ROS2自律走行実現に向けて 1 ～次世代ロボット開発フレームワークROS2のビルドシステム徹底理解～（2022/10/17）

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October 17, 22

#ros2 #自律走行 #ロボット #gpu #ros2シリーズ #高速化シリーズ #ROS2 #ロボット開発 #ビルドシステム #ソフトウェア高速化

スライド概要

ROS2 の開発をしたことがあり、ビルドシステムの正確な知識を得たい方向けのオンラインセミナーを開催します。
ROS2のビルドシステムに関しては正しい記述方法がわからず、何かを追加するたびにエラーが発生して都度解決するということがよくあります。
また、ROS公式の解説で実行可能なサンプルがほとんどなく、公式で動作確認されている記述方法がわからないという問題もあります。
本セミナーではROS2のビルドシステム全体の説明を行い、あわせてサンプルを例示いたします。

＜過去資料＞
・ROS2自律走行実現に向けて 1 ：　https://www.docswell.com/s/fixstars/57VGDN-20221017
・ROS2自律走行実現に向けて 2：　https://www.docswell.com/s/fixstars/K8G1N9-20221130
・Jetson活用　ROS2自律走行実現に向けて～自律移動ロボット用ー自己位置推定のCUDA高速化：　https://www.docswell.com/s/fixstars/KQ814X-20211104

・フィックスターズの自動車向けソフトウェア開発：　https://at.fixstars.com/ja

株式会社フィックスターズ

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フィックスターズは、コンピュータの性能を最大限に引き出すソフトウェア開発のスペシャリストです。車載、産業機器、金融、医療など、幅広い分野での開発経験があります。また、ディープラーニングや機械学習などの最先端技術にも力を入れています。並列化や最適化技術を駆使して、マルチコアCPU、GPU、FPGA、量子アニーリングマシンなど、さまざまなハードウェアでソフトウェアを高速化するサービスを提供しています。さらに、長年の経験から培ったハードウェアの知識と最適化ノウハウを活かし、高精度で高性能なアルゴリズムの開発も行っています。　　　　　　・開催セミナー一覧：https://www.fixstars.com/ja/seminar　　・技術ブログ：https://proc-cpuinfo.fixstars.com/

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各ページのテキスト

本セミナーの位置づけ  ウェビナー「ROS2自律走行実現に向けて」シリーズでは、自律走行する車両型ロボットの実現に向け、 ROS2を使った開発に関連する、様々な情報を発信しています  前回の内容 ROS1上で開発した資産の活用 ○ 自己位置推定パッケージの CUDA高速化 ○  今回の内容 ○ パッケージ開発に欠かせないビルドシステムの解説  こんな方に向いています ○ ROS2 の開発をしたことがあり、ビルドシステムの正確な知識を得たい方 Copyright © Fixstars Group 4

https://speakerdeck.com/fixstars/jetsonhuo-yong-semina-ros2zi-lu-zou-xing-shi-xian-nixiang-kete

フィックスターズの強みコンピュータの性能を最大限に引き出す、ソフトウェア高速化のエキスパート集団ハードウェアの知見アルゴリズム実装力各産業・研究分野の知見目的の製品に最適なハードウェアを見抜き、その性能をフル活用するソフトウェアを開発します。ハードウェアの特徴と製品要求仕様に合わせて、アルゴリズムを改良して高速化を実現します。開発したい製品に使える技術を見抜き、実際に動作する実装までトータルにサポートします。 Copyright © Fixstars Group 7

サービス提供分野半導体産業機器金融自動車 ●NAND型フラッシュメモリ向けファームウェア開発 ●次世代AIチップの開発環境基盤生命科学 ●Smart Factory実現への支援 ●マシンビジョンシステムの高速化 ●自動運転の高性能化、実用化 ●ゲノム解析の高速化 ●次世代パーソナルモビリティの研究開発 ●医用画像処理の高速化 Copyright © Fixstars Group ●デリバティブシステムの高速化 ●HFT(アルゴリズムトレード)の高速化 ●AI画像診断システムの研究開発 9

10.

サービス領域様々な領域でソフトウェア高速化サービスを提供しています。大量データの高速処理は、お客様の製品競争力の源泉となっています。組込み高速化 GPU向け高速化 AI・深層学習画像処理・アルゴリズム開発 FPGAを活用したシステム開発分散並列システム開発量子コンピューティング自動車向けフラッシュメモリ向けフソフトウェア開発ァームウェア開発 Copyright © Fixstars Group 10

11.

組込み高速化組込み機器製品の計算処理実装をお手伝いしています。お客様の課題ご支援内容組込みシステムの目標性能が達成できないターゲットデバイスの特性に合わせて、性能要求を満たしたい安価なハードウェアでも処理速度を維持し製品にかかるコストを下げたいターゲットデバイスの例 ARM／ TOSHIBA Visconti／ Renesas R-Car／ NXP S32／ Automotive Platform／ CEVA-XM6／ Texas Instruments © Fixstars Group C6000／ Cadence Vision DSP FamilyCopyright など最適化方針のご提案ボトルネック調査、最適化に向けた検討システム設計コンサルティングハードウェア選定を含めたシステム設計のご提案アルゴリズムの改善と移植既存アルゴリズムを改善して計算を高速化組込みアルゴリズム開発ターゲットデバイス向けに最適化されたアルゴリズムを実装

12.

