ROS1&ROS2之CmakeList.txt和package.xml用法详解

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1. CMakeLists.txt与package.xml的作用

在ROS系统的功能包中要包含 CMakeLists.txt 与 package.xml 文件来编译功能包的内容

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。用cmake命令创建功能包时，会自动生成CMakeList.txt文件，已配置了多数编译选项，且包含详细的注释，只需稍作修改便可编译自己的文件。

而package.xml文件是描述功能包清单的文件，包括功能包的名称、版本号、作者信息、许可信息、编译依赖和运行依赖等。

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

2. 生成CMakeLists.txt

2.1 ROS1

ROS1可通过用catkin_create_pkg命令创建功能包，这会自动生成CMakeLists.txt和package.xml文件的。

# 创建工作空间
mkdir -p ~/catkin_ws/src
cd ~/catkin_ws/src

# 注：std msgs rospy roscpp为创建功能时指定的铱赖，test为包名
# 也可以先不指定，后面在CMakeLists.txt和package.xmL中手动添加
catkin_create_pkg test std_msgs rospy roscpp

# 查看一下在~/catkin_ws/src目录下自动生成了哪些文件夹和文件
tree

通过上面的命令生成的工作空间如下

include：存放**.h**的头文件

src：可同时存放**.cpp或.py的源文件，但一般.py**文件存放在scripts目录中

scripts：习惯存放**.py的python**文件，需要自己创建

注：python代码和c++代码不分家，可同时存放在同一功能包中

2.2 ROS2

ROS2可通过如下的命令来创建功能包以及必要的CMakeList.txt和package.xml文件

# 创建工作空间
mkdir -p ~/dev_ws/src
cd ~/dev_ws/src

# ament_cmake和ament_python分别代表c++和python两种代码的功能包
# test_c和test_python代表包名
ros2 pkg create --build-type ament_cmake test_c
ros2 pkg create --build-type ament_python test_python

# 查看一下在~/dev_ws/src目录下自动生成了哪些文件夹和文件
tree

通过以上命令生成的工作空间如下：

test_c/include：存放**.h**的头文件

test_c/src：存放**.cpp的C++**源文件

test_python/test_python：存放**.py的python**文件

注：与ROS1不同，同一功能包内只能同时包含python文件或者C++文件中的一种

3. CMakeLists.txt编写

3.1 ROS1

常用的ROS1中CMakeLists.txt架构如下

视频解析参考：中科院软件所-机器人操作系统入门（ROS入门教程）

cmake_minimum_required()	#CMake的最低版本号

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文件 

add_service_files()         #catkin新加宏，添加自定义Service文件 

add_action_files()          #catkin新加宏，添加自定义Action文件 

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()					#生成可安装目标

需要自己配置的项目一般就下面几种：

include_directories
- 用于设置头文件的相对路径
- 全局路径默认为功能包所在目录，功能包的头文件一般放在功能包根目录下的include文件夹，
  所以需要此处添加此文件夹
- 还包含catkin编译器默认的其他头文件路径，如：ROS默认安装路径、Linux系统路径等
add_exectuable
- 用于设置需要编译的代码和可执行文件
- 第一个参数为期望生成的可执行文件（节点）名称
- 后面的参数为参与编译的源文件(.cpp)，若需要多个代码文件，可依次列出，空格分隔
target_link_libraries
- 用于设置链接库
- 有些功需要使用系统或第三方库函数，通过该选项可以配置执行文件链接的库文件
- 第一个参数与add_exectuable相同，为可执行文件（节点）名称
- 后面的参数为需要链接的库，依次列出，空格分隔
add_dependencies
- 用于设置依赖
- 有时候需要自定义消息类型，消息类型会在编译过程中产生相应语言的代码。若编译的可执行文
  件依赖这些动态生成的代码，则需要添加${PROJECT NAME}generate messages_cpp配置
自定义数据类型：消息msg、服务srv、动作action
- find_package(catkin REQUIRE COMPONENTS message_generation)
- catkin_package(CATKIN_DEPENDS message_runtime)
- add_message_files(FILES xxx.msg)
- add_service_files(FILES xxx.srv)
- add_action_files(FILES xxx.action)
- generate_messages(DEPENDENCIES std_msgs)

CMakeLists.txt模板参考：CMakeLists.txt

更多教程参考：catkin/CMakeLists.txt - ROS Wiki

3.2 ROS2

常用的ROS2中CMakeLists.txt架构如下

cmake_minimum_required()			#CMake的最低版本号

project()				  		   #项目名称

find_package()   				    #查找系统中的依赖项

ament_target_dependencies()          #依赖于其他目标文件，确保其他目标已被构建 

add_executable()				    #生成可执行二进制文件

install()						   #生成可安装目标

ament_package()						#生成功能包

rosidl_generate_interfaces()		# 自定义消息类型接口

示例模板如下

cmake_minimum_required(VERSION 3.5)
project(test_c)

# Default to C99
if(NOT CMAKE_C_STANDARD)
  set(CMAKE_C_STANDARD 99)
endif()

# Default to C++14
if(NOT CMAKE_CXX_STANDARD)
  set(CMAKE_CXX_STANDARD 14)
endif()

if(CMAKE_COMPILER_IS_GNUCXX OR CMAKE_CXX_COMPILER_ID MATCHES "Clang")
  add_compile_options(-Wall -Wextra -Wpedantic)
endif()

