CyberRT通信介绍与基于Reader、Writer的通信实践（apollo9.0）

Listener-Talker通信首先创建了两个Node，分别是Talker Node和 Listener Node。
每个Node实例化Writer类和Reader类对Channel进行消息的读写。
Writer和Reader通过Topic连接，对同一块共享内存（Channel）进行读写处理。
Talker Node 为了实现其“诉说”的功能，实例化Writer，通过Writer来对Channel进行消息写操作。
Listener Node为了实现其“聆听”功能，实例化reader类，通过Reader来对channel进行读操作。

场景：

话题通信方式适合于持续性通信的应用场景，比如雷达信号，摄像头图像信息这类数据的传输。

使用：

Listener-Talker通信一方主动送消息，一方被动接收。

我们想要一直获取车的速度，该需求不需要向发送方返回什么消息，也不需要发送方对消息进行进一步处理。所以我们选择了Listener-Talker通信方式实现该功能。

数据定义：

话题通信中用的的数据格式的定义car message 定义在car.proto中。

服务通信

模式：

以请求响应的方式实现不同节点之间数据交互的通信模式。

如图所示，Server-Client通信可以在客户端发出消息请求时，服务端才进⾏请求回应，并将客户端所需的数据返回给客户端。

场景：

我们想要获得⼩⻋的详细信息，⽐如⻋牌这些，但是⼜不需要⼀直获得该信息，想要在需要知道这些信息的时候请求⼀下就好，于是考虑⽤Server- Client通信实现该功能。

使用：

该通信模式适合临时的消息传输，适⽤于不需要持续性发送数据的场景。

数据定义：

其传输的数据定义依然在对应的proto⽂件中。

参数通信

模式：

以共享的方式实现不同节点之间数据交互的通信模式。

参数服务器是基于服务实现的，包含客户端和服务器端，服务端节点可以存储数据，客户端节点可以访问服务端节点操作数据，这个过程虽然基于请求响应的，但是无需自己实现请求与响应，此过程已经被封装，调用者只需要通过比较简单友好的API就可以实现参数操作。

场景：

自动驾驶场景中有一些参数比如该车的最高限速、最多乘客以及是否自动驾驶等需要被各个模块使用数据，比如是否自动驾驶这个参数可能同时影响这很多模块，也可能被很多模块运行时所更改。

这些数据如何实现在不同模块之间的共享呢?

使用：

类似于“全局变量”的方式来存储这些参数，并定义一些自定义参数来进行使用。

数据定义：

Cyber中设计了全局参数服务器来实现这个功能，其通信基于RTPS协议。该通信方式服务端和客户端都可以设置参数和更改参数。

protobuf

protobuf简介

Protobuf 是 Google 公司开发的一种跨语言和平台的序列化数据结构的方式，是一个灵活的、高效的用于序列化数据的协议，与 XML 和 JSON 格式相比，Protobuf 更小、更快、更便捷。

Protobuf 是跨语言的，并且自带一个编译器( protoc )，只需要用protoc进行编译，就可以编译成 Java、Python、C++、C#、Go 等多种语言代码，然后可以直接使用，不需要再写其它代码，自带有解析的代码。只需要将要被序列化的结构化数据定义一次(在 .proto 文件定义)，便可以使用特别生成的源代码(使用protobuf提供的生成工具)轻松的使用不同的数据流完成对结构数据的读写操作。甚至可以更新 .proto 文件中对数据结构的定义而不会破坏依赖旧格式编译出来的程序。其优点如下：

性能效率高：序列化后字节占用空间比 XML 少3-10倍，序列化的时间效率比 XML 快20-100倍。

使用便捷便捷：将对结构化数据的操作封装成一个类，便于使用。

兼容性高：通信两方使用同一数据协议，当有一方修改了数据结构，不会影响另一方的使用。

跨语言：支持 Java，C++，Python、Go、Ruby 等多种语言。

protobuf文件编写示例

Protobuf有几个部分构成：

syntax ：表示使用Protobuf的版本，目前Protobuf支持proto3，但在Apollo中使用的是proto2；

package：表示该文件的路径；

message：表示一种数据结构，message后面跟的是数据结构名字，括号里的字段定义格式为：字段规则数据类型字段名称字段编号。

字段规则主要有三种

required：调用时必须提供该字段的值，否则该消息被视为“未初始化”，官方不建议使用，当把字段规则改为其他规则会存在兼容性问题。

optional：该字段的值可以设置也可以不设置，会根据数据类型生成一个默认的值。

repeated：类似于动态数组，可以存储多个同类型的数据。

如下示例

# examples.proto
syntax = "proto2";
package apollo.cyber.examples.proto;
message SamplesTest1 {
  optional string class_name = 1;
  optional string case_name = 2;
};
message Chatter {
  optional uint64 timestamp = 1;
  optional uint64 lidar_timestamp = 2;
  optional uint64 seq = 3;
  optional bytes content = 4;
};
message Driver {
  optional string content = 1;
  optional uint64 msg_id = 2;
  optional uint64 timestamp = 3;
};

topic通信实验

实验环境

apollo9.0，安装见官网说明，安装完成后进入容器即可

apollo.baidu.com/community/Apollo-Homepage-Document?doc=BYFxAcGcC4HpYIbgPYBtXIHQCMEEsATAV0wGNkBbWA5UyRFdZWVBEAU0hFgoIH0adPgCY%2BADwCiAVnEBBCeIAcATnETFcgMxKZkgGxKAwkoDsa3YoAi45WdGSLxsYt0SzY%2BXICMa98oAMSgYALF7%2B2NhemsLBJsrCYZqKwors7AikBIp6miYmpFJSXpigFKhAA