画像処理アルゴリズム開発高速な画像処理需要に対して、経験豊富なエンジニアが責任を持って製品開発をご支援します。お客様の課題ご支援内容高度な画像処理や深層学習等のアルゴリズムを開発できる人材が社内に限られているアルゴリズム調査・改変課題に合ったアルゴリズム・実装手法を調査製品実装に向けて適切な改変を実施機能要件は満たせそうだが、ターゲット機器上で性能要件までクリアできるか不安深層学習ネットワーク精度の改善様々な手法を駆使して深層学習ネットワークの精度を改善製品化に結びつくような研究ができていない論文調査・改善活動論文調査から最先端の手法の探索性能向上に向けた改善活動を継続 Copyright © Fixstars Group

13.

14.

15.

本セミナーのねらい  ROS2 を開発していてビルド面で困ることがよくある ○ C++ パッケージを作ろうとして CMake を書いたがビルドエラー/実行時エラーになる ○ Python パッケージを作ったが、設定ファイルの意味がわからない  本セミナーでは上記の状況に対してビルドシステムの解説を行う  本セミナーでのサンプルは ROS2 humble での実行確認済み ○ 本セミナー後ソース公開予定 Copyright © Fixstars Group 15

16.

17.

ROS2 ビルドシステム概要  ROS2 ではパッケージ単位のモジュールとして各機能が提供されている  パッケージ単位でビルドツール切り替えが可能 packages ○ ROS1 パッケージや非 ROS パッケージ (例: Gazebo) もビルド可能 ament_cmake  ビルドの管理を colcon で行う ○ パッケージ間の依存管理 ○ 各パッケージのビルドツールの呼び出し ○ ビルド時/実行時の環境設定  ROS2 向けビルドは ament で行う ○ C++: ament_cmake (CMake 拡張) ○ Python: ament_python catkin colcon cmake ament_python その他 Copyright © Fixstars Group 17

18.

19.

20.

colcon コマンドと package.xml 目次 1.1 colcon コマンド概要 packages 1.2 コマンドライン引数 1.3 ログ出力 ament_cmake 1.4 colcon mixin 1.5 package.xml catkin colcon 1.6 パッケージ探索、依存解析 cmake ament_python その他 Copyright © Fixstars Group 20

21.

1.1 colcon コマンド概要  複数のパッケージのビルド、テストを容易に行うビルドシステム ○ ○ ○ ○ パッケージ間の依存関係の管理ビルド、テスト対象パッケージの選択ビルドツールを呼び出しパッケージビルドビルド環境のセットアップ ■ 複数パッケージで環境を分離する ○ 実行環境の export  実行方法 ○ colcon <verb> …. という形式で実行する ■ <verb>: build, test …  ユーザーで拡張可能: Extension points  ユーザードキュメント Copyright © Fixstars Group 21

22.

23.

24.

1.2 colcon のコマンドライン引数例  ディレクトリ管理 ○ colcon build --install-base: インストール先ディレクトリを変える  パッケージ選択 ○ colcon test --packages-select: 選択したパッケージのみ処理 (test の場合テスト) する  ビルドツールへの引数引渡し ○ colcon build --cmake-args -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release: CMake にて Release ビルドする  その他引数 ○ colcon build --symlink-install: インストール時にシンボリックリンク作成でインストールする ■ launch ファイル/パラメータファイルの変更後に再インストールが必要ない ○ colcon build --event-handlers console_direct+: ビルド時のログをコンソール出力する Copyright © Fixstars Group 24

25.

1.3 colcon のログ制御  標準では colcon はターミナル出力をほとんどしない ○ ターミナル出力には --event-handlers console_direct+ の指定が必要  ログはログディレクトリに出力される ○ 標準では log/${verb}_${timestamp} に出力 ○ --log-base 引数で変更可能  colcon コマンドログレベルは --log-level 引数で変更可能 ○ 設定値は Python ログレベルと同様  --log-base, --log-level 引数は colcon コマンドの直後に記述する ○ colcon --log-level INFO build Copyright © Fixstars Group 25

https://docs.python.org/3/library/logging.html#logging-levels

26.

1.4 colcon mixin  colcon コマンド引数の定義済み設定 ○ colcon の mixin Github レポジトリでは CMake のフラグを設定するものが多い ○ ユーザー定義もできる  使用目的 ○ 煩雑なビルド引数設定の簡略化  使い方 ○ 準備: mixin 登録 (一回行えばよい) $ colcon mixin add default ¥ https://raw.githubusercontent.com/colcon/colcon-mixin-repository/master/index.yaml $ colcon mixin update Copyright © Fixstars Group 26

27.

1.4 colcon mixin  使い方 ○ 詳細確認 (build で使える mixin の詳細を確認する) ■ colcon build --help Mixin predefined sets of command line parameters: --mixin-files [FILE ...] Additional files providing mixins --mixin [mixin1 [mixin2 ...]] The following mixins are available: * debug: - cmake-args: ['-DCMAKE_BUILD_TYPE=Debug'] ○ ビルド時の使用: colcon build --mixin debug ■ これで –DCMAKE_BUILD_TYPE=Debug が CMake に渡される Copyright © Fixstars Group 27

28.

1.5 package.xml  XML で書かれたパッケージマニフェストファイル ○ ros2 pkg create で生成される package.xml を修正していけばよい ○ colcon はここに書かれた依存情報をもとにパッケージ間の依存を解析する  記述内容 (XML タグ) ○ パッケージの管理情報 ■ name, version, description, maintainer, license ... ○ パッケージ間の依存管理 ■ depend, build_depend … ○ パッケージ export 情報 ■ export  仕様: REP-149 Copyright © Fixstars Group 28

https://ros.org/reps/rep-0149.html

29.