# find dependencies
find_package(ament_cmake REQUIRED)
find_package(rclcpp REQUIRED)
find_package(std_msgs REQUIRED)
# uncomment the following section in order to fill in
# further dependencies manually.
# find_package(<dependency> REQUIRED)

add_executable(talker src/publisher_member_function.cpp)	# 修改2
ament_target_dependencies(talker rclcpp std_msgs)			# 修改3

install(TARGETS
  talker												# 修改4
  DESTINATION lib/${PROJECT_NAME})

if(BUILD_TESTING)
  find_package(ament_lint_auto REQUIRED)
  # the following line skips the linter which checks for copyrights
  # uncomment the line when a copyright and license is not present in all source files
  #set(ament_cmake_copyright_FOUND TRUE)
  # the following line skips cpplint (only works in a git repo)
  # uncomment the line when this package is not in a git repo
  #set(ament_cmake_cpplint_FOUND TRUE)
  ament_lint_auto_find_test_dependencies()
endif()

# 添加自定义消息类型需要添加项
find_package(geometry_msgs REQUIRED)
find_package(rosidl_default_generators REQUIRED)

rosidl_generate_interfaces(${PROJECT_NAME}
  "msg/Num.msg"				# 自定义1
  "msg/Sphere.msg"			# 自定义2
  "srv/AddThreeInts.srv"     # 自定义3
  DEPENDENCIES geometry_msgs
)

ament_package()

相较于基于catkin的CMake文件，基于ament的明显简洁很多

假设你编写了~/dev_ws/src/test.cpp文件后，需要修改的步骤如下：

链接源代码

add_executable(test src/test.cpp)	# test为你输入节点后执行的名称，如ros2 run test_c test（前一个test_c为包名，后一个test则为这里的设置的名称，代表具体执行的代码）
ament_target_dependencies(test rclcpp)	# 添加依赖项

添加下面这两行代码的目的是让编译器编译~/dev_ws/src/test_c/test.cpp这个文件

install(TARGETS
  test
  DESTINATION lib/${PROJECT_NAME}
)

当你自定义消息类型时还需要消息类型文件

# 添加自定义消息类型需要添加项
# 下面两项是固定的，geometry_msgs是用于生成消息依赖包
find_package(geometry_msgs REQUIRED)
find_package(rosidl_default_generators REQUIRED)

rosidl_generate_interfaces(${PROJECT_NAME}
  "msg/Num.msg"				# 自定义1
  "msg/Sphere.msg"			# 自定义2
  "srv/AddThreeInts.srv"     # 自定义3
  DEPENDENCIES geometry_msgs
)

4. package.xml编写

package.xml的框架如下

<package format="3">
  <name>..</name>
  <version>0.0.0</version>
  <description>...</description>
  <maintainer email="[email protected]">...</maintainer>
  <license>...</license>
  <buildtool_depend>...</buildtool_depend>
  <exec_depend>...</exec_depend>
  <exec_depend>...</exec_depend>

  <export>
    <build_type>...</build_type>
  </export>
</package>

相较于CMakeList.txt，package.xml的语法就简单许多，且ROS1和ROS2的标签语法通用

<build_depend></build_depend>: 标签定义了功能包中代码编译时所依赖的其他功能包

<exec_depend><exec_depend>: 标签定义了功能包中可执行程序运行时所依赖的其他功能包

自定义数据类型：话题消息msg、服务数据srv、动作数据action

模板如下

<?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_c</name>
  <version>0.0.0</version>
  <description>TODO: Package description</description>
  <maintainer email="[email protected]">lanhanba</maintainer>
  <license>TODO: License declaration</license>

  <!-- ROS1 -->
  <buildtool_depend>catkin</buildtool_depend>
  <build_depend>roscpp</build_depend>
  <build_depend>rospy</build_depend>
  <build_depend>std_msgs</build_depend>
  <build_export_depend>roscpp</build_export_depend>
  <build_export_depend>rospy</build_export_depend>
  <build_export_depend>std_msgs</build_export_depend>
  <exec_depend>roscpp</exec_depend>
  <exec_depend>rospy</exec_depend>
  <exec_depend>std_msgs</exec_depend>
  
  <!-- ROS2_C++ -->
  <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>
    
  <!-- ROS2_python -->
  <test_depend>ament_copyright</test_depend>
  <test_depend>ament_flake8</test_depend>
  <test_depend>ament_pep257</test_depend>
  <test_depend>python3-pytest</test_depend>
  <export>
    <build_type>ament_python</build_type>
  </export>
  
  <!-- ROS2中C++功能包添加自定义消息类型还需添加下面三行（固定形式，和上面的CMake修改搭配使用，python不需要） -->
  <depend>rosidl_default_generators</depend>
  <depend>geometry_msgs</depend>
  <member_of_group>rosidl_interface_packages</member_of_group>
    
</package>

5. 其他–Setup.py的修改

在ROS2-Python功能包中，如果添加类似~/dev_ws/src/test_python/test.py的python文件，则需要对功能包中的Setup.py进行如下的修改

from setuptools import setup

package_name = 'test_python'

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='lanhanba',
    maintainer_email='[email protected]',
    description='TODO: Package description',
    license='TODO: License declaration',
    tests_require=['pytest'],
    entry_points={
    
    
        'console_scripts': [
            # 结构如下：节点名 = 功能包名.代码文件.执行入口函数名(一般执行入口函数名都是main，也就是说python代码中一般要有main函数)
            # 通过ros2 run test_python test 来执行test_python.test:main下的函数
            # 如果有多个python代码文件都需要一一添加，名称不能一样
            "test = test_python.test:main",
            "test2 = test_python.test2:main"
        ],
    },
)

参考：

catkin/CMakeLists.txt - ROS Wiki

CMakeLists.txt - ROS Humble Wiki

【ROS 学习笔记】CMakeLists.txt 与 package.xml - 知乎 (zhihu.com)

详细分析一个ROS2 CMakeLists.txt文件_首飞爱玩机器人的博客-CSDN博客