廖德 Handel Working Spece

2025年4月18日星期五

成功安裝了 micro-ROS / ROS 2 ESP32 開發環境

已經成功安裝了 micro-ROS / ROS 2 ESP32 開發環境所需的 Python 套件與 colcon 工具鏈，其中包括：

✅ colcon 相關核心與擴充
✅ empy（ROS2 build template 使用）
✅ pytest（unit test 支援）
✅ catkin_pkg（老式 ROS1 兼容用）
✅ PyYAML 等支援性工具

這表示你的 Python 環境、虛擬環境與 micro-ROS toolchain 現在都已經準備好，可以進行後續的韌體建構、燒錄與 agent 通訊測試。

🔜 建議你下一步可以做的事：

✅ 建構韌體

bash
ros2 run micro_ros_setup build_firmware.sh

這會編譯 ESP32 韌體（FreeRTOS + micro-ROS）並輸出至 firmware/build/ 目錄。

✅ 確認 USB 串口後燒錄（ESP32 預設為 `/dev/ttyUSB0`）

bash
export MICROROS_FIRMWARE_SERIAL_DEVICE=/dev/ttyUSB0
ros2 run micro_ros_setup flash_firmware.sh

✅ 執行 micro-ROS Agent（在主機端，連接到 ESP32）

bash
ros2 run micro_ros_agent micro_ros_agent serial --dev /dev/ttyUSB0

你應該會看到 micro-ROS agent 開始通訊、顯示 INFO micro_ros_agent 類似的日誌輸出。

✅ 測試 ROS 2 通訊（主機）

bash
ros2 topic list
ros2 topic echo /<你的 topic 名稱>

🛠 若你還沒寫 `app.c` 內容

你可以用預設範本：

bash
ros2 run micro_ros_setup configure_firmware.sh int32_publisher -t serial -d /dev/ttyUSB0

會建立一個簡單的 ROS publisher，固定頻率送 std_msgs/msg/Int32 到 /int32_publisher topic。

如果你之後想改成自訂的 topic、subscriber、timer、executor 範本，我可以幫你快速產一份乾淨的 app.c 模板。

是否需要我幫你生成一份 ESP32 專用的 micro-ROS 範例 app.c？或整個專案初始化腳本？

目前 firmware/ 裡沒有 esp-idf/ 資料夾，這代表 micro-ROS 的 ESP32 韌體環境建立雖然成功，但 ESP-IDF SDK 尚未下載或安裝完成，所以還不能開始 build。

🔍 為什麼沒有 `esp-idf/`？

這是因為 ESP-IDF 套件通常是在執行以下指令時才會被自動下載安裝：

bash
ros2 run micro_ros_setup build_firmware.sh

該指令會觸發：

建立 esp-idf/ 資料夾
執行 esp-idf/install.sh
設定 Python 虛擬環境
初始化環境變數（例如 . ./export.sh）

✅ 解法步驟

請你接下來執行這步驟：

bash
ros2 run micro_ros_setup build_firmware.sh

這會自動觸發以下操作：

Clone ESP-IDF（通常為 v4.4 版，根據 micro-ROS 設定）
安裝 Python 套件到 virtualenv
設定 toolchain 與編譯配置
準備 build tree 與 sdkconfig

🛠 若你遇到失敗（例如 proxy 或 pip 問題）

你也可以手動做：

bash
cd firmware/
git clone -b v4.4 --recursive https://github.com/espressif/esp-idf.git
cd esp-idf
./install.sh

完成後：

bash
. ./export.sh

然後再回去執行：

bash
ros2 run micro_ros_setup build_firmware.sh

📂 正常情況下的 `firmware/` 應為：

lua
firmware/
├── COLCON_IGNORE
├── PLATFORM
├── dev_ws/
├── freertos_apps/
├── mcu_ws/
├── toolchain/
└── esp-idf/      <-- ⚠️ 你現在缺少的這個