1.5 package.xml サンプル <?xml version="1.0"?> <?xml-model href=http://download.ros.org/schema/package_format3.xsd schematypens="http://www.w3.org/2001/XMLSchema"?> <package format="3"> <name>test_package</name> <version>0.0.0</version> <description>TODO: Package description</description> <maintainer email=“[email protected]">vscode</maintainer> <license>TODO: License declaration</license> <buildtool_depend>ament_cmake</buildtool_depend> <test_depend>ament_lint_auto</test_depend> <test_depend>ament_lint_common</test_depend> <export> <build_type>ament_cmake</build_type> </export> </package> Copyright © Fixstars Group 29

http://download.ros.org/schema/package_format3.xsd

30.

1.5 package.xml による依存設定 (1)  他のパッケージへの依存を指定する ○ package.xml がない CMake ライブラリ, システムパッケージも指定可  依存設定指定タグ ○ build_depend: ビルド時の依存指定 ○ build_export_depend: ビルド時に必要な export の依存指定 ■ 例: ビルドにパッケージのヘッダファイルのみが必要な場合 ○ exec_depend: 実行時の依存指定 ○ depend: build_depend, build_export_depend, exec_depend すべての指定 ○ test_depend: テスト時の依存指定 ■ Linter パッケージ等 ○ buildtool_depend: ビルド時に使用するツールの指定 Copyright © Fixstars Group 30

31.

1.5 package.xml による依存設定 (2)  member_of_group/group_depend ○ あるタイプのパッケージすべてに依存するが依存を明示的に指定できないときに使う ○ 例: ros1_bridge ■ メッセージパッケージすべてに依存するが依存対象となるメッセージパッケージがどれかはビルド時までわからない ○ 被依存側に member_of_group を設定して依存側に group_depend を設定することで実現 ■ メッセージパッケージに <member_of_group>rosidl_interface_packages</member_of_group> を指定する Copyright © Fixstars Group 31

https://github.com/ros2/ros1_bridge

32.

1.6 パッケージ探索、依存解析  パッケージ探索 ○ デフォルトでは colcon 実行ディレクトリを再帰的に探索する ■ colcon コマンド引数で探索先を設定された場合それに従う ○ COLCON_IGNORE ファイルが配置されたディレクトリから先は探索しない  探索対象 (パッケージ判定) ○ package.xml があるディレクトリ ○ package.xml がないが CMakeLitst.txt (C++) または setup.py/setup.cfg (Python) のあるディレクトリ  依存解析 ○ ○ ○ ○ package.xml があれば、package.xml の依存情報を使う package.xml がない場合、 CMakeLitst.txt や setup.py/setup.cfg の依存情報を使う解析した情報をもとにパッケージのビルド順を決定する自己依存や循環依存があるとビルドできない Copyright © Fixstars Group 32

33.

34.

ament_cmake 目次 2.1 ament_cmake 概要 2.2 ライブラリ/ノードパッケージ設定 packages 2.3 Launch, パラメータファイルインストール ament_cmake 2.4 単体テスト, Linter設定 catkin 2.5 メッセージパッケージ設定 colcon cmake ament_python その他 Copyright © Fixstars Group 34

35.

https://docs.ros.org/en/humble/How-To-Guides/Ament-CMake-Documentation.html

36.

2.2 ライブラリ/ノードパッケージ設定  ライブラリとノードの CMakeLists.txt の設定方法  以下の 3 パッケージを作成する ○ CMake 共有ライブラリ: simple_library ○ ament_cmake 共有ライブラリ: simple_ament_library ■ simple_library に依存している ○ ROS2ノード: simple_package ■ simple_library, simple_ament_library に依存している simple_library simple_package simple_ament_library Copyright © Fixstars Group 36

37.

38.

[beta]

2.2 CMake 共有ライブラリ設定 (1)
cmake_minimum_required(VERSION 3.8)
project(simple_library)
add_library(${PROJECT_NAME}
src/simple.cpp include/simple_library/simple.hpp)
target_include_directories(${PROJECT_NAME} PUBLIC
$<BUILD_INTERFACE:${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/include>
$<INSTALL_INTERFACE:include>)

set_target_properties(${PROJECT_NAME}
PROPERTIES PUBLIC_HEADER include/simple_library/simple.hpp)
install(TARGETS ${PROJECT_NAME}
EXPORT ${PROJECT_NAME}-config
LIBRARY DESTINATION ${CMAKE_INSTALL_LIBDIR}
PUBLIC_HEADER DESTINATION include/${PROJECT_NAME})
install(EXPORT ${PROJECT_NAME}-config
DESTINATION lib/cmake/${PROJECT_NAME})
Copyright © Fixstars Group

38

39.

[beta]

2.2 CMake 共有ライブラリ設定 (2)
cmake_minimum_required(VERSION 3.8)
project(simple_library)

パッケージ名と同じである必要がある

add_library(${PROJECT_NAME}
src/simple.cpp include/simple_library/simple.hpp)
target_include_directories(${PROJECT_NAME} PUBLIC
$<BUILD_INTERFACE:${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/include>
$<INSTALL_INTERFACE:include>)

set_target_properties(${PROJECT_NAME}
PROPERTIES PUBLIC_HEADER include/simple_library/simple.hpp)

インクルード設定
参照 : CMake ドキュメント

install(TARGETS ${PROJECT_NAME}
EXPORT ${PROJECT_NAME}-config
LIBRARY DESTINATION ${CMAKE_INSTALL_LIBDIR}
PUBLIC_HEADER DESTINATION include/${PROJECT_NAME})
install(EXPORT ${PROJECT_NAME}-config
DESTINATION lib/cmake/${PROJECT_NAME})
Copyright © Fixstars Group

インストール設定
参照 : CMake ドキュメント
39

40.

