?NXROBO2023ROS與鴻蒙的通訊節點介紹課程說明開源鴻蒙開發板與ROS主控之間的通訊方式SPARK的通訊框架串口通訊的驅動實現開源鴻蒙與ROS的通訊?NXROBO20232開源鴻蒙開發板與ROS主控之間的通訊方式?NXROBO20233通訊方式?NXROBO20234開源鴻蒙開發板與ROS主控之間通過串口進行通信，通過USB數據線硬件連接進行通信。單片機通信接口的電平邏輯和NUC主機通信接口的電平邏輯不同，NUC主機上的通信接口有USB接口，相應電平邏輯遵照USB原則，開發板需通過USB轉TTL模塊才能正常與NUC進行數據交互。開發板串口?NXROBO20235開發板連接好拓展燈板后，拓展燈板已經連接好CH340E芯片，對應開發板串口1，并且提供type-c接口供開發者使用，故使用該口作為與NUC主控之間的通信。ROS主控串口?NXROBO20236ROS主控端的NUC提供標準的USB接口，可以使用ROS的serial功能包進行串口驅動的編寫，利用serial提供的接口實現串口的讀取與接收，與開源鴻蒙開發板進行交互。

由于Linux對不同串口的識別名稱不固定，插拔后也需要重新賦予權限，所以還需考慮使用usb規則文件來為串口取固定別名以及賦予權限。固定串口別名?NXROBO20237Linux在使用串口讀寫數據時，經常面臨插拔串口后需要重新給權限，還有可能串口的名字發生了改變，例如由ttyUSB0變為了ttyUSB1，為了讓程序能夠正確讀取到開發板串口數據，且不用每次都修改代碼，最好給開發板對應的串口固定為一個串口名字，同時給上權限，可根據設備ID或者USB口進行固定。根據設備ID固定根據設備芯片的設備ID來可以區分不同設備對應的USB，不同芯片的設備ID不同，但此方法不適用于有兩個設備相同的情況。

根據USB口固定Linux設備的每個USB口的（KERNELS）是不同的且固定的，可以修改固定USB口開固定設備串口，此方法靈活性不高，設備必須接固定USB口。根據USB口固定串口?NXROBO202381查看USB對應的KERNEL2建立規則文件3串口映射成功SPARK的通訊框架?NXROBO20239硬件架構?NXROBO202310外設通過無線，內部通過串口和NUC通信，控制底盤。通信架構實現?NXROBO202311外設通過無線，內部通過串口和NUC通信，控制底盤。手機客戶端手機端需進行無線連接，使用wifi，實現TCP客戶端程序，用于發送控制指令到達星火派開發板。

星火派作為TCP服務端，接收客戶端發來的機器人控制指令消息，并對消息進行處理。采用輕量級的TCP/IP協議棧LwIP進行標準的socket編程。作為機器人控制發送節點，需要編寫串口驅動通過USB接口與NUC進行信息交互。

