在 Day 3 時提到，在 ROS 系統中套件（Package）是開發機器人軟體的最基本單位，這篇要來實際跑一遍建立套件的流程。

不過這個過程稍微複雜一些，若只是開發練習用或小型專案，可以省略這個步驟。如果想要直接開始寫 ROS 節點，可以直接看下一篇。

建立 ROS 工作區

在建立套件之前，需要先建立一個工作區（Workspace）。工作區是用來給管理 ROS 專案的特殊資料夾，專案內使用或建立的套件、各種檔案都會放在裡面。

使用 catkin 建立工作區

我們需要使用 catkin 這套建立與管理工具，它會為一個普通的資料夾自動生成各種必須的資訊，將其轉換成 ROS 工作區，以利後續的開發工作。這個工作區一般只要建立一次即可。

1. 建立 catkin workspace：

   在終端機輸入以下指令，系統會在 home 目錄新建一個名為 catkin_ws 目錄（也可以取其他名稱，通常都會用 _ws 結尾 ），並在其中創建一個 src 資料夾。

   $ mkdir -p ~/catkin_ws/src
   

2. 編譯整個工作區：

   回到 catkin_ws 目錄，透過 catkin_make 指令讓 catkin 編譯此目錄下所有的 ROS 專案，為所有 ROS 套件自動生成可執行文件、函式庫和其他必要的檔案。

   $ cd ~/catkin_ws/
   
   $ catkin_make
   

   第一次執行該指令後，會看到 catkin_ws 目錄中多了 build 和 devel 這兩個目錄，原本的 src 目錄裡面也新增了一個 CMakeLists.txt 的檔案。

   catkin_ws 目錄內的東西：

   • src （Source Space）：src 是給開發者用來放各項專案和套件的地方。而方才新增的 CMakeLists.txt 是 catkin 結合了 CMake 系統（一種跨平台自動化建構系統，是「Cross-platform Make」的縮寫），讓程式可以支援跨平台建置的組態文件。

   • build（Build Space）： build 是一個臨時目錄，用於存放執行 catkin_make 過程中生成的中間檔案。

   • devel（Development Space）：devel 這個目錄包含了 ROS 套件的建構結果，例如可執行檔、函式庫、標頭檔等。

3. 設置環境變數：

   編譯完成後，需要輸入 source ~/.bashrc 指令將工作區的環境變數載入到當前的 shell 中。

   如果如果你希望每次打開終端機時，都可以自動載入這個工作區的環境變數，可以執行 echo "source ~/catkin_ws/devel/setup.bash" >> ~/.bashrc 這行指令，將前一條指令加入~/.bashrc檔案中。 這樣每次開啟新的終端機時，都可以直接執行 ROS 指令。

   $ source devel/setup.bash
   
   $ echo "source ~/catkin_ws/devel/setup.bash" >> ~/.bashrc
   

建立和使用 ROS 套件

catkin_create_pkg 建立套件

每次建立一個全新的 ROS 套件，可以按照以下步驟：

1. 前往 catkin_ws/src ，利用 catkin 工具的 catkin_create_pkg 指令來建立套件。

   格式：

   catkin_create_pkg <package_name> [depend1] [depend2] [depend3]
   

   • <package_name>：自己定義的套件名稱。
   • [depend1]：建立套件時預先設定好一系列相依套件。

   這裡示範建立一個名為 my_package 的套件，並且設定幾個相依套件：std_msgs（設定標準的訊息資料結構）、rospy（可以用 Python 撰寫節點）、roscpp（可以用 C++ 撰寫節點）。

   $ catkin_create_pkg my_package std_msgs rospy roscpp
   

2. 查看 my_package 目錄中可以看到檔案結構如下：

   ~/catkin_ws/src/my_package$ tree
   .
   ├── CMakeLists.txt
   ├── package.xml
   └── src
   

   • CMakeLists.txt：這是 ROS 自動生成給 CMake 建置用的文件，除了整個 catkin workspace 有一個外，每一個套件自己也會有一個。

   • package.xml：這是 ROS 自動生成的套件清單（Package Manifests），用於描述 ROS 套件的詮釋資料檔（Metadata file），它會包含套件名稱、版本、作者資訊、有哪些相依套件等。

   • src：這是用於儲存套件程式碼的地方。

3. 這時回到 catkin_ws 目錄，再次執行 catkin_make 指令，會顯示以下資訊，代表已經為剛才建立的 my_package 套件建立好必須的相依套件了。

   $ catkin_make
   
   # ...前面省略
   
   -- Found PythonInterp: /usr/bin/python3 (found version "3.8.10") 
   -- Using Python nosetests: /usr/bin/nosetests3
   -- catkin 0.8.10
   -- BUILD_SHARED_LIBS is on
   -- BUILD_SHARED_LIBS is on
   -- ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
   -- ~~  traversing 1 packages in topological order:
   -- ~~  - my_package
   -- ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
   -- +++ processing catkin package: 'my_package'
   -- ==> add_subdirectory(my_package)
   -- Using these message generators: gencpp;geneus;genlisp;gennodejs;genpy
   -- Configuring done
   -- Generating done
   
   # ...後面省略
   

   之後如果有對套件做較大幅度的修改，最好都回到工作區執行一次 catkin_make 指令。

安裝現成的套件

在 ROS index 和 GitHub 上也可以找到不少套件可用，這裡找一個教學用專案 Two wheeled robot 來示範如何安裝。

1. 下載專案到工作區的 src 目錄底下。這個專案裡面包含了 m2wr_description 和 m2wr_motion_plan 兩個套件。

   $ cd ~/catkin_ws/src
   
   $ git clone https://github.com/sulibo/two_wheeled_robot_ROS_tutorial.git
   

2. 安裝相依套件後，回到工作區目錄執行編譯。

   $ cd ..
   
   $ rosdep install --from-paths src --ignore-src -r
   
   $ catkin_make
   

3. 執行完上列步驟後，可以執行以下指令，這會開啟 Gazebo 模擬器（在更後面的文章會詳細介紹），並且在模擬環境中載入一台兩輪小車機器人。

   $ roslaunch m2wr_description spawn.launch 
   

   

雖然這一篇建立的套件看起來不怎麼複雜，只有 src 是開發者真的會用到的部份，但是我覺得 ROS 的套件其實是個滿複雜的概念。從上面 Two wheeled robot 套件的目錄就可以看到一個完整的套件裡還有更多東西，其中幾個部份我會在之後跑模擬環境時再詳細介紹。

下一篇會來講怎麼寫 ROS 節點，真的可以開始寫程式了。