[beta]

2.2 CMake 共有ライブラリ設定 (3)
cmake_minimum_required(VERSION 3.8)
project(simple_library)
add_library(${PROJECT_NAME}
src/simple.cpp include/simple_library/simple.hpp)

ライブラリソース

target_include_directories(${PROJECT_NAME} PUBLIC
$<BUILD_INTERFACE:${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/include>
$<INSTALL_INTERFACE:include>)

set_target_properties(${PROJECT_NAME}
PROPERTIES PUBLIC_HEADER include/simple_library/simple.hpp)

public ヘッダ設定

install(TARGETS ${PROJECT_NAME}
EXPORT ${PROJECT_NAME}-config
LIBRARY DESTINATION ${CMAKE_INSTALL_LIBDIR}
PUBLIC_HEADER DESTINATION include/${PROJECT_NAME})
install(EXPORT ${PROJECT_NAME}-config
DESTINATION lib/cmake/${PROJECT_NAME})

インストール設定 (Export)

Copyright © Fixstars Group

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41.

42.

2.2 ament_cmake 共有ライブラリ設定 (2) cmake_minimum_required(VERSION 3.8) project(simple_ament_library) find_package(ament_cmake REQUIRED) find_package(simple_library REQUIRED) add_library(${PROJECT_NAME} SHARED src/simple.cpp include/simple_ament_library/simple.hpp) target_link_libraries(${PROJECT_NAME} simple_library) target_include_directories(${PROJECT_NAME} PUBLIC $<BUILD_INTERFACE:${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/include> $<INSTALL_INTERFACE:include>) ament_export_targets(export_${PROJECT_NAME} HAS_LIBRARY_TARGET) ament_export_libraries(${PROJECT_NAME}) ament_export_dependencies(simple_library) install(TARGETS ${PROJECT_NAME} EXPORT export_${PROJECT_NAME} LIBRARY DESTINATION lib) install(DIRECTORY include/ DESTINATION include) ament_package() Copyright © Fixstars Group 42

43.

2.2 ament_cmake 共有ライブラリ設定 (3) cmake_minimum_required(VERSION 3.8) project(simple_ament_library) find_package(ament_cmake REQUIRED) find_package(simple_library REQUIRED) find_package による依存パッケージ探索 add_library(${PROJECT_NAME} SHARED src/simple.cpp include/simple_ament_library/simple.hpp) target_link_libraries(${PROJECT_NAME} simple_library) target_include_directories(${PROJECT_NAME} PUBLIC $<BUILD_INTERFACE:${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/include> $<INSTALL_INTERFACE:include>) ライブラリ依存設定ヘッダの探索にも必要 ament_export_targets(export_${PROJECT_NAME} HAS_LIBRARY_TARGET) ament_export_libraries(${PROJECT_NAME}) PUBLIC_HEADER を使わない場合 ament_export_dependencies(simple_library) ヘッダは別個にインストール必要 install(TARGETS ${PROJECT_NAME} EXPORT export_${PROJECT_NAME} LIBRARY DESTINATION lib) install(DIRECTORY include/ DESTINATION include) ament_package() Copyright © Fixstars Group 43

44.

2.2 ament_cmake 共有ライブラリ設定 (4) cmake_minimum_required(VERSION 3.8) project(simple_ament_library) find_package(ament_cmake REQUIRED) find_package(simple_library REQUIRED) 共有ライブラリを作成する場合 SHARED 指定する ※ ament_cmake ではデフォルトが静的ライブラリ add_library(${PROJECT_NAME} SHARED src/simple.cpp include/simple_ament_library/simple.hpp) target_link_libraries(${PROJECT_NAME} simple_library) target_include_directories(${PROJECT_NAME} PUBLIC $<BUILD_INTERFACE:${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/include> $<INSTALL_INTERFACE:include>) ament_export_targets(export_${PROJECT_NAME} HAS_LIBRARY_TARGET) ament_export_libraries(${PROJECT_NAME}) ament_export_dependencies(simple_library) ament_cmake での install(TARGETS ${PROJECT_NAME} EXPORT export_${PROJECT_NAME} LIBRARY DESTINATION lib) Export 設定 install(DIRECTORY include/ DESTINATION include) CMakeFile.txt の最後に必要 Copyright © Fixstars Group ament_package() 44

45.

46.

2.2 ROS2 ノード設定 (2) cmake_minimum_required(VERSION 3.8) project(simple_package) find_package(ament_cmake REQUIRED) find_package(rclcpp REQUIRED) find_package(simple_library REQUIRED) find_package(simple_ament_library REQUIRED) add_executable(${PROJECT_NAME} src/simple_package.cpp include/simple_package/simple_package_node.hpp) ament_target_dependencies(${PROJECT_NAME} rclcpp simple_ament_library) target_link_libraries(${PROJECT_NAME} simple_library) target_include_directories(${PROJECT_NAME} PUBLIC $<BUILD_INTERFACE:${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/include> $<INSTALL_INTERFACE:include>) install(TARGETS ${PROJECT_NAME} RUNTIME DESTINATION lib/${PROJECT_NAME}) ament_package() Copyright © Fixstars Group 46

47.

2.2 ROS2 ノード設定 (3) cmake_minimum_required(VERSION 3.8) project(simple_package) ノードなので rclcpp への依存がある find_package(ament_cmake REQUIRED) find_package(rclcpp REQUIRED) find_package(simple_library REQUIRED) find_package(simple_ament_library REQUIRED) ament_cmake パッケージと CMake パッケージで add_executable(${PROJECT_NAME} 依存設定コマンドが違う src/simple_package.cpp include/simple_package/simple_package_node.hpp) ament_target_dependencies(${PROJECT_NAME} rclcpp simple_ament_library) target_link_libraries(${PROJECT_NAME} simple_library) target_include_directories(${PROJECT_NAME} PUBLIC $<BUILD_INTERFACE:${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/include> $<INSTALL_INTERFACE:include>) ros2 run/launch で発見してもらうために lib にインストール install(TARGETS ${PROJECT_NAME} RUNTIME DESTINATION lib/${PROJECT_NAME}) ament_package() Copyright © Fixstars Group 47

48.

