2.2 Catkin工作空間

Catkin工作空間是建立、修改、編譯catkin軟體包的目錄。catkin的工作空間，直觀的形容就是一個倉庫，裡面裝載著ROS的各種專案工程，便於系統組織管理呼叫。在視覺化圖形介面裡是一個資料夾。我們自己寫的ROS程式碼通常就放在工作空間中，本節就來介紹catkin工作空間的結構。

2.2.1 初始化catkin工作空間

介紹完catkin編譯系統，我們來建立一個catkin的工作空間。首先我們要在計算機上建立一個初始的catkin_ws/路徑，這也是catkin工作空間結構的最高層級。輸入下列指令，完成初始建立。

$ mkdir -p ~/catkin_ws/src　　
$ cd ~/catkin_ws/
$ catkin_make #初始化工作空間
 

第一行程式碼直接建立了第二層級的資料夾src，這也是我們放ROS軟體包的地方。第二行程式碼使得程序進入工作空間，然後再是catkin_make。

注意：1. catkin_make命令必須在工作空間這個路徑上執行 2.原先的初始化命令catkin_init_workspace仍然保留

2.2.2 結構介紹

catkin的結構十分清晰，具體的catkin工作空間結構圖如下。初看起來catkin工作空間看起來極其複雜，其實不然，catkin工作空間的結構其實非常清晰。

在工作空間下用tree命令，顯示檔案結構。

$ cd ~/catkin_ws
$ sudo apt install tree
$ tree
 

結果為：

─ build
│   ├── catkin
│   │   └── catkin_generated
│   │       └── version
│   │           └── package.cmake
│   ├──
......

│   ├── catkin_make.cache
│   ├── CMakeCache.txt
│   ├── CMakeFiles
│   │   ├──
......

├── devel
│   ├── env.sh
│   ├── lib
│   ├── setup.bash
│   ├── setup.sh
│   ├── _setup_util.py
│   └── setup.zsh
└── src
└── CMakeLists.txt -> /opt/ros/kinetic/share/catkin/cmake/toplevel.cmake
 

通過tree命令可以看到catkin工作空間的結構,它包括了src、build、devel三個路徑，在有些編譯選項下也可能包括其他。但這三個資料夾是catkin編譯系統預設的。它們的具體作用如下：

• src/: ROS的catkin軟體包（原始碼包）
• build/: catkin（CMake）的快取資訊和中間檔案
• devel/: 生成的目標檔案（包括標頭檔案，動態連結庫，靜態連結庫，可執行檔案等）、環境變數

在編譯過程中，它們的工作流程如圖：

後兩個路徑由catkin系統自動生成、管理，我們日常的開發一般不會去涉及，而主要用到的是src資料夾，我們寫的ROS程式、網上下載的ROS原始碼包都存放在這裡。

在編譯時，catkin編譯系統會遞迴的查詢和編譯src/下的每一個原始碼包。因此你也可以把幾個原始碼包放到同一個資料夾下，如下圖所示：

小結

catkin工作空間基本就是以上的結構，package是catkin工作空間的基本單元，我們在ROS開發時，寫好程式碼，然後catkin_make，系統就會完成所有編譯構建的工作。至於更詳細的package內容，我們將在下節繼續介紹。

2.3 Package軟體包

在1.6節我們曾對package軟體包進行了分類，分別介紹了二進位制包和原始碼包。而ROS中的package的定義更加具體，它不僅是Linux上的軟體包，更是catkin編譯的基本單元，我們呼叫catkin_make編譯的物件就是一個個ROS的package，也就是說任何ROS程式只有組織成package才能編譯。所以package也是ROS原始碼存放的地方，任何ROS的程式碼無論是C++還是Python都要放到package中，這樣才能正常的編譯和執行。 一個package可以編譯出來多個目標檔案（ROS可執行程式、動態靜態庫、標頭檔案等等）。

2.3.1 package結構

一個package下常見的檔案、路徑有：

  ├── CMakeLists.txt    #package的編譯規則(必須)
  ├── package.xml       #package的描述資訊(必須)
  ├── src/              #原始碼檔案
  ├── include/          #C++標頭檔案
  ├── scripts/          #可執行指令碼
  ├── msg/              #自定義訊息
  ├── srv/              #自定義服務
  ├── models/           #3D模型檔案
  ├── urdf/             #urdf檔案
  ├── launch/           #launch檔案

其中定義package的是CMakeLists.txt和package.xml，這兩個檔案是package中必不可少的。catkin編譯系統在編譯前，首先就要解析這兩個檔案。這兩個檔案就定義了一個package。

• CMakeLists.txt: 定義package的包名、依賴、原始檔、目標檔案等編譯規則，是package不可少的成分
• package.xml: 描述package的包名、版本號、作者、依賴等資訊，是package不可少的成分
• src/: 存放ROS的原始碼，包括C++的原始碼和(.cpp)以及Python的module(.py)
• include/: 存放C++原始碼對應的標頭檔案
• scripts/: 存放可執行指令碼，例如shell指令碼(.sh)、Python指令碼(.py)
• msg/: 存放自定義格式的訊息(.msg)
• srv/: 存放自定義格式的服務(.srv)
• models/: 存放機器人或模擬場景的3D模型(.sda, .stl, .dae等)
• urdf/: 存放機器人的模型描述(.urdf或.xacro)
• launch/: 存放launch檔案(.launch或.xml)

通常ROS檔案組織都是按照以上的形式，這是約定俗成的命名習慣，建議遵守。以上路徑中，只有CMakeLists.txt和package.xml是必須的，其餘路徑根據軟體包是否需要來決定。

2.3.2 package的建立

建立一個package需要在catkin_ws/src下,用到catkin_create_pkg命令，用法是：catkin_create_pkg package depends 其中package是包名，depends是依賴的包名，可以依賴多個軟體包。

例如，新建一個package叫做test_pkg,依賴roscpp、rospy、std_msgs(常用依賴)。

$ catkin_create_pkg test_pkg roscpp rospy std_msgs

這樣就會在當前路徑下新建test_pkg軟體包，包括：

  ├── CMakeLists.txt
  ├── include
  │   └── test_pkg
  ├── package.xml
  └── src

catkin_create_pkg幫你完成了軟體包的初始化，填充好了CMakeLists.txt和package.xml，並且將依賴項填進了這兩個檔案中。

2.3.3 package相關命令

rospack

rospack是對package管理的工具，命令的用法如下：

以上命令如果package預設，則預設為當前目錄(如果當前目錄包含package.xml)

roscd

roscd命令類似與Linux系統的cd，改進之處在於roscd可以直接cd到ROS的軟體包。

rosls

rosls也可以視為Linux指令ls的改進版，可以直接lsROS軟體包的內容。

rosdep

rosdep是用於管理ROS package依賴項的命令列工具，用法如下：

一個較常使用的命令是rosdep install --from-paths src --ignore-src --rosdistro=kinetic -y,用於安裝工作空間中src路徑下所有package的依賴項（由pacakge.xml檔案指定）。