《鴻蒙機(jī)器人編程》課件-9-ROS調(diào)試與可視化工具

ROS調(diào)試與可視化工具課程介紹課程安排：介紹ROS程序調(diào)試方式、診斷工具和可視化工具等。課程目的：有效地使用調(diào)試診斷工具，加快ROS程序開發(fā)所需基礎(chǔ)：ROS系統(tǒng)基礎(chǔ)、了解GDB調(diào)試器。2?NXROBO2022課程內(nèi)容日志記錄工具GBD調(diào)試器ROS系統(tǒng)診斷工具roswtf可視化工具Rviz數(shù)據(jù)保存與回放工具rosbag3?NXROBO2022ROS程序的調(diào)試為了監(jiān)測ROSnode內(nèi)部代碼執(zhí)行的情況，可以從以下三個層面著手，使軟件調(diào)試更加容易:輸出調(diào)試信息動態(tài)調(diào)試ROS組件工具4?NXROBO2022輸出調(diào)試信息在編寫程序時，在恰當(dāng)位置設(shè)置打印輸出調(diào)試信息以顯示程序的運行狀態(tài)是非常重要的roscpp：使用rosconsole功能包以ROS_形式的宏提供客戶端的日志記錄API；4種日志記錄方式；5種詳細(xì)級別；支持printf形式及stream形式的格式化輸出

rospy：以log開頭的methods同樣提供4種日志記錄方式及5種詳細(xì)級別的日志記錄。5?NXROBO2022日志記錄方式與級別日志記錄四種方式：stdoutstderrlogfile/rosoutTOPIC6日志記錄五個級別：DEBUG（對應(yīng)rospy中的logdebug）INFO（loginfo）WARN（logwarn）ERROR（logerr）FATAL（logfatal）?NXROBO2022日志記錄方式與級別具體列表如下，左側(cè)為roscpp的日志等級，右側(cè)為rospy的日志等級。7?NXROBO2022調(diào)試信息的輸出舉例基本信息語句形式為ROS_<LEVEL>[_STREAM]，如ROS_DEBUG(...)ROS_DEBUG_STREAM(args)因為日志記錄宏是由roscosole功能包提供的，所以要包含console.h頭文件。代碼中以DEBUG級別為例就printf和stream風(fēng)格輸出日志信息。這樣的日志記錄的輸出者為默認(rèn)的ros.<your_package_name>。8?NXROBO2022日志記錄方式與級別不管在終端還是rqt工具中，各級別的日志文字的輸出顏色是不一樣的。DEBUG為綠色，INFO為白色，WARN為黃色，ERROR為紅色，以及FATAL為紫色。所有輸出的調(diào)試信息都附帶其級別和當(dāng)前時間戳(方括號中的數(shù)值)。時間戳以公歷時間計時，表示自1970年以來的秒和納秒計數(shù)，時間戳之后是具體的信息。9?NXROBO2022日志記錄方式與級別10?NXROBO2022動態(tài)調(diào)試ROS節(jié)點調(diào)試信息可以大致了解程序的執(zhí)行進(jìn)度及邏輯走向，對于大段計算算法及bug排除，調(diào)試信息打印顯得有點力不從心，而動態(tài)調(diào)試則高效得多，獲取程序的實時信息更為直接。對于Linux系統(tǒng)中的可執(zhí)行程序(elf文件），動態(tài)調(diào)試一般使用GDB調(diào)試器。11?NXROBO2022GDB調(diào)試前的準(zhǔn)備GDB調(diào)試前的準(zhǔn)備為了保證能進(jìn)行源碼級穩(wěn)定的調(diào)試，須做以下工作：編譯時一定要加上選項"-g",這樣編譯出的可執(zhí)行代碼中才包含調(diào)試信息,否則GDB無法關(guān)聯(lián)源碼。編譯時不能使用-O2選項對可執(zhí)行文件進(jìn)行優(yōu)化,否則可能在調(diào)試過程中出現(xiàn)不可預(yù)知的錯誤或問題。12?NXROBO2022GDB調(diào)試前的準(zhǔn)備對于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")因為CMake中有一個變量