需要我幫你自動建立一套包含 ESP-IDF 的 micro-ROS ESP32 Docker 或 bash 安裝環境嗎？

可大幅簡化以上流程並支援 S3/C3 多板子切換。

====================================================

🧨 問題摘要：

ESP-IDF 工具鏈版本警告（非致命）
```
vbnet
WARNING: using an unsupported version of tool xtensa-esp32-elf...
```
➤ 表示你環境中有不符合 micro-ROS 預期版本的工具，但不會直接中斷 build。

真正的錯誤來自 app 沒選好或目錄不存在：

bash
head: cannot open '/home/ubuntu/data/firmware_esp32_ws/firmware/APP'
pushd: .../microros_esp32_extensions/build: No such file or directory

✅ 根本原因

你使用的是：

bash
ros2 run micro_ros_setup build_firmware.sh

但沒有先 設定 app 程式，micro-ROS build script 預設會讀取：

firmware/APP

這個檔案告訴 script 要從哪個 app 資料夾編譯。

✅ 解法步驟：正確設定 ESP32 範例 App

請執行下列指令設定一個官方提供的範例 App：

bash
ros2 run micro_ros_setup configure_firmware.sh int32_publisher -t serial -d /dev/ttyUSB0

這會：

在 firmware/freertos_apps/apps/int32_publisher/ 放一份範例 app.c
寫入 firmware/APP 檔案
設定好 ESP32 用的 serial 參數

接著再執行 build：

bash
ros2 run micro_ros_setup build_firmware.sh

🧪 驗證你是否成功設定 app

檢查這個檔案是否存在：

bash
cat firmware/APP
# 應該輸出類似：
# freertos_apps/apps/int32_publisher

確認這個資料夾有：

bash
ls firmware/freertos_apps/apps/int32_publisher/
# 應該包含 app.c

⚠️ 補充：toolchain warning 的處理建議

建議讓 micro-ROS 自動使用它內建的 toolchain，不要把 host 環境中其他版本插入 $PATH，避免以下狀況：

bash
WARNING: using an unsupported version...

若你不放心，可以把 host 中的 xtensa-esp32 toolchain 暫時移除 PATH 或用 Docker 隔離。

✅ 小結

動作	指令
設定 App	`ros2 run micro_ros_setup configure_firmware.sh int32_publisher -t serial -d /dev/ttyUSB0`
編譯韌體	`ros2 run micro_ros_setup build_firmware.sh`
燒錄 ESP32	`ros2 run micro_ros_setup flash_firmware.sh`
啟動 Agent	`ros2 run micro_ros_agent micro_ros_agent serial --dev /dev/ttyUSB0`

================================================================

[100%] Built target app

代表你的 ESP32 micro-ROS 專案中的 app.c 已經成功編譯完成，目前狀態：

✅ app 目標已正確被 CMake 和 make 編譯出來

✅ 所有依賴（如 rclc、std_msgs、freertos）都已連結成功

✅ 沒有出現 undefined reference 或 linking 錯誤

📦 下一步建議

如果你是透過 micro-ROS 官方工具鏈建立的 firmware（

也就是用：

bash

ros2 run micro_ros_setup configure_firmware.sh ...