2.3 Launch, パラメータファイルインストール  右のような構成をインストールする . ├── ├── │ ├── │ └── CMakeLists.txt config └── simple_param.yaml launch └── with_param.launch.py package.xml <exec_depend>ros2launch</exec_depend> package.xml 追加設定 install(DIRECTORY launch config DESTINATION share/${PROJECT_NAME}) これでインストールディレクトの launch/config にインストールされる CMakeLists.txt 追加設定 Copyright © Fixstars Group 48

49.

2.4 単体テスト、Linter 設定 (1)  colcon test で行うテストの設定 ○ package.xml テスト依存設定 ■ ament_cmake_gtest ■ 使用したい linter ○ CMakeLists.txt 設定 ■ if(BUILD_TESTING) でテスト設定 <test_depend>ament_cmake_gtest</test_depend> <test_depend>ament_lint_auto</test_depend> <test_depend>ament_lint_common</test_depend> package.xml 設定 if(BUILD_TESTING) find_package(ament_lint_auto REQUIRED) ament_lint_auto_find_test_dependencies() set(TEST_NAME ${PROJECT_NAME}_test) find_package(ament_cmake_gtest REQUIRED) ament_add_gtest(${TEST_NAME} test/test_example.cpp) target_link_libraries( ${TEST_NAME} ${PROJECT_NAME}) endif() CMakeLists.txt 設定 Copyright © Fixstars Group 49

50.

2.4 単体テスト、Linter 設定 (2) <test_depend>ament_cmake_gtest</test_depend> C/C++ gtest への依存 ament_lint_auto と実行したい linter パッケージへの依存を書く ament_lint_auto_find_test_dependencies すれば個別の linter 設定は不要テストバイナリ作成設定 <test_depend>ament_lint_auto</test_depend> <test_depend>ament_lint_common</test_depend> package.xml 設定 if(BUILD_TESTING) find_package(ament_lint_auto REQUIRED) ament_lint_auto_find_test_dependencies() set(TEST_NAME ${PROJECT_NAME}_test) find_package(ament_cmake_gtest REQUIRED) ament_add_gtest(${TEST_NAME} test/test_example.cpp) target_link_libraries( ${TEST_NAME} ${PROJECT_NAME}) endif() CMakeLists.txt 設定 Copyright © Fixstars Group 50

51.

2.5 メッセージパッケージ設定 <build_depend>rosidl_default_generators</build_depend> <exec_depend>rosidl_default_runtime</exec_depend> <member_of_group>rosidl_interface_packages</member_of_group> package.xml 設定 rosidl への依存設定 find_package(rosidl_default_generators REQUIRED) rosidl_generate_interfaces(${PROJECT_NAME} msg/Simple.msg ) *.msg: メッセージ定義 *.srv: サービス定義 *.action: アクション定義 CMakeLists.txt 設定 Copyright © Fixstars Group 51

52.

53.

54.

3.1 プラグイン作成  ament_cmake ではプラグインを作成できる ○ I/F となる抽象ベースクラスを定義し、それを実装したコードを実行時にロードさせる ○ ユーザーはプラグイン使用側の再ビルドなしに自分のコードを実行できる ○ 例: rviz2, navigation2  作成に必要なパッケージ ○ プラグインの元となるベースクラスパッケージ: simple_plugin_base ○ プラグインを実装するパッケージ: simple_plugin namespace simple_plugin { class SimplePluginBase { public: virtual void Print() = 0; }; } Copyright © Fixstars Group 54

55.

56.

57.

3.1 simple_plugin_base CMake 設定 cmake_minimum_required(VERSION 3.8) project(simple_plugin_base) find_package(ament_cmake) ヘッダファイルのみのライブラリのため INTERFACE 指定する add_library(${PROJECT_NAME} INTERFACE) target_include_directories(${PROJECT_NAME} INTERFACE $<BUILD_INTERFACE:${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/include> $<INSTALL_INTERFACE:include>) install(DIRECTORY include/ DESTINATION include/ ) ament_export_include_directories(include) ament_package() Copyright © Fixstars Group 57

58.

3.1 simple_plugin 作成  以下が必要 ○ ○ ○ ○ package.xml の設定プラグイン記述 XML ファイルの作成 CMakeLists.xml の設定ソースコードでのマクロ呼び出し  失敗すると実行時にプラグインがロードされない simple_plugin_base プラグイン使用側 simple_plugin Copyright © Fixstars Group 58

59.

[beta]

3.1 simple_plugin の package.xml 設定 (1)
<depend>simple_plugin_base</depend>
<depend>pluginlib</depend>
<export>
<build_type>ament_cmake</build_type>
<!-- simple_plugin_base plugin="${prefix}/plugins_description.xml"/ -->
</export>

Copyright © Fixstars Group

59

60.

[beta]

3.1 simple_plugin の package.xml 設定 (2)
<depend>simple_plugin_base</depend>
<depend>pluginlib</depend>

ベースクラスパッケージと
plubinlib への依存が必要

<export>
<build_type>ament_cmake</build_type>
<!-- simple_plugin_base plugin="${prefix}/plugins_description.xml"/ -->
</export>
ROS2 では不要

Copyright © Fixstars Group

60

61.

3.1 simple_plugin のプラグイン記述 XML 設定 <library path="simple_plugin"> <class name="simple_plugin/SimplePlugin“ type="simple_plugin::SimplePlugin" base_class_type="simple_plugin::SimplePluginBase"> <description>This is a sample plugin.</description> </class> </library> Copyright © Fixstars Group 61

62.

