ROS学习（四）ROS系统下LCM通信

如果工程只用ROS搭建，那么是不需要用到LCM的。但如果ROS只是整体系统的一部分，则需要利用内存共享或者网络传输等方式与其他程序进行数据交互，这时候LCM就是一种比较简单的选择，例如自动驾驶中车内利用ROS进行数据流处理控制，车间利用LCM通信。

1. LCM的介绍与安装

（1）LCM 简介

自动驾驶领域有很多进程间通信的方式，如ROS、Apollo的Cyber RT以及一些自动驾驶初创公司对ROS进行改进的通信协议，今天介绍一种适用于高速自动驾驶场景的LCM通信协议，其特点是轻量化、传输速度快，易封装。

LCM（Lightweight Communications and Marshalling）是一组用于消息传递和数据编组的库和工具，其基于UDP传输的属性，传输速度较快，其目标是高带宽和低延迟的实时系统。它提供了一种发布/订阅消息传递模型以及带有各种编程语言C++、Java、python等应用程序绑定的自动编组/解组代码生成，LCM通过将消息封装在不同的Channel中进行通信，这点类似于ROS中的Topic。

（2）LCM安装

在Releases · lcm-proj/lcm · GitHub下载源码包，本文下载的是lcm-1.4.0.zip。打开terminal并cd到解压后的文件夹，依次执行：

mkdir build

cd build

cmake ..

make

编译完成后执行：

sudo make install

完成LCM的安装。然后告诉系统lib的库所在位置：

export LCM_INSTALL_DIR=/usr/local/lib

sudo sh -c "echo$LCM_INSTALL_DIR> /etc/ld.so.conf.d/lcm.conf"

sudo ldconfig

配置pkgconfig：

export PKG_CONFIG_PATH=$PKG_CONFIG_PATH:$LCM_INSTALL_DIR/pkgconfig

至此LCM安装配置完成。

2. LCM 通信示例

LCM可以将数据进行封装和发送，使用UDP组播的方式发送出去。首先我们需要有我们自己的数据。LCM给我们提供了一个程序，可以很简单的将我们的结构体转变为LCM需要的格式（这里必须转变，否则LCM将无法发送或封装），这个程序就是lcm-gen。

新建文件夹lcm_example用于存放LCM工程，进入lcm_example文件夹，新建example_t.lcm空白文档来定义一个我们自己想要的结构体：

package exlcm;

struct example_t

{

    int64_t  timestamp;

    double  position[3];

    double  orientation[4];

    int32_t  num_ranges;

    int16_t  ranges[num_ranges];

    string  name;

    boolean  enabled;

}

执行： lcm-gen -x example_t.lcm

生成一个文件夹exlcm，并包含一个文件example_t.hpp，到这里lcm结构体定义完成。

接下来我们建立收发此结构体类型message的LCM收发机。

（1）建立publisher

在lcm_example目录下，新建send_message.cpp复制以下内容：

#include <lcm/lcm-cpp.hpp>

#include "exlcm/example_t.hpp"

int main(int argc, char ** argv)

{

    lcm::LCM lcm;

    if(!lcm.good())

        return 1;

    exlcm::example_t my_data;

    my_data.timestamp = 0;

    my_data.position[0] = 1;

    my_data.position[1] = 2;

    my_data.position[2] = 3;

    my_data.orientation[0] = 1;

    my_data.orientation[1] = 0;

    my_data.orientation[2] = 0;

    my_data.orientation[3] = 0;

    my_data.num_ranges = 15;

    my_data.ranges.resize(my_data.num_ranges);

    for(int i = 0; i < my_data.num_ranges; i++)

        my_data.ranges[i] = i;

    my_data.name = "example string";

    my_data.enabled = true;

    lcm.publish("EXAMPLE", &my_data);

    return 0;

}

（2）建立subscriber

在lcm_example目录下，新建listener.cpp复制以下内容：

#include <stdio.h>

#include <lcm/lcm-cpp.hpp>

#include "exlcm/example_t.hpp"

class Handler

{

    public:

        ~Handler() {}

        void handleMessage(const lcm::ReceiveBuffer* rbuf,

                const std::string& chan,

                const exlcm::example_t* msg)

