前言

随着智能机器人技术的快速发展，越来越多的研究者和开发者开始涉足这一充满挑战和机遇的领域。哪吒开发板，作为一款高性能的机器人开发平台，凭借其强大的计算能力和丰富的接口，为机器人爱好者和专业人士提供了一个理想的实验和开发环境。本文旨在为读者提供一个全面的指南，从哪吒开发板的简介开始，逐步引导读者完成Ubuntu 20.04操作系统的安装，ROS1（Robot Operating System）的部署，以及最终的ROS应用开发和部署过程。

一、哪吒开发板简介

哪吒开发板以其信用卡大小的紧凑设计和强大的计算能力，成为了机器人开发领域的一大亮点。它搭载了高性能的处理器，配备了足够的内存和存储空间，支持多种操作系统，包括但不限于Windows和Linux。此外，哪吒开发板还提供了丰富的扩展接口，包括GPIO、USB、HDMI等，使其能够轻松连接各种传感器和执行器，满足不同层次的开发需求。

以下是哪吒开发板的主要特点：

1. **处理器**：搭载Intel® N97处理器（Alder Lake-N），提供高达3.6GHz的时钟频率和12W的TDP，确保了强大的处理能力。

2. **图形处理**：内置Intel® UHD Graphics Gen12 GPU，支持高分辨率显示，为视觉处理和图形应用提供支持。

3. **内存与存储**：
   - 板载8GB LPDDR5内存，提供高速的数据访问能力。
   - 64GB eMMC存储，为操作系统和应用程序提供足够的存储空间。

4. **接口丰富**：
   - 1个Gigabit LAN端口，用于有线网络连接。
   - 3个USB 3.2 Gen 2 Type-A端口，2个10针USB 2.0/UART端口，提供多种外设连接选项。
   - 1个HDMI 1.4b端口，支持高清视频输出。

5. **扩展能力**：配备40针GPIO连接器，支持PWM、UART、I2C、I2S、SPI和ADC等多种功能，便于连接各种传感器和执行器。

6. **安全性**：板载TPM 2.0，提供硬件级别的安全保障。

7. **电源设计**：支持12V直流输入，5A电流，确保稳定的电源供应。

8. **操作系统支持**：兼容Windows和Linux操作系统，为开发者提供了灵活的选择。

9. **尺寸**：信用卡大小的尺寸（85 x 56mm），便于集成到各种设备中。

10. **散热设计**：采用无风扇散热设计，适合于对噪音敏感或空间受限的应用场景。

哪吒开发板的这些特性使其成为教育、物联网、数字标牌和机器人等领域的理想选择。它的高性能和灵活性为开发者提供了广阔的创新空间。

二、设备开箱

开发板以快递形式发货，很快就收到了。

打开之后，内部包括一块开发板、供电电源和无线网卡。

 
插上电源、显示器、鼠标键盘之后，系统直接开机。

开发板预装了Win11系统，账号和密码一致。

进入系统之后，稍微体验了一下系统，比较流畅。优化做的还是比较好的。唯一不足的是，内存空间比较小，必须搭配外置存储设备使用。

三、Unbutu20.04系统安装

要在哪吒开发板上安装Ubuntu 20.04系统，请按照以下步骤操作：

1. **下载Ubuntu 20.04 ISO文件**：
   - 访问Ubuntu官方下载页面，选择适合您设备的Ubuntu版本，点击下载按钮。下载完成后，保存ISO文件到您的电脑上。

2. **创建可启动USB驱动器**：
   - 准备一个4GB或更大的USB驱动器，并备份所有数据，因为创建启动盘的过程中会清除USB上的所有数据。
   - 可以使用第三方工具如Rufus来创建可启动USB驱动器。
3. **启动安装程序**：
   - 将可启动USB插入哪吒开发板，重启设备，并进入BIOS设置，将启动顺序更改为从USB设备启动。

4. **开始安装过程**：
   - 启动后，您将看到“尝试Ubuntu”和“安装Ubuntu”的选项。选择“安装Ubuntu”开始安装过程。
   - 如果您的电脑使用Intel RST（快速存储技术），您可能需要在BIOS菜单中禁用它才能继续安装。

5. **安装设置**：
   - 选择您的键盘布局，然后点击“继续”。
   - 选择您的安装类型，可以选择“正常安装”或“最小安装”，并决定是否在安装过程中下载更新和第三方软件。

6. **分区**：
   - 选择“擦除磁盘并安装Ubuntu”以自动分区，或选择“其他选项”手动分区。

7. **位置和用户设置**：
   - 选择您的位置和时区，然后为系统创建用户账户和密码。

8. **完成安装**：
   - 确认安装设置无误后，点击“安装”开始安装过程。
   - 安装完成后，系统会提示您重启设备。

 

 

四、ROS1安装

在Ubuntu 20.04上安装ROS1（Noetic版本）的步骤如下：

1. **设置Ubuntu的软件和更新**：
   - 打开软件和更新设置，确保`main`、`universe`、`restricted`和`multiverse`选项被勾选，然后在下载源中选择一个中国的服务器以加快下载速度。

2. **添加ROS软件源**：
   - 使用以下命令添加ROS软件源：
     ```bash
     sudo sh -c 'echo "deb http://packages.ros.org/ros/ubuntu $(lsb_release -sc) main" > /etc/apt/sources.list.d/ros-latest.list'
     ```
   - 如果网速慢，可以使用国内源，例如上海交大源：
     ```bash
     sudo sh -c '. /etc/lsb-release && echo "deb http://mirrors.sjtug.sjtu.edu.cn/ros/ubuntu/ `lsb_release -cs` main" > /etc/apt/sources.list.d/ros-latest.list'
     ```