）那麼接下來只要燒錄 ESP32 即可：

🔥 燒錄韌體至 ESP32

bash

export MICROROS_FIRMWARE_SERIAL_DEVICE=/dev/ttyUSB0

ros2 run micro_ros_setup flash_firmware.sh

⚠ 若使用 ESP32-S3 開發板，請記得加：

bash

export IDF_TARGET=esp32s3

🧠 啟動 micro-ROS agent（主機端，串接 ROS2）

bash

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

📡 測試 ROS2 Topic（如果你用的是 Int32 publisher 範本）

bash

ros2 topic list

ros2 topic echo /int_topic

🔧 想加功能？（下一步建議）

如果你已經成功編譯並燒錄，接下來你可以考慮擴展功能，例如：

加上 subscriber 處理主機命令

加上 timer 結合感測器（如 GPIO, ADC, I2C）

整合 IMU、溫濕度、GPS 等外接模組

使用 micro-ROS parameter 動態修改頻率或 topic 名稱

支援 OTA 或 BLE 傳輸

如果你想，我可以幫你生成：

subscriber + publisher 雙向通訊範例

ADC / GPIO 讀取整合進 timer callback

micro-ROS + FreeRTOS task 結合架構

micro-ROS + ESP-NOW 或 WiFi UDP 範例整合

需要我幫你生成哪一種？或你有特定硬體想整合？

在 ESP32 上使用 FreeRTOS 運行 micro-ROS 的操作步驟

前置條件

作業系統：Ubuntu 20.04 或 22.04（建議搭配 ROS 2 Humble）。
ROS 2：已安裝 ROS 2 Humble，並可透過 /opt/ros/humble/setup.bash 啟用。
ESP32 工具：已安裝 ESP-IDF（建議版本 v4.4 或更新，與 micro-ROS 相容）。
依賴套件：已安裝 colcon、rosdep、flex 等必要工具。
硬體：ESP32 或 ESP32-S3，具備 USB 轉串口連線。

步驟 1：建立並編譯 ROS 2 工作空間

創建一個用於 micro-ROS 設置的工作空間，並編譯相關套件。

bash

mkdir -p ~/firmware_esp32_ws/src
cd ~/firmware_esp32_ws
git clone https://github.com/micro-ROS/micro_ros_setup src/micro_ros_setup
rosdep update
sudo apt install flex
rosdep install --from-path src --ignore-src -y
source /opt/ros/humble/setup.bash
colcon build
source install/local_setup.bash

說明與檢查：

這個步驟會下載 micro-ROS 的設置工具並編譯。
確保 colcon build 執行無誤，無錯誤訊息。
執行 source install/local_setup.bash 後，確認環境變數正確設置，可用 echo $ROS_DISTRO 檢查（應顯示 humble）。

步驟 2：建立 FreeRTOS 韌體工作空間

為 ESP32 創建基於 FreeRTOS 的 micro-ROS 韌體工作空間。

bash

ros2 run micro_ros_setup create_firmware_ws.sh freertos esp32

輸出結果：

執行後會在當前目錄下生成 firmware/ 資料夾，結構如下：

firmware/
├── apps/
├── esp-idf/
├── mcu_ws/
│   ├── src/
│   └── install/
├── CMakeLists.txt
├── sdkconfig

這裡明確指定 freertos 作為作業系統，esp32 作為目標平台（其他支援平台包括 nucleo_f446re、crazyflie21 等）。

ESP32-S3 注意事項：若使用 ESP32-S3，需在創建工作空間前設置以下環境變數：

bash

export IDF_TARGET=esp32s3

這確保生成的工作空間適用於 ESP32-S3 的硬體配置。

步驟 3：編譯韌體

編譯針對 ESP32 的 micro-ROS 韌體。

bash

ros2 run micro_ros_setup build_firmware.sh

說明與檢查：

該指令會自動載入 ESP-IDF 環境並編譯韌體。
編譯過程應無錯誤，否則檢查 ESP-IDF 版本或依賴套件。
對於 ESP32-S3，確認 IDF_TARGET=esp32s3 已設置，並檢查 sdkconfig 檔案中的 UART 和快閃記憶體大小設置是否正確。

進階配置（選擇性）：若需調整 UART 引腳或快閃記憶體大小，可使用以下指令開啟配置介面：

bash

ros2 run micro_ros_setup configure_firmware.sh menuconfig

在 menuconfig 中調整相關參數（例如 UART 引腳、快閃記憶體大小），特別適用於 ESP32-S3。

步驟 4：燒錄韌體到 ESP32

將編譯好的韌體燒錄到 ESP32 硬體。

bash

export MICROROS_FIRMWARE_SERIAL_DEVICE=/dev/ttyUSB0
ros2 run micro_ros_setup flash_firmware.sh