        {

            int i;

            printf("Received message on channel \"%s\":\n", chan.c_str());

            printf("  timestamp  = %lld\n", (long long)msg->timestamp);

            printf("  position    = (%f, %f, %f)\n",

                    msg->position[0], msg->position[1], msg->position[2]);

            printf("  orientation = (%f, %f, %f, %f)\n",

                    msg->orientation[0], msg->orientation[1],

                    msg->orientation[2], msg->orientation[3]);

            printf("  ranges:");

            for(i = 0; i < msg->num_ranges; i++)

                printf(" %d", msg->ranges[i]);

            printf("\n");

            printf("  name        = '%s'\n", msg->name.c_str());

            printf("  enabled    = %d\n", msg->enabled);

        }

};

int main(int argc, char** argv)

{

    lcm::LCM lcm;

    if(!lcm.good())

        return 1;

    Handler handlerObject;

    lcm.subscribe("EXAMPLE", &Handler::handleMessage, &handlerObject);

    while(0 == lcm.handle());

    return 0;

}

（3）编辑CMakeLists.txt文件

在lcm_example目录下，新建CMakeLists.txt文件：

project(lcm_test)

set(CMAKE_CXX_STANDARD 11)

add_executable(send_message send_message.cpp)

target_link_libraries(send_message lcm)

add_executable(listener listener.cpp)

target_link_libraries(listener lcm)

编译CMakeLists.txt文件成功后，生成可执行文件send_message和listener。

分别在两个terminal中cd到可执行文件所在位置，分别运行：

./listener

./send_message

便可在listerner窗口中看见由send_message发送的信息。

3. ROS系统下LCM通信示例

接下来把LCM连接到ROS系统中使用。

（1）建立LCM_Client.cpp文件

#include <ros/ros.h>

#include <iostream>

#include "lcm/lcm-cpp.hpp"

int main(int argc, char** argv)

{

  ros::init(argc, argv, "image_publisher");

  ros::NodeHandle nh;

  lcm::LCM lcm;

  if (!lcm.good())

  {

    return 1;

  }

  char data[5];

  data[0] = 1;

  data[1] = 5;

  data[2] = 1;

  data[3] = 2;

  data[4] = 1;

  lcm.publish("EXAMPLE", data,5);//第一个参数是通道名，第二个参数是数据指针，第三个参数是长度

  std::cout << "发送成功!";

  ros::spinOnce();

}

（2）建立LCM_Server.cpp文件

#include <ros/ros.h>

#include <iostream>

#include "lcm/lcm-cpp.hpp"

class MyMessageHandler

{

public:

  void onMessage(const lcm::ReceiveBuffer* rbuf, const std::string& channel)

  {

    std::cout << (int)((unsigned char*)rbuf->data)[0] << std::endl;

    std::cout << (int)((unsigned char*)rbuf->data)[1] << std::endl;

    std::cout << (int)((unsigned char*)rbuf->data)[2] << std::endl;

    std::cout << (int)((unsigned char*)rbuf->data)[3] << std::endl;

    std::cout << (int)((unsigned char*)rbuf->data)[4] << std::endl;

    std::cout << "接收成功!";

  }

};

int main(int argc, char** argv)

{

  ros::init(argc, argv, "image_publisher");

  ros::NodeHandle nh;

  lcm::LCM lcm;

  MyMessageHandler handler;

  lcm.subscribe("EXAMPLE", &MyMessageHandler::onMessage, &handler);

  while (true)

    lcm.handle();

  ros::spin();

}

（3）修改CmakeLists.txt文件

include_directories(${catkin_INCLUDE_DIRS})

add_executable(LCM_Client src/LCM_Client.cpp)

target_link_libraries(LCM_Client lcm)

target_link_libraries(LCM_Client ${catkin_LIBRARIES})

add_executable(LCM_Server src/LCM_Server.cpp)

target_link_libraries(LCM_Server lcm) //necessary for lcm message transmission

target_link_libraries(LCM_Server ${catkin_LIBRARIES}

编译运行即可。简单来说，在ROS中使用LCM，需要将lcm相应头文件include进来，并且生成lcm变量，使用lcm.publish和lcm.subscribe即可。

如有问题欢迎联系讨论。

参考文档：自动驾驶消息传输机制LCM的安装与使用_python_snail_zcx的博客-CSDN博客和ROS系统学习7---LCM数据的发送和接收_matlab_weixinhum-CSDN博客

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