3. **添加密钥**：
   - 使用以下命令添加ROS密钥：
     ```bash
     sudo apt-key adv --keyserver 'hkp://keyserver.ubuntu.com:80' --recv-key C1CF6E31E6BADE8868B172B4F42ED6FBAB17C654
     ```

4. **更新软件包索引**：
   - 运行以下命令更新软件包列表：
     ```bash
     sudo apt update
     ```

5. **安装ROS**：
   - 安装ROS Noetic桌面完整版：
     ```bash
     sudo apt install ros-noetic-desktop-full
     ```
   - 安装过程可能需要一段时间，耐心等待安装完成。

6. **设置环境变量**：
   - 将以下命令添加到`~/.bashrc`文件中，以便每次打开新的终端时自动加载ROS环境：
     ```bash
     echo "source /opt/ros/noetic/setup.bash" >> ~/.bashrc
     source ~/.bashrc
     ```

7. **安装其他工具和依赖关系**：
   - 安装`python3-rosdep`、`python3-rosinstall`、`python3-wstool`和`build-essential`：
     ```bash
     sudo apt install python3-rosdep python3-rosinstall python3-rosinstall-generator python3-wstool build-essential
     ```

8. **初始化rosdep**：
   - 初始化`rosdep`：
     ```bash
     sudo rosdep init
     rosdep update
     ```
   - 如果`rosdep`初始化失败，可以尝试使用国内版的`rosdepc`。

9. **验证ROS安装**：
   - 运行`roscore`命令来验证ROS是否安装成功：
     ```bash
     roscore
     ```
   - 如果没有错误信息，表示ROS已成功安装。

五、测试ROS

1. **测试turtlesim用例**：
    - 打开新的终端，运行`turtlesim`节点：
      ```bash
      rosrun turtlesim turtlesim_node
      ```
    - 再打开一个终端，使用键盘控制`turtlesim`：
      ```bash
      rosrun turtlesim turtle_teleop_key
      ```

2. **启动`roscore`**：
   - 在一个新的终端中运行`roscore`，这是ROS系统的中心节点，必须运行才能进行其他操作。
     ```bash
     roscore
     ```

 

3. **检查ROS环境**：
   - 在另一个终端中，运行`printenv`命令来查看当前的ROS环境变量设置。
     ```bash
     printenv | grep ROS
     ```

4. **列出ROS节点**：
   - 使用`rosnode`命令列出当前活跃的节点。
     ```bash
     rosnode list
     ```

5. **查看节点信息**：
   - 查看特定节点的详细信息，例如`turtlesim_node`。
     ```bash
     rosnode info turtlesim_node
     ```

6. **检查ROS主题**：
   - 使用`rostopic`命令列出当前活跃的主题。
     ```bash
     rostopic list
     ```

7. **查看主题消息**：
   - 订阅并查看`turtlesim`节点发布的`turtle1/cmd_vel`主题的消息。
     ```bash
     rostopic echo /turtle1/cmd_vel
     ```

8. **发布测试消息**：
   - 尝试使用`rostopic`命令向`turtle1/cmd_vel`主题发布测试消息。
     ```bash
     rostopic pub /turtle1/cmd_vel geometry_msgs/Twist -r 10 -- '[geometry_msgs/Twist]' '{linear:  {x: 1.0, y: 0.0, z: 0.0}, angular: {x: 0.0, y: 0.0, z: 0.5}}'
     ```

9. **测试ROS服务**：
   - 如果`turtlesim`提供了任何服务，可以尝试列出并调用这些服务。例如，列出所有服务：
     ```bash
     rosservice list
     ```

10. **测试ROS动作服务器**：
    - 如果`turtlesim`支持动作（actions），可以列出所有动作服务器并测试它们。首先，列出所有动作服务器：
      ```bash
      rostopic list | grep '^/move'
      ```
    - 然后，使用`rostopic`命令监听动作状态：
      ```bash
      rostopic echo /turtle1/move_action/status
      ```

11. **使用RViz进行3D可视化**：
    - 如果安装了RViz，可以使用它来可视化ROS中的3D数据。启动RViz并配置它以显示`turtlesim`的3D模型。
      ```bash
      rosrun rviz rviz
      ```
    - 在RViz中，添加一个`RobotModel`显示项，并订阅`/tf`主题来查看机器人的3D模型。

12. **测试ROS参数**：
    - 检查`turtlesim_node`的参数：
      ```bash
      rosparam list
      ```
    - 获取特定参数的详细信息：
      ```bash
      rosparam get /turtlesim_node/background_b
      ```

13. **测试ROS功能包**：
    - 安装并测试其他ROS功能包，如`rospy_tutorials`，来验证ROS的安装和功能。
      ```bash
      rosrun rospy_tutorials rospy_tutorials.py
      ```

14. **测试网络功能**：
    - 如果您有多个机器或需要通过网络进行通信，测试ROS的网络功能，如使用`roscd`和`roslaunch`。

15. **查看系统日志**：
    - 使用`dmesg`或`journalctl`命令查看系统日志，以检查是否有与ROS相关的错误或警告。

确保在测试过程中，如果遇到任何问题，查看ROS社区文档或寻求技术支持。

总结

在整个安装和测试过程中，我们成功地在哪吒开发板上安装了Ubuntu 20.04操作系统，并顺利安装了ROS1（Noetic）版本。通过一系列的测试用例，我们验证了ROS环境的正确配置和功能，包括节点管理、主题通信、服务调用以及动作服务器的测试。