CMAKE_BUILD_TYPE，可以的取值是

Debug、Release、RelWithDebInfo

和

MinSizeRel。當(dāng)這個變量值為

Debug

的時候，CMake會使用變量

CMAKE_CXX_FLAGS_DEBUG

和

CMAKE_C_FLAGS_DEBUG

中的字符串作為編譯選項生成Makefile;除此之外，還要保證GDB能找到源碼文件，-g選項的作用是在可執(zhí)行文件中加入源代碼的關(guān)聯(lián)信息，因為并不是把整個源文件嵌入到可執(zhí)行文件中，GDB會在編譯目錄和當(dāng)前目錄搜索源碼。13?NXROBO2022調(diào)用GDB調(diào)試器直接啟動GDB通過rosrun啟動GDB通過roslaunch啟動GDBGDB掛接已運行進(jìn)程14?NXROBO2022調(diào)用GDB調(diào)試器直接啟動GDB

對于不需要參數(shù)設(shè)置和重映像的node運行，可以直接運行程序，而無需使用標(biāo)準(zhǔn)的rosrun<package><node>的語法。

所以只要保證roscore已經(jīng)啟動，調(diào)試ROS節(jié)點程序如同調(diào)試普通C/C++程序一樣：

15$gdbexecutable?NXROBO2022調(diào)用GDB調(diào)試器通過rosrun啟動GDB從Indigo版本開始，rosrun工具增加了--prefix選項，通過此選項可在GDB環(huán)境下啟動node：16$rosrun--prefix'gdb-exrun--args'my_packagemy_node?NXROBO2022調(diào)用GDB調(diào)試器通過roslaunch啟動GDBroslaunch文件中的標(biāo)簽可通過launch-prefix屬性以調(diào)試器環(huán)境運行node，如：launch-prefix="xterm-egdb--args"launch-prefix="gdb-exrun--args"launch-prefix="valgrind"GDB掛接已運行進(jìn)程用gdbPID(PID為程序進(jìn)程)格式掛接正在運行的程序。先用gdbprogram

關(guān)聯(lián)上源代碼，并進(jìn)入gdb，在gdb中用attach命令來掛接進(jìn)程PID。并用detach來取消掛接的進(jìn)程。17?NXROBO2022GDB常用命令

命令

描述backtrace(bt)

查看各級函數(shù)調(diào)用及參數(shù)

finish

連續(xù)運行到當(dāng)前函數(shù)返回為止，然后停下來等待命令

frame(f)

幀編號

選擇棧幀

info(i)locals

查看當(dāng)前棧幀局部變量的值

list(l)

列出源代碼，接著上次的位置往下列，每次列10行

listrow

根據(jù)行號row列出從第幾行開始的源代碼

listfunc

根據(jù)函數(shù)名func列出某個函數(shù)的源代碼

next(n)

執(zhí)行下一行語句

print(p)

打印表達(dá)式的值，通過表達(dá)式可以修改變量的值或者調(diào)用函數(shù)

quit(q)退出gdb調(diào)試環(huán)境

setvar

修改變量的值

start

開始執(zhí)行程序，停在main函數(shù)第一行語句前面等待命令

step(s)