NUC作為機器人控制接收節點，正確配置好環境使能夠識別到星火派，需要在ROS系統中適配好串口驅動，與星火派進行通信。作為機器人各個部件的控制中心，需要組織ROS通信節點，實現節點間的通信。無線控制通信?NXROBO202312星火派開發板通過無線的方式和外部設備通信，如手機，平板等；而通過無線控制實現方式有很多，如藍牙、紅外、LoRa、WiFi等，它們在應用場景、傳輸距離、數據傳輸速率等方面有所不同。藍牙：主要用于短距離通信。其最大傳輸距離一般在10米左右，具有低功耗、低成本、簡單易用等特點。紅外：紅外通信的距離相對較短，需要發送和接收端直接對準才能進行數據傳輸。它最大的優點是安全性高，但是受到環境因素的影響較大，如遮擋、強光等均會影響通信效果。LoRa：是一種低功耗、長距離、低速率的無線通信技術，適合于物聯網等物聯設備的連接和數據傳輸。它的傳輸距離可以達到數公里，但傳輸速率較慢。WiFi：是一種高速的無線局域網通信技術，支持高速數據傳輸和多用戶同時訪問。其傳輸距離較短，一般在100米左右。WiFi在家庭網絡、企業辦公中應用廣泛，也是公共場所提供無線網絡服務的主要技術之一。WIFI通信?NXROBO202313STA和AP在無線網絡中是兩個重要的概念，分別代表了不同的工作模式。即客戶端，是指連接到一個已經存在的Wi-Fi網絡上的設備。STA只擁有連接到Wi-Fi網絡的基本權限，例如接收和發送數據，但不能創建Wi-Fi網絡、給其他設備提供服務等。AP（AccessPoint）即接入點，是指創建并管理Wi-Fi網絡的設備。AP允許其他設備（STA）通過Wi-Fi連接到它所創建的網絡，并且可以對這些連接進行管理，例如限制連接數量、控制訪問權限等。通常情況下，STA與AP是相互獨立的，它們需要通過Wi-Fi信號來建立連接。當一個設備想要連接到一個Wi-Fi網絡時，它首先會搜索周圍可用的Wi-Fi信號，并找到合適的AP，然后向這個AP發起連接請求。如果連接成功，這個設備就成為了這個Wi-Fi網絡的一個STA，可以開始使用網絡提供的服務。本版本采用的是STA模式，連接熱點或者路由，配置IP。TCP/IPUDP?NXROBO202314TCP（傳輸控制協議）和UDP（用戶數據報協議）是兩種常見的互聯網傳輸協議。TCP是一種面向連接的協議，它提供可靠的、有序的、基于字節流的數據傳輸服務。TCP通過三次握手建立連接，然后在數據傳輸時進行確認和重傳以確保數據可靠性，同時還可以實現流量控制和擁塞控制。TCP適用于要求數據傳輸可靠性和完整性的應用場景，如網頁瀏覽、電子郵件、文件傳輸等。UDP是一種無連接的協議，它不提供可靠性和有序性保證，但是傳輸速度較快。UDP發送端將每個數據包獨立地發送出去，接收端收到后直接使用，沒有確認和重傳機制。UDP適用于需要快速傳輸數據，但對數據傳輸可靠性和完整性要求不高的應用場景，如網絡游戲、視頻會議等。LwIP?NXROBO202315lwIP（輕量級IP協議棧）是一個開源的TCP/IP協議棧，設計用于在嵌入式系統中運行。它是一個小巧、高效、可移植的協議棧，通過最小化內存使用和代碼大小，使得它非常適合于資源受限的嵌入式設備。lwIP提供了一系列常用的網絡協議，包括IPv4/IPv6、TCP、UDP、ICMP、DNS等，在實現網絡連接時提供了強大的功能。同時，lwIP還提供了一些高級特性，例如多個網絡接口支持、RawAPI、SocketAPI、SNMP等，可以滿足不同應用場景的需求。lwIP的代碼極為精簡，核心代碼只有數十個文件，總代碼量僅幾十KB，因此非常適合在嵌入式系統中使用。同時，由于lwIP已被廣泛應用于各種平臺和應用領域，因此有很多社區資源可供參考。星火派的TCP協議也是通過移植的lwIP實現。串口通訊的驅動?NXROBO202316開發板串口驅動?NXROBO202317基于驅動開發介紹里的串口驅動接口，我們需要實現以下接口，提供用于與NUC進行串口通信的驅動。API接口說明voidUART_Init(void);串口初始化intUart_ReceiveData(char*data,unsignedintlen);串口接收數據intUart_SentData(char*data,unsignedintlen);串口發送數據開發板串口驅動?NXROBO202318void

UART_Init(void){

uint32_t

ret;

IotUartAttributeuart_attr

={

//波特率115200d、數據位8、停止位1、無奇偶檢驗位

.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;

}

}串口參數配置初始化引腳功能串口初始化開發板串口驅動?NXROBO202319串口接收采用超時機制，防止進程阻塞在等待串口接收導致其他功能無法正常運行。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;}串口發送使用IoTUartWrite發送數據。ROS串口驅動?NXROBO202320在功能包下使用串口驅動時，需在對應CMakeList.txt的find_package添加serial。相關驅動參考hm_read_node.cpp（串口數據讀取節點）以及hm_write_node.cpp（串口數據發送節點）開發板串口驅動?NXROBO202321初始化串口參數，設備名稱，波特率等，打開串口。

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()); /*在此處進行數據解析*/ }}循環讀取串口數據，將讀取的數據存放在result.data中，之后可進行數據解析。開發板串口驅動?NXROBO202322同樣初始化并打開串口

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);

調用write進行數據發送實現開源鴻蒙與ROS的通訊?NXROBO202323實現開源鴻蒙與ROS的通訊?NXROBO202324示例：在實際機器人開發中，需要開源鴻蒙開發板作為控制節點發送控制指令到NUC中，下面這個示例將模擬發送指令，復現開源鴻蒙與ROS的通訊的實現過程。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);

}}

嘗試使用上一節寫好的串口驅動，在開源鴻蒙端給NUC端不斷發送信息，串口任務示例代碼如下。具體可參考spark_uart案例。ROS端實現?NXROBO202325在spark_hm_pi功能包中創建hm_uart_test節點，新建hm_uart_test.cpp文件,并將該節點驅動代碼加入編譯，在CMakeList.txt添加如下代碼：add_executable(hm_uart_testsrc/hm_uart_test.cpp)target_link_libraries(hm_uart_test

${catkin_LIBRARIES})實現開源鴻蒙與ROS的通訊?NXROBO202326hm_uart_test.cpp實現：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