stm32系列MICROROS环境配置（使用cubemx+clion+freertos）

量子之海里的卡夫卡

前言

`本文主要分享一下如何快速在stm32f103或stm32系列的任意板子上运行microros的具体步骤。（所需要的文件已经生成好了）。（目前，已经跑通stm32f103以及stm32f407）
~~生成的步骤极其踩坑，是一段令人痛苦的回忆。~~
生成静态链接库的踩坑主要内容就是所有资源都是外网，需要代理，如果网络不通畅所有的步骤都得重新来，尤其是在docker 容器运行时的代理配置，直接给我干吐血了.....
好的废话不多说，此篇文章的只需要下载工程后，即可使用（对于stm32f103rct6），其他芯片的可通过cubemx软件选择对应芯片即可。
对于microros如何从源码开始编译可点击以下链接

microros部署教程
 microros github源码
 microros 官网

一、工程下载（stm32f103rct6版本）

链接：https://pan.baidu.com/s/1QUw-3e9ZpeAaA7Khyjd_Dg?pwd=iebe
提取码：iebe
--来自百度网盘超级会员V4的分享

二、使用步骤

1.了解每个文件夹的作用

microros2pc_test 用于开发板与linux端ros2通信测试功能包
microros_ws 构建静态链接库，agent等功能包的setup功能包具体使用可参考microros官网
microros_agent_ws linux端运行microros的agent功能包
freertos_rosnode stm32工程文件，包含了静态链接 .a文件
在freertos_rosnode下的micro_ros_stm32cubemx_utils文件夹是极其重要的文件夹，一般不做修改，移植所需文件夹。同时可参考其中的main.c文件如何编程microros

2.移植到自己的工程

打开stm32 cubemx，创建一个新的工程（我以stm32f103rct6为例）

1.正常配置时钟树即可

2.rcc配置 HSE选择crystal

选择中间件 middleware，选择freertos。如下配置选择v2版本选择tasks and queues双击已存在的tasks
配置 stack size 3000 allocation static

3.配置usart：
mode 选择asynchronous
dma settings 点击add
rx mode选择circular
tx默认即可
两者优先级都为非常高
nvic settings 打开中断
配置图如下
!
4.sys配置
打开debug
timebase source 选择tim1

5.工程管理：
toolchan/ide 选择makefile

6.代码生成：
生成代码打开工程所在位置，将百度网盘下载的工程中的micro_ros_stm32cubemx_utils文件夹复制到新生成的工程文件夹目录下
如图所示

使用你最常用的ide或者编辑器打开工程（我以clion为例，配置文件可复制.idea文件夹到新工程目录下）：需要配置好工具链，如果没有配置，可参考稚晖君配置教程（clion）

编辑makefile文件：
将以下内容复制到 build the application之前(需要注意 @echo $(CFLAGS) 这个最好在复制后，删掉前面的空格，使用tab补齐，是语法问题，注意即可)

#######################################
# micro-ROS addons
#######################################
LDFLAGS += micro_ros_stm32cubemx_utils/microros_static_library/libmicroros/libmicroros.a
C_INCLUDES += -Imicro_ros_stm32cubemx_utils/microros_static_library/libmicroros/microros_include

# Add micro-ROS utils
C_SOURCES += micro_ros_stm32cubemx_utils/extra_sources/custom_memory_manager.c
C_SOURCES += micro_ros_stm32cubemx_utils/extra_sources/microros_allocators.c
C_SOURCES += micro_ros_stm32cubemx_utils/extra_sources/microros_time.c

# Set here the custom transport implementation
C_SOURCES += micro_ros_stm32cubemx_utils/extra_sources/microros_transports/dma_transport.c

print_cflags:
   @echo $(CFLAGS)

最好按照cubemx语法规则将代码块中的内容放入如下类似的注释之间，这样在cubemx软件新添配置后代码不会被覆盖

/* USER CODE BEGIN PM */

/* USER CODE END PM */

将以下头文件复制到freertos.c文件中

#include "usart.h"
#include <rcl/rcl.h>
#include <rcl/error_handling.h>
#include <rclc/rclc.h>
#include <rclc/executor.h>
#include <uxr/client/transport.h>
#include <rmw_microxrcedds_c/config.h>
#include <rmw_microros/rmw_microros.h>
#include <std_msgs/msg/int32.h>

bool cubemx_transport_open(struct uxrCustomTransport * transport);
bool cubemx_transport_close(struct uxrCustomTransport * transport);
size_t cubemx_transport_write(struct uxrCustomTransport* transport, const uint8_t * buf, size_t len, uint8_t * err);
size_t cubemx_transport_read(struct uxrCustomTransport* transport, uint8_t* buf, size_t len, int timeout, uint8_t* err);

void * microros_allocate(size_t size, void * state);
void microros_deallocate(void * pointer, void * state);
void * microros_reallocate(void * pointer, size_t size, void * state);
void * microros_zero_allocate(size_t number_of_elements, size_t size_of_element, void * state);