說明與檢查：

將 /dev/ttyUSB0 替換為實際的 USB 串口（可用 ls /dev/tty* 檢查）。
確保 ESP32 已正確連接到電腦，且有寫入權限（可能需 sudo chmod 666 /dev/ttyUSB0）。
燒錄完成後，檢查是否有錯誤訊息。

步驟 5：啟動 micro-ROS Agent

啟動 micro-ROS Agent 以與 ESP32 上的 micro-ROS 應用程式通訊。

bash

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

說明與檢查：

確保串口與燒錄時一致（例如 /dev/ttyUSB0）。
Agent 啟動後應顯示連線訊息，表示與 ESP32 的 micro-ROS 節點成功通訊。
若無反應，檢查 ESP32 是否正確燒錄，或確認 UART 設置是否正確。

ESP32-S3 特別注意事項

若使用 ESP32-S3，請額外注意以下事項：

設置 IDF 目標：
bash
```
export IDF_TARGET=esp32s3
```
- 在創建韌體工作空間前執行，確保生成正確的配置。
檢查 UART 和快閃記憶體：
- ESP32-S3 的 UART 引腳和快閃記憶體大小可能與標準 ESP32 不同。
- 使用 menuconfig 檢查並調整 sdkconfig 中的設置：
  bash
```
ros2 run micro_ros_setup configure_firmware.sh menuconfig
```
- 常見調整包括 UART 引腳分配和快閃記憶體大小（例如 4MB 或 8MB）。
燒錄問題：
- ESP32-S3 的燒錄可能需要額外驅動程式，確保 USB 驅動（如 cp2102 或 ch340）已安裝。
- 確認燒錄工具（如 esptool）與 ESP-IDF 版本相容。

常見問題與解決方法

編譯失敗：
- 確認 ESP-IDF 版本與 micro-ROS 相容（建議 v4.4 或更新）。
- 檢查是否遺漏依賴套件，可重跑 rosdep install。
燒錄失敗：
- 確認串口正確（/dev/ttyUSB0 或其他）。
- 檢查 ESP32 是否進入燒錄模式（可能需按住 BOOT 按鈕）。
Agent 無法連線：
- 確認 UART 設置與 Agent 的串口一致。
- 檢查韌體是否正確燒錄，可透過串口監控工具（如 minicom）查看 ESP32 輸出。

總結

以上步驟涵蓋了從建立 ROS 2 工作空間到在 ESP32 上運行 micro-ROS 的完整流程。對於 ESP32-S3，需特別注意 IDF_TARGET 設置和 sdkconfig 配置。完成後，你將能夠在 ESP32 上運行 micro-ROS 節點，並透過 micro-ROS Agent 與 ROS 2 系統通訊。

若有進一步問題或需要範例程式碼（如 micro-ROS 節點程式），請提供更多細節，我可協助補充！

以下是為 ESP32 + micro-ROS + FreeRTOS 平台設計的一份簡單但完整的 app.c 範例程式，它會：

初始化 micro-ROS 節點（rclc_node）
建立一個 publisher，發佈 std_msgs/msg/Int32 訊息到 /int_topic
每 500ms 發送一筆遞增的數字
使用 rclc_executor 管理 timer callback