執(zhí)行下一行語句，如果有函數(shù)調(diào)用則進(jìn)入到函數(shù)中18?NXROBO2022GDB補(bǔ)充說明GDB的具體使用請查閱官網(wǎng)：/gdb/download/onlinedocs/二進(jìn)制文件調(diào)試除了GDB，其它工具如性能檢測等功能的工具也同樣可以使用，如Valgrind。另外，如果覺得GDB的不友好顯示是個障礙，可使用集成GDB的圖形化程序如DDD或GDB自帶的gdbtui。19?NXROBO2022ROS系統(tǒng)狀態(tài)檢測有很多時候，ROS系統(tǒng)內(nèi)的node沒有出錯但是沒有按我們預(yù)期來運行，比如有些node似乎沒有接收到TOPIC，有些似乎沒有調(diào)用SERVICE。還有些時候，我們想了解系統(tǒng)內(nèi)各node的狀態(tài)、關(guān)聯(lián)情況和一些實時信息，ROS提供了一套工具來滿足這些需求。這些工具對于大型的ROS系統(tǒng)來說顯得尤其重要。因為大型系統(tǒng)node多，關(guān)聯(lián)復(fù)雜，系統(tǒng)運行狀態(tài)難以預(yù)料，個別node崩潰或功能異常偶有發(fā)生。20?NXROBO2022ROS系統(tǒng)診斷工具roswtfROS還提供了roswtf工具來檢測ROS系統(tǒng)安裝、環(huán)境變量、功能包、roslaunch文件的潛在問題，而且支持插件擴(kuò)展功能。檢查系統(tǒng)安裝及環(huán)境變量問題直接運行roswtf即可。檢查功能包需切換到功能包目錄下運行roswtf。檢查roslaunch文件，命令格式為：

21$roswtfyourfile.launch$roswtf?NXROBO2022roswtf運行22?NXROBO2022roswtf運行23?NXROBO2022roswtf運行24?NXROBO2022roswtf其他狀況說明roswtf工具還支持以下選項：

--all

roswtf將檢查*ROS_PACKAGE_PATH*變量指向路徑中的所有功能包

--no-plugins禁用roswtf插件

--offline只進(jìn)行離線測試

通常情況下，我們所希望獲得的結(jié)果是沒有任何的錯誤和警告，但總是會出現(xiàn)地些警告或錯誤。一般來說警告對系統(tǒng)正常運行是沒有影響的，如出現(xiàn)錯誤信息也并不一定系統(tǒng)出現(xiàn)異常，如果系統(tǒng)異?？蓞⒄斟e誤信息來判斷問題所在。25?NXROBO2022圖像可視化工具image_view

單一圖像預(yù)覽工具，使用方法為：

其中/camera為圖像發(fā)布至的TOPIC，實際使用時需要具體對待和更改。rqt_image_view

自由圖像預(yù)覽工具，使用方法為：

可自由選擇圖像TOPIC并顯示圖像。這兩款工具均可以保存預(yù)覽的圖像。rviz工具中也可顯示圖像。26$rosrunimage_viewimage_viewimage:=/camera$rosrunrqt_image_viewrqt_image_view?NXROBO20223D可視化工具在實際的機(jī)器人硬件系統(tǒng)中有很多設(shè)備（例如雙目攝像頭、3D激光雷達(dá)和Kinect傳感器）能夠提供點云格式的3D數(shù)據(jù)，實現(xiàn)3D數(shù)據(jù)可視化就顯得非常有意義。ROS系統(tǒng)就提供了這樣的工具rviz（rqt工具中也提供了其插件）。它集成了能夠完成3D數(shù)據(jù)處理的OpenGL接口，能夠?qū)鞲衅鲾?shù)據(jù)在模型化世界（World）中展示，過程是先使用傳感器坐標(biāo)系讀取測量值，再將這些讀數(shù)按照之間的相對位置在正確的位置繪制。27?NXROBO2022初步使用rvizrviz啟動方式：直接啟動

以插件形式通過rqt啟動

或先啟動rqt，再在GUI中手動加載rviz插件28$rviz$rosrunrvizrviz$rosrunrqt_rvizrqt_rviz?NXROBO2022初步使用rviz29?NXROBO2022使用rosbag記錄數(shù)據(jù)通過rosbag工具的record命令執(zhí)行數(shù)據(jù)記錄操作，如：

/camera和/tf兩個Topic使用bz2壓縮算法保存為test.bag文件30$rosbagrecord/camera/tf-j-Otest?NXROBO2022回放消息記錄數(shù)據(jù)回放消息記錄文件，只需要運行roscore，而不需要再運行其他任何節(jié)點。然后，執(zhí)行類似以下命令：

回放的Topic會發(fā)布出來。回放過程中可以使用空格暫?；蚴褂谩癝”鍵步進(jìn)，回放結(jié)束會自動停止。

記錄包文件可以像實時會話一樣在ROS中再現(xiàn)情