一、前言

我们知道ROS是一个开源的机器人系统，有人叫他是操作系统，里面有丰富的生态，如导航等，很多大学搞研究都利用它。但是，使用ROS很多是基于linux系统，并且需要按照，学习，同时，很多用ROS可能只是为了使用它的消息发布订阅机制，由于其基于的是进程间的通信，可能对通信的实时性也有一些影响。本章，我们来手搓一个纯python构建的类似ROS系统的消息订阅发布系统，非常轻量级，可以在开发机器人时候，想轻量化不想装ROS系统的朋友们。并且我们把这个消息模块用在了无人机仿真控制环境如下：

接下来开搞.....

二、总体设想

开发这个分布订阅系统的目的，我们想是作为一个机器人系统的“中枢神经”系统，用于跟硬件打交道，并为上层运动控制软件提供消息输入输出的服务，并且需要保持一定的实时性，满足实时控制，整个框架设想如下：

三、系统的组成

如上图所示，我们的一个消息订阅发布系统可以负责跟硬件打交道，通过如串口、以太网口通信的方式去和采集硬件如网关进行通信，这个我们在这里命名为“第一级原始信号通讯”，然后我们会进入一个预处理模块，对原始信号进行一些预处理，这个预处理模块根据需要我们可以自定义修改，预处理的型号变成了上层模块想要的格式和频率的TOPIC（主题）后，可以将这个TOCPIC发布出来，供多个用户订阅后使用，这个过程我们命名为“第二级信号预处理”。经过这个两级处理，从底层传感或者部件采集的不同频率、不同格式数据就变成了可以供上层应用的有固定周期和格式的TOPIC。接下来就可以做各种应用模块了。

四、python代码构建

构建一个MessageBroker消息代理类

python实现的消息代理类其实也非常常见了，网上到处都是，这里我们结合了一下协程的概念，对普通的消息代理类进行了一些优化，利用协程的高性能特性，势必可以在大量的消息来源服务下保持一个好的性能，这部分有待压力测试，发布本博文前并未经过性能测试。源代码如下：

以下这个是常规的MessageBroker类：

以下这个是引入协程的MessageBroker类：

如上所述，我们可以实例化这个类之后，通过start（）启动这个消息服务，并且是在新线程中运行，不会影响主线程，也保持了一定的实时性，然后在main（）这个消息分发处理方法中，采用了协程处理，这样理论上会提高处理时间。

此外，可以通过`subscribe` 和`unsubscribe` 来订阅相关的主题，用`publish` 发布主题：

下面是使用MessageBroker消息代理类

运行如下：

构建一个DataProcessor消息预处理类

根据我们的设想，是要建设一个消息预处理系统，也就是对原始数据进行加工处理，将原始数据按照一定的频率发布出去供上层订阅使用。这个DataProcessor是这么构建的：

如上所述，我们在`DataProcessor`初始化时定义了`interval` 消息更新的周期，`broker` 指定的分发模块，`topic` 预处理完后的消息名称如“机械臂末端坐标”，`processer` 预处理的自定义函数，预处理默认我们内置了一个在周期内取平均的过滤器。这样就可以把各路原始数据来自`一级系统`进行预处理后在`二级系统`的`broker`中进行发布了。

此外，我们知道原始数据路数非常多，如果使用串行进行预处理肯定是不合理的，特别是用到某些耗时的预处理函数时，那么我们还是引入了协程处理的方式，通过再开启一个线程，并集中创建预处理任务的方式，让各路预处理函数平行运行，这样就提高了效率。于是我们再要构建一个类`DataProcessors`

构建一个DataProcessors平行协程处理类

这个类的代码如下：

综合应用示例

结合以上三个模块，我们就完成了本标题的一个类ROS机器人消息订阅发布模块，以下是简易使用：

如上所述，我们对一级原始数据通过broker进行发布"topic1"给预处理器processor，processor在processors的线程里周期处理原始数据，处理完后按照周期为1s定时进行发布"topic2"，"topic2"即为成品数据，给subscriber4使用。

如上图，红框为原始数据，红线为预处理后的成品数据（这里是平均值）。

# 五、总结

好了到此，我们构建了一个非常轻量的类ROS机器人消息订阅发布模块，当然跟ROS其实没有半毛钱关系，也没法比较，只是一个说头。源码已经上传至云盘，评论区留言获取。

下一篇我们将这个系统用于无人机的控制，尽情期待.....