✅ `firmware/apps/microros_esp32_extensions/app.c`

c
#include <stdio.h>
#include <rcl/rcl.h>
#include <rcl/error_handling.h>
#include <rclc/rclc.h>
#include <rclc/executor.h>
#include <std_msgs/msg/int32.h>
#include <freertos/FreeRTOS.h>
#include <freertos/task.h>

rcl_publisher_t publisher;
std_msgs__msg__Int32 msg;
int32_t count = 0;

void timer_callback(rcl_timer_t * timer, int64_t last_call_time)
{
    RCLC_UNUSED(last_call_time);
    if (timer != NULL) {
        msg.data = count++;
        rcl_publish(&publisher, &msg, NULL);
    }
}

void appMain(void * arg)
{
    // === micro-ROS 初始化 ===
    rcl_allocator_t allocator = rcl_get_default_allocator();
    rclc_support_t support;

    rclc_support_init(&support, 0, NULL, &allocator);

    rcl_node_t node;
    rclc_node_init_default(&node, "esp32_node", "", &support);

    rclc_publisher_init_default(
        &publisher,
        &node,
        ROSIDL_GET_MSG_TYPE_SUPPORT(std_msgs, msg, Int32),
        "int_topic"
    );

    // === Timer 500ms ===
    rcl_timer_t timer;
    rclc_timer_init_default(
        &timer,
        &support,
        RCL_MS_TO_NS(500),
        timer_callback
    );

    // === Executor ===
    rclc_executor_t executor;
    rclc_executor_init(&executor, &support.context, 1, &allocator);
    rclc_executor_add_timer(&executor, &timer);

    // === 主循環 ===
    while (1) {
        rclc_executor_spin_some(&executor, RCL_MS_TO_NS(100));
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(100));
    }

    // 不會執行到這裡，但若需清理可加上：
    // rcl_publisher_fini(&publisher, &node);
    // rcl_node_fini(&node);
}

📦 配套資訊

這份程式預設的 Topic 是：

bash
Topic: /int_topic
Type: std_msgs/msg/Int32

你可以在主機端使用：

bash
ros2 topic echo /int_topic

來觀察資料。

🧩 接下來怎麼用這份 app.c？

把上面的內容存進你的 firmware app 目錄，例如：
```
bash
firmware/apps/microros_esp32_extensions/app.c
```

重新 build：

bash
ros2 run micro_ros_setup build_firmware.sh

確保 ESP32 連接 USB，燒錄：

bash
export MICROROS_FIRMWARE_SERIAL_DEVICE=/dev/ttyUSB0
ros2 run micro_ros_setup flash_firmware.sh

啟動 Agent：

bash
ros2 run micro_ros_agent micro_ros_agent serial --dev /dev/ttyUSB0

查看 ROS 2 topic：

bash
ros2 topic list
ros2 topic echo /int_topic

如果你希望加上 subscriber、parameter 或 IMU / UART 傳感器整合，我可以幫你擴展這個 template。是否需要我也加上一個 subscriber 範例？

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成功安裝了 micro-ROS / ROS 2 ESP32 開發環境

🔜 建議你下一步可以做的事：

✅ 建構韌體

✅ 確認 USB 串口後燒錄（ESP32 預設為 /dev/ttyUSB0）

✅ 執行 micro-ROS Agent（在主機端，連接到 ESP32）

✅ 測試 ROS 2 通訊（主機）

🛠 若你還沒寫 app.c 內容

🔍 為什麼沒有 esp-idf/？

✅ 解法步驟

🛠 若你遇到失敗（例如 proxy 或 pip 問題）

📂 正常情況下的 firmware/ 應為：

🧨 問題摘要：

✅ 根本原因

✅ 解法步驟：正確設定 ESP32 範例 App

🧪 驗證你是否成功設定 app

⚠️ 補充：toolchain warning 的處理建議

✅ 小結

在 ESP32 上使用 FreeRTOS 運行 micro-ROS 的操作步驟

✅ firmware/apps/microros_esp32_extensions/app.c

📦 配套資訊

🧩 接下來怎麼用這份 app.c？

2025年4月18日星期五

✅ 確認 USB 串口後燒錄（ESP32 預設為 `/dev/ttyUSB0`）

🛠 若你還沒寫 `app.c` 內容

🔍 為什麼沒有 `esp-idf/`？

📂 正常情況下的 `firmware/` 應為：

✅ `firmware/apps/microros_esp32_extensions/app.c`