3. ROS2核心概念

在PX4与ROS2的通信工程中，理解ROS2的核心概念是搭建可靠数据链路的前提。PX4通过uXRCE-DDS或Zenoh桥接将飞控内部数据暴露给ROS2生态，而ROS2则用节点、话题、服务、动作、参数等抽象来组织这些数据。本节从计算图的角度梳理这些概念，并重点解释DDS中间件与QoS策略如何决定通信质量。

一、计算图：节点与通信原语

ROS2的计算图由节点（Node）和它们之间的通信关系构成。节点是参与通信的最小进程单元，例如一个px4_ros_com桥接节点、一个offboard_control控制节点、一个rviz2可视化节点。节点之间通过四种原语交互：话题、服务、动作和参数。

• 话题（Topic）：发布/订阅模型，异步、单向、多对多。适合高频连续数据，如/fmu/out/vehicle_attitude姿态、/fmu/out/sensor_combined传感器数据。
• 服务（Service）：请求/响应模型，同步、双向、一对一。适合一次性命令，如/fmu/vehicle_command中的解锁、切换模式。
• 动作（Action）：基于话题和服务的组合，支持长时任务、进度反馈与取消。适合航点飞行、起飞降落等耗时操作。
• 参数（Parameter）：节点级配置键值对，可在运行时读写，如use_sim_time、PX4参数映射。

二、DDS中间件：ROS2的通信底座

ROS2默认使用DDS（Data Distribution Service）作为中间件，节点之间的发现、序列化和传输都由DDS完成。DDS采用以数据为中心的发布/订阅模型，通过域（Domain）隔离不同网络，通过主题（Topic）匹配发布者和订阅者。PX4与ROS2通信时，uXRCE-DDS Agent充当DDS参与者，将PX4的uORB消息转换为DDS主题，从而让ROS2节点像订阅本地话题一样订阅飞控数据。

DDS的核心机制包括：

• 自动发现：节点加入域后自动广播，无需中心服务器。
• 序列化：使用CDR等格式将消息转为字节流。
• QoS匹配：发布者与订阅者的QoS策略必须兼容，否则无法建立连接。

三、QoS策略：决定通信可靠性

QoS（Quality of Service）是DDS最强大的特性之一，它允许为每个话题定制可靠性、持久性、历史深度等策略。PX4与ROS2桥接时，QoS不匹配是“话题存在但收不到数据”的最常见原因。

下面是一个ROS2订阅PX4姿态话题时设置QoS的示例：

from rclpy.qos import QoSProfile, ReliabilityPolicy, DurabilityPolicy

qos = QoSProfile(
    reliability=ReliabilityPolicy.BEST_EFFORT,
    durability=DurabilityPolicy.VOLATILE,
    depth=1
)

self.create_subscription(
    VehicleAttitude,
    '/fmu/out/vehicle_attitude',
    self.attitude_cb,
    qos
)

四、典型场景：从飞控到控制节点的数据流

以Offboard控制为例，数据流如下：PX4飞控内部uORB消息经uXRCE-DDS Client发送到Agent，Agent将其转为DDS主题；ROS2控制节点订阅/fmu/out/vehicle_odometry获取位置，发布/fmu/in/offboard_control_mode和/fmu/in/trajectory_setpoint；PX4订阅这些输入话题并执行控制。整个链路中，话题负责数据流，服务负责模式切换，动作负责航点任务，参数负责调参。

五、常见误区与复盘

1. 话题名写错：PX4的uORB话题经桥接后通常带/fmu/out/或/fmu/in/前缀，需用ros2 topic list确认。
2. QoS不匹配：订阅端RELIABLE、发布端BEST_EFFORT时无法接收，应统一为BEST_EFFORT。
3. 域ID不一致：PX4与ROS2必须在同一ROS_DOMAIN_ID下，否则发现不到对方。
4. 服务与话题混用：模式切换用服务，高频控制用话题，长任务用动作，不要用话题模拟服务。
5. 参数误改：PX4参数与ROS2参数是两套系统，桥接参数需通过/fmu/param服务操作。