3.1 simple_plugin のプラグイン記述 XML 設定 path にはパッケージ名を入れる <library path="simple_plugin"> <class name="simple_plugin/SimplePlugin" type="simple_plugin::SimplePlugin" base_class_type="simple_plugin::SimplePluginBase"> <description>This is a sample plugin.</description> </class> </library> - name: プラグインロードする際のキー - type: プラグインクラス名 - base_class_type: プラグインベースクラス名 ※ name は省略可、省略した場合は type がプラグインロードのキーになる Copyright © Fixstars Group 62

63.

64.

3.1 simple_plugin CMakeLists.txt 追加設定 find_package(pluginlib REQUIRED) find_package(simple_plugin_base REQUIRED) ament_target_dependencies(${PROJECT_NAME} pluginlib simple_plugin_base) ament_export_dependencies(simple_plugin_base) pluginlib_export_plugin_description_file( simple_plugin_base plugins_description.xml) pluginlib およびベースクラスパッケージへの依存第一引数がベースクラスパッケージ第二引数がプラグイン記述 XML ファイルパス Copyright © Fixstars Group 64

65.

[beta]

3.1 simple_plugin 実装
#include <iostream>
#include <simple_plugin_base/simple_plugin_base.hpp>
namespace simple_plugin {
class SimplePlugin : public SimplePluginBase {
public:
virtual void Print() override {
std::cout << "inside SimplePlugin" << std::endl;
}
PLUGINLIB_EXPORT_CLASS で
};
クラスローダ―への登録が必要
}
#include <pluginlib/class_list_macros.hpp>
PLUGINLIB_EXPORT_CLASS(
simple_plugin::SimplePlugin, simple_plugin::SimplePluginBase)

Copyright © Fixstars Group

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66.

67.

[beta]

3.1 プラグイン使用側実装 (1)
pluginlib::ClassLoader<simple_plugin::SimplePluginBase> simple_plugin_loader(
"simple_plugin_base",
"simple_plugin::SimplePluginBase");
try {
auto simple_plugin =
simple_plugin_loader.createSharedInstance(
"simple_plugin/SimplePlugin");
simple_plugin->Print();
} catch (pluginlib::PluginlibException& ex)
{
printf("Load error: %s¥n", ex.what());
}
}

Copyright © Fixstars Group

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68.

[beta]

3.1 プラグイン使用実装 (2)
pluginlib::ClassLoader<simple_plugin::SimplePluginBase> simple_plugin_loader(
"simple_plugin_base",
第一引数がベースクラスパッケージ
"simple_plugin::SimplePluginBase");
第二引数がベースクラス
try {
auto simple_plugin =
simple_plugin_loader.createSharedInstance(
"simple_plugin/SimplePlugin");
プラグイン記述 XML ファイルで記述した
simple_plugin->Print();
プラグイン名を指定する
} catch (pluginlib::PluginlibException& ex) {
printf("Load error: %s¥n", ex.what());
}

Copyright © Fixstars Group

68

69.

3.2 ament 拡張  ament を拡張することができる ○ コマンド登録 ■ 他のパッケージからよばれるコマンドの登録 ○ ExtensionPoint 登録 ■ 特定のコマンド実行時にユーザーの CMake ファイルを実行する ● ament_package, rosidl_generate_interfaces などが呼ばれたときに自分の CMake ファイルを実行させることができる  ユーザーガイド#Extending ament  参考パッケージ: ament_lint_auto Copyright © Fixstars Group 69

70.

3.2 リソース登録  リソース登録/探索のシステムが用意されている ○ リソースの例 ■ rviz2 のメッシュファイル ■ pluginlib のプラグイン記述 XML ファイル ○ プラグイン使用側で必要なファイルをプラグイン提供側で登録するのに必要  ユーザーガイド#Adding_resources  参考パッケージ: pluginlib Copyright © Fixstars Group 70

71.

72.

73.

4-1 ament_cmake_auto 概要  これまでに見てきた ament_cmake の設定を自動化してくれる 1. 依存パッケージ解決 2. インストール設定 3. Export 設定  提供 CMake マクロ ○ 依存パッケージ探索 ■ ament_auto_find_build_dependencies, ament_auto_find_test_dependencies ○ インストール, Export 設定 ■ ament_auto_add_executable, ament_auto_add_library, ament_auto_add_gtest ○ ament_auto_package を最後に呼び出す Copyright © Fixstars Group 73

74.

4-2 ノードパッケージ作成  ament_cmake_auto を使えば非常に簡単に書ける <buildtool_depend>ament_cmake_auto</buildtool_depend> <depend>rclcpp</depend> package.xml 追加設定 cmake_minimum_required(VERSION 3.8) project(ament_cmake_auto_node) find_package(ament_cmake_auto REQUIRED) ament_auto_find_build_dependencies() ament_auto_add_executable(${PROJECT_NAME} DIRECTORY src) ament_auto_package() CMakeLists.txt 全体 Copyright © Fixstars Group 74

75.

4-3 ライブラリパッケージ作成  ament_auto_add_library でライブラリソースをヘッダごと指定すればよい cmake_minimum_required(VERSION 3.8) project(ament_cmake_auto_library) find_package(ament_cmake_auto REQUIRED) ament_auto_find_build_dependencies() ament_auto_add_library(${PROJECT_NAME} SHARED DIRECTORY src include) ament_auto_package() 共有ライブラリを作るときは SHARED を指定する Copyright © Fixstars Group 75

76.

