…	…

这里只看一个软件包navigation。这个navigation就是一个简单的pacakge，里面只有几个文件，但由于它依赖了其他所有的软件包。Catkin编译系统会明白，这些软件包都属于navigation metapacakge。

这个道理并不难理解，比如我们在安装ROS时，用到了命令，由于它依赖了ROS所有的核心组件，我们在安装时也就能够安装整个ROS。

sudo apt-get install ros-kinetic-desktop-full

7.2 Metapackage写法

我们以ROS-Academy-for-beginners为例介绍meteapckage的写法，在教学包内，有一个ros-academy-for-beginners软件包，该包即为一个metapacakge，其中有且仅有两个文件：CMakeLists.txt和pacakge.xml。

CMakeLists.txt写法如下：

cmake_minimum_required(VERSION 2.8.3)
project(ros_academy_for_beginners)
find_package(catkin REQUIRED)
catkin_metapackage()   #声明本软件包是一个metapacakge

pacakge.xml写法如下：

<package><name>ros_academy_for_beginners</name><version>17.12.4</version><description>--------------------------------------------------------------------------A ROS tutorial for beginner level learners. This metapacakge includes somedemos of topic, service, parameter server, tf, urdf, navigation, SLAM...It tries to explain the basic concepts and usages of ROS.--------------------------------------------------------------------------</description><maintainer email="chaichangkun@163.com">Chai Changkun</maintainer><author>Chai Changkun</author><license>BSD</license>  <url>http://http://www.droid.ac.cn</url><buildtool_depend>catkin</buildtool_depend><run_depend>navigation_sim_demo</run_depend>  <!--注意这里的run_depend标签，将其他软件包都设为依赖项--><run_depend>param_demo</run_depend><run_depend>robot_sim_demo</run_depend><run_depend>service_demo</run_depend><run_depend>slam_sim_demo</run_depend><run_depend>tf_demo</run_depend><run_depend>topic_demo</run_depend><export>    <!--这里需要有export和metapacakge标签，注意这种固定写法--><metapackage/></export>
</package>

metapacakge中的以上两个文件和普通pacakge不同点是：

CMakeLists.txt:加入了catkin_metapackage()宏，指定本软件包为一个metapacakge。
package.xml:标签将所有软件包列为依赖项，标签中添加标签声明。

metapacakge在我们实际开发一个大工程时可能有用。

08 其他常见文件类型

在ROS的pacakge中，还有其他许多常见的文件类型，这里做个总结。

8.1 launch文件

launch文件一般以.launch或.xml结尾，它对ROS需要运行程序进行了打包，通过一句命令来启动。一般launch文件中会指定要启动哪些package下的哪些可执行程序，指定以什么参数启动，以及一些管理控制的命令。 launch文件通常放在软件包的launch/路径中。

8.2 msg/srv/action文件

ROS程序中有可能有一些自定义的消息/服务/动作文件，为程序的开发者所设计的数据结构，这类的文件以.msg,.srv,.action结尾，通常放在package的msg/,srv/,action/路径下。

8.3 urdf/xacro文件

urdf/xacro文件是机器人模型的描述文件，以.urdf或.xacro结尾。它定义了机器人的连杆和关节的信息，以及它们之间的位置、角度等信息，通过urdf文件可以将机器人的物理连接信息表示出来。并在可视化调试和仿真中显示。

8.4 yaml文件

yaml文件一般存储了ROS需要加载的参数信息，一些属性的配置。通常在launch文件或程序中读取.yaml文件，把参数加载到参数服务器上。通常我们会把yaml文件存放在param/路径下

8.5 dae/stl文件

dae或stl文件是3D模型文件，机器人的urdf或仿真环境通常会引用这类文件，它们描述了机器人的三维模型。相比urdf文件简单定义的性状，dae/stl文件可以定义复杂的模型，可以直接从solidworks或其他建模软件导出机器人装配模型，从而显示出更加精确的外形。

8.6 rviz文件

rviz文件本质上是固定格式的文本文件，其中存储了RViz窗口的配置（显示哪些控件、视角、参数）。通常rviz文件不需要我们去手动修改，而是直接在RViz工具里保存，下次运行时直接读取。

09 参考资料

中国大学MOOC

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