ROS2與ROS1的區別

一、架構

ROS1的架構被設計為一個中心化的架構，其目標是提供通信和消息傳遞機制，以及運行時環境的支持。

ROS2採用了分布式系統的架構，它是一個基於數據中心的系統，消息發布和訂閱通過一個可擴展的中間件進行通信。這種模式可以更好地支持分布式數據處理，同時提供了更好的實時性。

具體來說，ROS2的體系結構包括三個主要部分：

• ROS2客戶端庫：提供一組API，用於創建ROS2節點、發布和訂閱ROS2主題和服務
• ROS2中間件：ROS2消息的傳輸使用DDS協議，通過DDS消息中間件來實現(DDS是一種分布式系統的協議，適用於高峰值、高吞吐率和低延遲的應用程序)
• ROS2節點：在ROS2中，每個節點都是一個可執行文件，可以在ROS2中創建多個節點來完成任務

二、通信

ROS1使用XML-RPC和TCP連接進行通信，這意味着運行時系統需要打開端口以便與其他節點通信。

ROS2使用Data Distribution Service (DDS)來進行消息傳遞，它提供了更高的靈活性和可伸縮性。 DDS採用P2p方式傳輸，節點直接通過消息傳遞，無需經過中間服務器。ROS2引入了QoS（Quality of Service） ，它允許節點定製它們的消息傳遞和質量參數，以滿足應用程序的不同需求。

下面是ROS2發布者和訂閱者的代碼示例:

  // ROS2發布者代碼示例
  #include "rclcpp/rclcpp.hpp"
  #include "std_msgs/msg/string.hpp"

  int main(int argc, char * argv[])
  {
    rclcpp::init(argc, argv);
    auto node = rclcpp::Node::make_shared("publisher");
    auto publisher = node->create_publisher("topic", 10);
    auto timer = node->create_wall_timer(std::chrono::seconds(1), [&]() {
      auto message = std_msgs::msg::String();
      message.data = "Hello, world!";
      publisher->publish(message);
    });
    rclcpp::spin(node);
    rclcpp::shutdown();
  }

  // ROS2訂閱者代碼示例
  #include "rclcpp/rclcpp.hpp"
  #include "std_msgs/msg/string.hpp"

  void subscription_callback(const std_msgs::msg::String::SharedPtr message)
  {
    RCLCPP_INFO(rclcpp::get_logger("subscription"), "I heard: '%s'", message->data.c_str());
  }

  int main(int argc, char * argv[])
  {
    rclcpp::init(argc, argv);
    auto node = rclcpp::Node::make_shared("subscription");
    auto subscription = node->create_subscription("topic", 10, subscription_callback);
    rclcpp::spin(node);
    rclcpp::shutdown();
  }

三、支持語言

ROS1主要支持C ++和Python兩種語言，其中Python成為ROS1的主要編程語言。而ROS2提供了一系列的客戶端庫，支持C ++、Python、Java和JavaScript等多種編程語言。在ROS2中，您可以使用您最熟悉的編程語言來編寫ROS2節點代碼。

四、實時性

ROS2支持嵌入式實時操作系統(例如FreeRTOS、Zephyr、Nuttx)，能夠實現高實時性的應用程序。ROS2還提供了實時環境，可以實現最低10微秒的數據發布和訂閱，最低150微秒(<5kHz)的狀態機循環時間。

五、調試和分析工具

ROS2中提供了一些新的調試和分析工具，使用戶能更方便地分析節點、主題狀況等。例如，ROS2提供了可視化工具ros2-web-bridge，使用戶可以在Web瀏覽器中監視ROS2主題。

六、資源管理

在ROS1中，使用rosmake作為構建工具來生成可執行文件和庫，但是在ROS2中，ROS2使用CMake作為構建工具。當然，ROS2也支持集成CMake的需要外部庫。

七、遷移

從ROS1到ROS2的遷移需要開發人員做出很多調整，因為ROS2採用了一些不同的API、工具和第三方庫。 幸運的是，ROS2團隊提供了有關如何遷移的詳細信息，包括向後兼容的指南和代碼遷移工具。

總之，ROS2相對於ROS1具有更現代的、支持更豐富的功能和協議。 ROS2是更加分布式和去中心化的設計，其提供了更靈活、可擴展和實時的功能。雖然ROS1目前仍然得到廣泛應用，但是隨着ROS2不斷發展，未來ROS2有望成為工業自動化和機器人應用程序的首選平台。

參考資料:

[1] https://docs.ros.org/en/rolling/Concepts/About-ROS-2.html

[2] https://index.ros.org/doc/ros2/

[3] https://blog.csdn.net/u011517655/article/details/74104451