4-4 単体テスト設定  ament_auto_find_test_dependencies で依存設定を行い  ament_auto_add_gtest でテストファイル登録を行う if(BUILD_TESTING) set(TEST_NAME ${PROJECT_NAME}_test) ament_auto_find_test_dependencies() ament_auto_add_gtest(${TEST_NAME} test/test_example.cpp) endif() Copyright © Fixstars Group 76

77.

78.

ament_python 目次 5-1 ament_python 概要 5-2 デフォルト作成ファイル解説 packages 5-3 ノードパッケージ作成 ament_cmake 5-4 Launch, パラメータファイルインストール 5-5 ament_cmake_python catkin colcon cmake ament_python その他 Copyright © Fixstars Group 78

79.

5-1 ament_python 概要  colcon での Python パッケージ生成ツール  Setuptools でパッケージを設定できる ○ ROS1 では Python パッケージであっても CMakeLists.txt を書く必要があった  ament_python 設定法 ○ Setuptools の記法に従って設定すればよい ○ CMake に対する ament_cmake のような ROS2 拡張はない模様 Copyright © Fixstars Group 79

80.

https://setuptools.pypa.io/en/latest/index.html

81.

5-2 デフォルト作成ファイル解説  ros2 pkg create --build-type ament_python test_python_package ファイル ○ ○ ○ ○ package.xml: マニフェストファイル resource/test_python_package: パッケージ探索に使うマーカーファイル setup.cfg/setup.py: Setuptools 設定 . test/*: pytest スクリプト置き場 ├── package.xml ■ 実はどこに配置しても pytest 対象になる ○ test_python_package: パッケージソース置き場 Copyright © Fixstars Group ├── │ ├── ├── ├── │ │ │ └── resource └── test_python_package setup.cfg setup.py test ├── test_copyright.py ├── test_flake8.py └── test_pep257.py test_python_package └── __init__.py 81

82.

[beta]

5-2 デフォルト setup.py 解説 (1)
from setuptools import setup
package_name = 'test_python_package'
setup(
name=package_name,
version='0.0.0',
packages=[package_name],
data_files=[
('share/ament_index/resource_index/packages',
['resource/' + package_name]),
('share/' + package_name, ['package.xml']),
],
install_requires=['setuptools'],
zip_safe=True,
maintainer='vscode’, maintainer_email=‘[email protected]',
description='TODO: Package description',
license='TODO: License declaration',
tests_require=['pytest'],
entry_points={
'console_scripts': [],
},
)
Copyright © Fixstars Group

82

83.

[beta]

5-2 デフォルト setup.py 解説 (2)
from setuptools import setup
package_name = 'test_python_package'
setup(
name=package_name,
パッケージソースディレクトリ設定
version='0.0.0',
packages=[package_name],
data_files=[
('share/ament_index/resource_index/packages',
['resource/' + package_name]),
('share/' + package_name, ['package.xml']),
],
install_requires=['setuptools'],
zip_safe=True,
maintainer='vscode’, maintainer_email=‘[email protected]',
description='TODO: Package description',
テスト依存パッケージ設定
license='TODO: License declaration',
tests_require=['pytest'],
entry_points={
'console_scripts': [],
},
)
Copyright © Fixstars Group

83

84.

[beta]

5-2 デフォルト setup.py 解説 (3)
from setuptools import setup
package_name = 'test_python_package'
ファイルコピー設定
setup(
パッケージマーカーファイルと
name=package_name,
Packge.xml をコピー
version='0.0.0',
packages=[package_name],
data_files=[
('share/ament_index/resource_index/packages',
['resource/' + package_name]),
('share/' + package_name, ['package.xml']),
],
install_requires=['setuptools'],
zip_safe=True,
maintainer='vscode’, maintainer_email=‘[email protected]',
description='TODO: Package description',
license='TODO: License declaration',
tests_require=['pytest'],
entry_points={
コンソールコマンドの
'console_scripts': [],
エントリーポイント
},
)
Copyright © Fixstars Group

84

85.

5-2 デフォルト setup.cfg 解説  デフォルトで設定されているのは Setuptools のコマンド引数 ○ [develop]: develop 環境へのインストール時設定 ○ [install]: パッケージインストール時設定 ○ ROS2 では実行ファイルは lib に置かれるので設定が必要  引数の詳細は python3 setup.py install --help 等で確認できる [develop] script_dir=$base/lib/test_python_package [install] install_scripts=$base/lib/test_python_package Copyright © Fixstars Group 85

86.

[beta]

5-3 ノードパッケージ作成
 以下のノードを動かす設定
○ simple_python_node がパッケージのルート

○ simple_python_node.py がコマンドスクリプト

.
├── setup.py
└── simple_python_node
├── __init__.py
└── simple_python_node.py

■ main 関数から動かす
setup(
entry_points={
'console_scripts': [
'simple_node=simple_python_node.simple_python_node:main',
],
},
)
console_scripts に動かすスクリプトを設定する
書式は ‘<コマンド名>=<呼び出しスクリプトのモジュール名>:<呼び出し関数>’

Copyright © Fixstars Group

86

87.

5-4 Launch, パラメータファイルインストール  右のような構成をインストールする <exec_depend>ros2launch</exec_depend> . ├── │ ├── │ ├── ├── └── config └── simple_param.yaml launch └── with_param.launch.py setup.cfg setup.py package.xml package.xml 追加設定 data_files=[ ('share/ament_index/resource_index/packages', ['resource/' + package_name]), ('share/' + package_name, ['package.xml']), # Launch ファイルインストール ('share/' + package_name + '/launch', glob('launch/*.launch.py')), # Param ファイルインストール ('share/' + package_name + '/config', glob('config/*.yaml')) ], setup.py 追加設定 Copyright © Fixstars Group 87

88.