再将StartDefaultTask（）函数替换为以下内容

void StartDefaultTask(void *argument)
{
    /* USER CODE BEGIN StartDefaultTask */
    /* Infinite loop */
    // micro-ROS configuration

    rmw_uros_set_custom_transport(
      true,
      (void *) &huart1,
      cubemx_transport_open,
      cubemx_transport_close,
      cubemx_transport_write,
      cubemx_transport_read);

    rcl_allocator_t freeRTOS_allocator = rcutils_get_zero_initialized_allocator();
    freeRTOS_allocator.allocate = microros_allocate;
    freeRTOS_allocator.deallocate = microros_deallocate;
    freeRTOS_allocator.reallocate = microros_reallocate;
    freeRTOS_allocator.zero_allocate =  microros_zero_allocate;

    if (!rcutils_set_default_allocator(&freeRTOS_allocator)) {
        printf("Error on default allocators (line %d)\n", __LINE__);
    }

    // micro-ROS app

    rcl_publisher_t publisher;
    std_msgs__msg__Int32 msg;
    rclc_support_t support;
    rcl_allocator_t allocator;
    rcl_node_t node;

    allocator = rcl_get_default_allocator();

    //create init_options
    rclc_support_init(&support, 0, NULL, &allocator);

    // create node
    rclc_node_init_default(&node, "cubemx_node", "", &support);

    // create publisher
    rclc_publisher_init_default(
      &publisher,
      &node,
      ROSIDL_GET_MSG_TYPE_SUPPORT(std_msgs, msg, Int32),
      "cubemx_publisher");

    msg.data = 0;

    for(;;)
    {
      rcl_ret_t ret = rcl_publish(&publisher, &msg, NULL);
      if (ret != RCL_RET_OK)
      {
        printf("Error publishing (line %d)\n", __LINE__);
      }

      msg.data++;
      osDelay(10);
    }
    /* USER CODE END StartDefaultTask */
}

添加syscalls.c：
在工程目录的core/src目录下新建syscalls.c文件，并复制以下内容到新建文件中

/**
*****************************************************************************
**
**  File        : syscalls.c
**
**  Author        : Auto-generated by System workbench for STM32
**
**  Abstract    : System Workbench Minimal System calls file
**
**                   For more information about which c-functions
**                need which of these lowlevel functions
**                please consult the Newlib libc-manual
**
**  Target      : STMicroelectronics STM32
**
**  Distribution: The file is distributed “as is,” without any warranty
**                of any kind.
**
*****************************************************************************
** @attention
**
** <h2><center>&copy; COPYRIGHT(c) 2019 STMicroelectronics</center></h2>
**
** Redistribution and use in source and binary forms, with or without modification,
** are permitted provided that the following conditions are met:
**   1. Redistributions of source code must retain the above copyright notice,
**      this list of conditions and the following disclaimer.
**   2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright notice,
**      this list of conditions and the following disclaimer in the documentation
**      and/or other materials provided with the distribution.
**   3. Neither the name of STMicroelectronics nor the names of its contributors
**      may be used to endorse or promote products derived from this software
**      without specific prior written permission.
**
** THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS "AS IS"
** AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
** IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE
** DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE COPYRIGHT HOLDER OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
** FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
** DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR
** SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER
** CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY,
** OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE
** OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
**
*****************************************************************************
*/

// the code was modified by Fynn Boyer

/* Includes */
#include <sys/stat.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <time.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/times.h>


/* Variables */
//#undef errno
extern int errno;
extern int __io_putchar(int ch) __attribute__((weak));
extern int __io_getchar(void) __attribute__((weak));

register char * stack_ptr asm("sp");

char *__env[1] = { 0 };
char **environ = __env;

extern char _estack;  // see ld file
extern char _Min_Stack_Size;  // see ld file

/* Functions */
void initialise_monitor_handles()
{
}

int _getpid(void)
{
    return 1;
}

int _kill(int pid, int sig)
{
    errno = EINVAL;
    return -1;
}

void _exit (int status)
{
    _kill(status, -1);
    while (1) {}        /* Make sure we hang here */
}

__attribute__((weak)) int _read(int file, char *ptr, int len)
{
    int DataIdx;

    for (DataIdx = 0; DataIdx < len; DataIdx++)
    {
        *ptr++ = __io_getchar();
    }

    return len;
}

__attribute__((weak)) int _write(int file, char *ptr, int len)
{
    int DataIdx;

    for (DataIdx = 0; DataIdx < len; DataIdx++)
    {
        __io_putchar(*ptr++);
    }
    return len;
}

caddr_t _sbrk(int incr) {
    extern char __heap_start__ asm("end");  // Defined by the linker.
    static char *heap_end;
    char *prev_heap_end;

    if (heap_end == NULL) heap_end = &__heap_start__;

    prev_heap_end = heap_end;

    if (heap_end + incr > &_estack - _Min_Stack_Size) {
        __asm("BKPT #0\n");
        errno = ENOMEM;
        return (caddr_t)-1;