实验准备

创建代码结构目录

buildtool create --template component communication
touch /apollo_workspace/communication/listener.cc
touch /apollo_workspace/communication/talker.cc

最终的实验目录结构如下

communication
 ├── BUILD
 ├── communication.cc
 ├── communication.h
 ├── conf
 │   ├── communication.conf
 │   └── communication.pb.txt
 ├── cyberfile.xml
 ├── dag
 │   └── communication.dag
 ├── launch
 │   └── communication.launch
 ├── listener.cc <必须有>
 ├── proto <必须有>
 │   ├── BUILD <必须有>
 │   └── communication.proto <必须有>
 └── talker.cc <必须有>

代码编写

定义消息格式

编写proto/communication.proto文件

syntax = "proto2";
 
package apollo.communication.proto;
 
 //定义一个车的消息，车的型号，车主，车的车牌号,已跑公里数,车速
 message Car{
     optional string plate = 1;
     optional string type = 2;
     optional string owner = 3;
     optional uint64 kilometers = 4;
     optional uint64 speed = 5;
 };

发送消息

编写发送方 talker 代码，talker.cc 代码如下

#include "communication/proto/communication.pb.h"
 #include "cyber/cyber.h"
 #include "cyber/time/rate.h"
 
 //car数据定义的引用，可以看出其定义来源于一个proto
 using apollo::communication::proto::Car;
 
 int main(int argc, char *argv[]) {
   // 初始化一个cyber框架
   apollo::cyber::Init(argv[0]);
   // 创建talker节点
   auto talker_node = apollo::cyber::CreateNode("talker");
   // 从节点创建一个Topic,来实现对车速的查看
   auto talker = talker_node->CreateWriter<Car>("car_speed");
   AINFO << "I'll start telling you the current speed of the car.";
 
   //设置初始速度为0，然后速度每秒增加5km/h
   uint64_t speed = 0;
   while (apollo::cyber::OK()) {
       auto msg = std::make_shared<Car>();
       msg->set_speed(speed);
       //假设车速持续增加
       speed += 5;
       talker->Write(msg);
       sleep(1);
   }
   return 0;
 }

接收消息

编写接受方 listener 代码，listener.cc 代码如下

#include "communication/proto/communication.pb.h"
 #include "cyber/cyber.h"
 
 using apollo::communication::proto::Car;
 
 //接收到消息后的响应函数
 void message_callback(
         const std::shared_ptr<Car>& msg) {
     AINFO << "now speed is: " << msg->speed();
 }
 
 int main(int argc, char* argv[]) {
     //初始化cyber框架
     apollo::cyber::Init(argv[0]);
     //创建监听节点
     auto listener_node = apollo::cyber::CreateNode("listener");
     //创建监听响应进行消息读取
     auto listener = listener_node->CreateReader<Car>(
             "car_speed", message_callback);
     apollo::cyber::WaitForShutdown();
     return 0;
 }

定义编译规则

修改 BUILD 文件，将新写的代码加入到编译中，communication/BUILD文件修改如下

load("//tools:apollo_package.bzl", "apollo_cc_library", "apollo_cc_binary", "apollo_package", "apollo_component")
load("//tools:cpplint.bzl", "cpplint")
 
package(default_visibility = ["//visibility:public"])
 
apollo_cc_binary(
    name = "talker",
    srcs = ["talker.cc"],
    deps = [
        "//cyber",
        "//communication/proto:communication_proto",
    ],
    linkstatic = True,
)
apollo_cc_binary(
    name = "listener",
    srcs = ["listener.cc"],
    deps = [
        "//cyber",
        "//communication/proto:communication_proto",
    ],
    linkstatic = True,
)
 
apollo_package()
 
cpplint()

程序编译

//回到 /apollo_workspace目录下编译
cd /apollo_workspace
buildtool build -p communication

编译成功显示如下：

运行程序

打开一个终端，运行talker程序

// 设置将输出结果到控制台
export GLOG_alsologtostderr=1
// 编译产生的可执行文件在 /opt/apollo/neo/bin/
cd /opt/apollo/neo/bin/
// 执行talker
./talker

重新打开一个终端，运行listener程序

// 设置将输出结果到控制台
export GLOG_alsologtostderr=1
// 编译产生的可执行文件在 /opt/apollo/neo/bin/
cd /opt/apollo/neo/bin/
// 执行listener
./listener

运行结果如下图所示，左侧是talker发送消息，右侧是listener接收消息

参考

原文地址：https://blog.csdn.net/qq_58158950/article/details/143064434

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数据通信场景

CyberRT中的通信方式

通信模式

话题通信

服务通信

参数通信

protobuf

protobuf简介

protobuf文件编写示例

topic通信实验

实验环境

实验准备

代码编写

定义消息格式

发送消息

接收消息

定义编译规则

程序编译

运行程序

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