5-5 ament_cmake_python  ament_cmake 中に Python スクリプトを混ぜたいときに使う  公式ドキュメント  Python モジュールをインストールするには package.xml と CMakeLists.txt で以下の記述を行えばよい ○ これだけで登録したモジュールを他のパッケージから使える <buildtool_depend>ament_cmake</buildtool_depend> <buildtool_depend>ament_cmake_python</buildtool_depend> package.xml 追加設定 find_package(ament_cmake_python REQUIRED) ament_python_install_package(${PROJECT_NAME}) CMakeLists.txt 追加設定 Copyright © Fixstars Group 88

https://docs.ros.org/en/foxy/How-To-Guides/Ament-CMake-Python-Documentation.html

89.

5-5 ament_cmake_python によるコマンド登録 (1)  ament_cmake_python にて ros2 run で実行できるコマンドを登録する ○ CMakeLists.txt, スクリプトへの追加設定が必要 find_package(ament_cmake_python REQUIRED) ament_python_install_package(${PROJECT_NAME}) install(PROGRAMS ament_cmake_python_test/ament_cmake_python_test.py DESTINATION lib/${PROJECT_NAME} ) CMakeLists.txt 追加設定 #!/usr/bin/env python3 スクリプト冒頭 Copyright © Fixstars Group 89

90.

5-5 ament_cmake_python によるコマンド登録 (2)  ament_cmake_python にて ros2 run で実行できるコマンドを登録する ○ CMakeLists.txt, スクリプトへの追加設定が必要 find_package(ament_cmake_python REQUIRED) ament_python_install_package(${PROJECT_NAME}) PROGRAMS 設定で lib にインストールして実行属性をつける install(PROGRAMS ament_cmake_python_test/ament_cmake_python_test.py DESTINATION lib/${PROJECT_NAME} ) CMakeLists.txt 追加設定 #!/usr/bin/env python3 スクリプト冒頭直接実行されるのでシバンが必要 ※ --symlink-install する場合はソースファイル自体に実行属性が必要 Copyright © Fixstars Group 90

91.

92.

参考サイト : ROS2 ビルドシステム、colcon       ROS2 Design: A universal build tool ROS2 document: About the build system colcon document colcon Github REP149: Package Manifest Format Three Specification ros_core: Core Stack Developer Overview Copyright © Fixstars Group 92

93.

参考サイト : ament_cmake      ROS2 document: ament_cmake user documentation ROS2 document: Creating and using plugins (C++) ament_cmake Github ament_cmake Github: resource_index document pluginlib Github ○ ※ レポジトリ自体は ROS1 と共通  CMake document Copyright © Fixstars Group 93

94.

95.

96.

97.

A1 colcon のディレクトリ管理引数  --build-base: ビルド時の一時ディレクトリ設定  --install-base: インストール先のディレクトリ設定  --test-result-base: テスト結果配置場所設定  --log-base: ログ配置場所設定  上記の引数は--log-base以外はサブコマンドの後に配置する。 ○ 例: colcon build --build-base ... ○ 例: colcon --log-base … build Copyright © Fixstars Group 97

98.

A1 colcon のパッケージ選択引数  指定パッケージを選択 ○ --packages-select, --packages-select-regex  指定パッケージおよび指定パッケージの依存パッケージを選択 ○ --packages-up-to, --packages-up-to-regex  指定パッケージとそれに依存するパッケージを選択 ○ --packages-above, --packages-above-and-dependencies ■ and-dependencies は packages-up-to も同時に選択される  指定パッケージを無視 ○ --packages-skip, --packages-skip-regex  複数の条件を指定すると and を取る Copyright © Fixstars Group 98

99.

A1 colcon のビルド/テストツール渡し引数  ビルドツール (ament_cmake/catkin/cmake) に引数を引き渡せる ○ --ament-cmake-args, --catkin-cmake-args, --cmake-args ○ 例: -DCMAKE_BUILD_TYPE (ビルドタイプ指定) ■ colcon build --cmake-args -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release ○ 例: -DCMAKE_VERBOSE_MAKEFILE=1 (ビルド時の詳細ログ生成) ■ colcon build --cmake-args -DCMAKE_VERBOSE_MAKEFILE=1  テストツールにも引数を引き渡せる ○ --ctest-args/--pytest-args Copyright © Fixstars Group 99

100.

A1 colcon その他引数  --event-handlers ○ ビルド時のイベントに応じた処理設定を変える ■ colcon build --event-handlers console_direct+: ビルド時のログをコンソール出力する ○ build 時の event handler の一覧は colcon build --help で確認できる  --symlink-install ○ ビルド時にファイルコピーではなくシンボリックリンク作成される ○ パラメータファイル、launch 変更後インストールせずに実行できる ○ ament_python では動作しない模様: colcon-core#407  --merge-install ○ パッケージ間での隔離がされないかわりに環境変数の文字数が小さくなる ○ Windows 上で多数のパッケージをインストールするときに必要 ■ Windows では環境変数の文字数に制限があるため Copyright © Fixstars Group 100

https://github.com/colcon/colcon-core/issues/407

101.

A1 colcon その他引数  パッケージ探索設定 ○ パッケージ探索ディレクトリ設定 (指定ディレクトリ直下のディレクトリを探索) ■ --paths ○ パッケージ探索ディレクトリ設定 (指定ディレクトリから再帰的に探索) ■ --base-paths ○ 指定パッケージを無視 ■ --packages-ignore, --package-ignore-regex Copyright © Fixstars Group 101

102.

ROS2自律走行実現に向けて 1 ～次世代ロボット開発フレームワークROS2のビルドシステム徹底理解～（2022/10/17）

株式会社フィックスターズ

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