    }

    heap_end += incr;
    return (caddr_t)prev_heap_end;

}

int _close(int file)
{
    return -1;
}


int _fstat(int file, struct stat *st)
{
    st->st_mode = S_IFCHR;
    return 0;
}

int _isatty(int file)
{
    return 1;
}

int _lseek(int file, int ptr, int dir)
{
    return 0;
}

int _open(char *path, int flags, ...)
{
    /* Pretend like we always fail */
    return -1;
}

int _wait(int *status)
{
    errno = ECHILD;
    return -1;
}

int _unlink(char *name)
{
    errno = ENOENT;
    return -1;
}

int _times(struct tms *buf)
{
    return -1;
}

int _stat(char *file, struct stat *st)
{
    st->st_mode = S_IFCHR;
    return 0;
}

int _link(char *old, char *new)
{
    errno = EMLINK;
    return -1;
}

int _fork(void)
{
    errno = EAGAIN;
    return -1;
}

int _execve(char *name, char **argv, char **env)
{
    errno = ENOMEM;
    return -1;
}

再编辑makefile文件，加入syscalls.c文件路径
在
######################################
source
######################################
C sources
下加入

Core/Src/syscalls.c \

最后编译即可

最后下载固件到开发板上即可。

3.运行！

1.将agent功能包上传到linux中（linux需安装ros2系统，版本为foxy）
2.如果为其他ros2版本，可根据官网的教程进行创建功能包（可能构建工程也需要点魔法，但网络要求不高，或者使用小鱼的docker agent也可以效果一样）
3.最好编译一下，source功能包后运行以下命令

ros2 run micro_ros_agent micro_ros_agent serial -b 115200 --dev /dev/ttyUSB0

其中ttyUSB0要根据开发板连接的代号来修改
注意一定要先运行上述命令后再连接开发板
效果如下

出现以上情况后，再连接开发板，会出现以下情况

说明开发板与ros2连接成功
再运行`

ros2 topic echo /cubemx_publisher

可查看microros发布的信息
如图

rqt_graph

说明stm32f103的节点已启动！

量子之海里的卡夫卡

@2475887309 rqt_graph 图如下

小鱼

@2475887309 申请转载到公众号，可以嘛

量子之海里的卡夫卡

@小鱼可以呀，完全可以的呀

小鱼

@2475887309 感谢～

某不知名的热心南京大学牲

我是在cubeide里弄的stm32f407，但是我在将单片机与ubuntu连接后，应该是在这第194行出现了问题

运行agent后将单片机进行复位，此时我电脑上的agent直接报错退出了
$73ffe99d-08c8-43f9-9c7c-b10b77ce785e-8__X7Y6}N_TMJCAQ1DJ94{L_tmb.jpg$
这个不知道是啥问题，我查看了电脑上的串口收到的信息是这样的
9460d253-4fb6-48d6-b5d3-ca58ff1a93b4-25a8d313e54b69b0a4af5baec63553ea.JPG
我不知道如何解决

yunze

我在stm32 405rgt6上编译，cmake可以通过，但是编译报错。有大佬可以帮我看看问题在哪里吗？

量子之海里的卡夫卡

此回复已被删除！

量子之海里的卡夫卡

@1414417391 你好，这个可以先尝试一下断开与stm32的链接，最好是单片机断电，断电后再Linux启动命令，然后再启动stm32

量子之海里的卡夫卡

@yunze 不好意思，好久没看论坛了，现在您应该是解决了，我现在回复，可以给后续出现相同问题的朋友有点启发
问题其实是f4系列是有硬件浮点的功能，而这个工程用的是软件的，所以要在makefile里面讲硬件浮点修改为软件浮点，具体如何设置可以搜索一下f4芯片使用freertos时使用软件浮点

pow

此回复已被删除！

法蘭克葉

@2475887309

我目前是用ROS2的Subscriber 範例去抓cubemx_publisher丟出來的資料，在程序中將預設topic改為cubemx_publisher，然後執行ros2 run 文件夾名 listener 後畫面停住沒反應.

請問該如何用Subscriber 去抓cubemx_publisher丟出來的資料?

量子之海里的卡夫卡

@pireergame 你好，首先我们得确定Linux端的ros使用topic echo 能够看到stm32发送的数据后说明通信已经没问题了，之后再看sub订阅的topic数据类型是否和stm32发送的数据类型是否一致，一般来说这两个都没问题的话已经可以实现订阅了，若是还不行最好就是自己写一个简单的sub订阅者来订阅消息，若是都尝试过的话，请告诉我，我去测试一下（我这边已经可以使用cmdvel话题来进行控制小车运动以及订阅小车反馈的车轮速度）

lupop

大佬，你stm32rct6，这一套ram占用多少啊？我这用CLion + MX 生成 cmake 项目，一样的配置，占用有 90+%。。。

量子之海里的卡夫卡

@lupop 没仔细看过，不过配置一样的话应该就差不多，毕竟任务占用大小已经设置10kb了，怎么也小不了