ROS 2 并非傳統(tǒng)意義上的操作系統(tǒng)，而是一個幫助開發(fā)者構建機器人應用的開源軟件框架。可以這樣理解：Linux 是處理器的操作系統(tǒng)，而 ROS 2 則是實體機器人的“操作系統(tǒng)”。  

ROS 2 在機器人領域被廣泛采用的一個重要原因在于其對實時通信的支持。這一特性通過 DDS 實現(xiàn)，使開發(fā)者能夠根據(jù)不同任務需求靈活調整消息傳遞機制。此外，ROS 2 還擁有龐大的生態(tài)系統(tǒng)，提供涵蓋導航、感知、可視化及硬件驅動等領域的即用型功能包。

在我們的項目中，我們選擇了 ROS 2 Humble 版本，因為它提供長期支持，并且能在基于 ARM 架構的嵌入式硬件（ 如 Toradex Verdin iMX8M Plus）上良好運行。采用 ROS 2 使我們能夠更輕松地組織機器人軟件、集成多種傳感器并復用現(xiàn)有工具，同時保持構建自定義功能的靈活性。

• 基于 meta-ros 層的 Yocto Scarthgap 5.0.

• ROS 2 Humble 發(fā)行版 .

• 搭載多種板載傳感器:

• DHT20（溫濕度傳感器）  

• 環(huán)境光傳感器  

• IMU（加速度計、陀螺儀、磁力計）

• 超聲波測距模塊  

• 室內激光雷達（LiDAR） 

• USB 攝像頭 

我們將應用程序打包在基于 Ubuntu 的容器中，采用 Debian 構建方式，從而實現(xiàn)了快速迭代開發(fā)。該機器人在搭載 Verdin iMX8M Plus 模塊的 Toradex Dahlia 與 Mallow 載板上成功運行。

• 需為定制傳感器打內核補丁與驅動集成；  

• 維護自定義 Yocto 層需要大量管理成本；  

• 系統(tǒng)更新必須通過人工方式管理。  

雖然最終實現(xiàn)了功能需求，但顯然我們重復構建了 Toradex 通過 Torizon OS 已提供的工具鏈。

Torizon OS 是 Toradex 推出的開源工業(yè) Linux 平臺，基于 Yocto 構建，但專為簡化開發(fā)與維護而設計。

1. 穩(wěn)定的基礎操作系統(tǒng)

• 長期支持（LTS）并定期提供安全補丁。

• 無需維護自定義 Yocto 構建版本。

2. 容器化部署方案

• 將 ROS 2 封裝于 Docker 容器中運行

• 徹底消除與基礎操作系統(tǒng)的環(huán)境沖突

• 實現(xiàn)開發(fā)設備與部署設備的環(huán)境完全一致

3. 開發(fā)者友好型工具鏈

• 提供 Visual Studio Code 的 Torizon IDE 擴展插件.

• 支持遠程調試、交叉編譯及 CI/CD 流水線集成.

4. 面向未來的 OTA 更新機制

• 內置的 OTA 功能支持應用程序與系統(tǒng)更新

• 安全啟動和 SBOM 滿足合規(guī)要求。

由此，我們的迭代周期大幅縮短，無需重建完整 Yocto 鏡像，現(xiàn)在只需在基 于Ubuntu 的 ROS 容器內開發(fā)，并通過 Torizon 在數(shù)分鐘內完成部署。

1. 前提條件

• Toradex 開發(fā)板（例如：使用 Mallow 載板的 Verdin iMX8MP）

• 已通過 Toradex Easy Installer 安裝 Torizon OS 系統(tǒng)

• 主機 PC 需運行 Ubuntu 22.04 系統(tǒng)并安裝 ROS 2 Humble

2. 刷寫 Torizon OS 系統(tǒng)

• Username: torizon

• Password: torizon

• 使用Toradex Easy Installer從在線服務器刷寫Torizon OS

• 啟動開發(fā)板并打開調試控制臺

• 錄系統(tǒng):

3. 運行預構建的 ROS 2 軟件包 # 步驟一：拉取 Sibrain 預構建的 ROS 2 基礎鏡像

   docker pull sibrain/rosbase

   # 第二步：使用 host 網(wǎng)絡運行容器

   docker run --network host -it sibrain/rosbase:latest

   # 第三步：設置 ROS 環(huán)境  

   source /opt/ros/humble/setup.bash

   # 第四步：運行演示對話節(jié)點

   ros2 run demo_nodes_py talker

   從您的主機（在同一網(wǎng)絡中）：

   ros2 topic list  
   ros2 topic echo /chatter

4. 運行自定義 ROS 2 軟件包 我們使用兩個容器： # 第一步：拉取所需鏡像

   docker pull sibrain/rosbase
   docker pull sibrain/hello_ros

   # 第二步：啟動容器  

   docker run -d --name rosbase_running --network host -v ros_opt:/opt -it sibrain/rosbase:latest  
   docker run -d --name hello_ros --network host -v ros_opt:/opt -it sibrain/hello_ros

   # 第三步：構建自定義 ROS 包  

   docker exec -it hello_ros bash  
   cd src/  
   source /opt/ros/humble/setup.bash  
   colcon build  
   source install/setup.bash

   # 第四步：運行自定義節(jié)點

   ros2 run ros_py_pkg py_node  
   From your host PC:
   ros2 topic list  
   ros2 topic echo /helloros

• rosbase → ROS 環(huán)境配置容器

• hello_ros → 自定義軟件包容器

該工作流程支持在 Toradex 硬件上快速測試通用及特定應用的 ROS 軟件包。

• 在 Torizon 演示庫中發(fā)布 ROS 2 容器。

• 為 Torizon IDE 提供 ROS 2 項目模板。 

• 在行業(yè)展會上展示即將推出的演示案例，包括一款 ROS 2 無人機原型。  

通過將 ROS 2 與 Torizon 結合應用于 Toradex 硬件平臺，您可專注于機器人智能開發(fā)與創(chuàng)新，無需耗費精力維護底層基礎設施。

同時，我們建議閱讀《How Torizon and ROS 2 Empower your Robotics Projects》博客文章，深入了解如何借助 Torizon 啟動 ROS 2 項目，并參考 SiBrain 關于機器人原型逐步開發(fā)流程的博客文章。