既然学会了 git，那接下来我们就从耳熟能详的 Windows 转到上位机开发常用的 Ubuntu 吧。本章会把 C++ / CMake / ROS2 / Python 四件套一次性配齐，并用 Docker 把环境锁死，避免”在我电脑上能跑”的悲剧。

为什么是 Ubuntu？#

在 RC 上位机开发中，Ubuntu 几乎是事实上的标准系统。原因很简单：

ROS/ROS2 原生支持 Linux，Windows 上跑起来非常折腾
OpenCV、PCL 等视觉库在 Linux 下编译和性能都更好
大部分开源的上位机项目和算法代码都是在 Ubuntu 下写的
嵌入式交叉编译工具链对 Linux 支持更友好

当然，不是说 Windows 不能写上位机，但你迟早会碰到各种奇怪的环境问题。与其到时候再折腾，不如一开始就用 Ubuntu。

虽然但是如果各位用的是 Jetson 的话，那很享福了，刷机和配环境值得我单开一期，碰到的问题包括但不限于：到头来还得自己编，刷机要求主机版本等等。

安装 Ubuntu#

目前主流有三种方式，各有优劣：

方案一：双系统（推荐）#

最正经的方案，性能最好，也最接近真实上位机的使用场景。

优点： 性能拉满，GPU 直通，最接近真实部署环境 缺点： 需要分区，切换系统要重启

步骤：

去 Ubuntu 官网下载最新的 LTS 版本（推荐 22.04 或 24.04）
用 Rufus 或 Ventoy 制作启动 U 盘
重启电脑，进 BIOS 设置 U 盘启动
安装时选择”与 Windows 共存”，分配至少 100G 空间

注意：装双系统之前一定要备份数据，分区操作有风险

方案二：WSL2#

如果你不想折腾分区，WSL2 是个很好的折中方案。

优点： 不用重启切换系统，和 Windows 无缝共存 缺点： GPU 支持需要额外配置，GUI 应用需要 WSLg

1
# 在 PowerShell（管理员）中执行
2
wsl --install -d Ubuntu-24.04

装完之后在开始菜单找到 Ubuntu，打开设置用户名密码就行了。

WSL2 默认可以访问 Windows 的文件系统，你的代码放在 /mnt/c/ 下就能在两个系统间共享

方案三：虚拟机#

VMware 或 VirtualBox 都行。

优点： 不影响现有系统，快照功能方便回滚 缺点： 性能损耗大，USB 设备（摄像头等）直通麻烦

如果你需要接摄像头调参，虚拟机方案会很痛苦。建议用方案一或方案二。

装完系统第一件事：换源#

Ubuntu 默认的软件源在国外，下载速度感人。第一步就是换成国内镜像。

1
# 备份原始源
2
sudo cp /etc/apt/sources.list /etc/apt/sources.list.bak
3

4
# 换成清华源（以 24.04 为例）
5
sudo sed -i 's|http://archive.ubuntu.com/ubuntu|https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu|g' /etc/apt/sources.list
6

7
# 更新
8
sudo apt update && sudo apt upgrade -y

如果你用的是 Ubuntu 24.04，源配置文件可能在 /etc/apt/sources.list.d/ubuntu.sources，格式不一样，具体去清华源官网复制对应版本的配置。

基本的终端操作#

上位机开发基本都在终端里操作，这几个命令必须会：

1
# 切换目录
2
cd /path/to/directory
3

4
# 查看当前目录下的文件
5
ls -la
6

7
# 创建文件夹
8
mkdir my_project
9

10
# 编辑文件（选一个用）
11
nano my_file.txt    # 简单好上手
12
vim my_file.txt     # 学习曲线陡但功能强
13

14
# 查看文件内容
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cat my_file.txt
16

17
# 复制、移动、删除
18
cp src dst
19
mv src dst
20
rm -rf directory    # 慎用，删了就没了
21

22
# 查看当前路径
23
pwd

记住一个原则：在 Linux 下，rm -rf 是不可逆的。没有回收站，删了就是删了。用之前多看一眼路径。

SSH 配置#

上位机一般不会接显示器键盘鼠标，都是通过 SSH 远程连接的。

在上位机上开启 SSH 服务#

1
# 安装 openssh-server
2
sudo apt install openssh-server -y
3

4
# 查看 SSH 状态
5
sudo systemctl status ssh
6

7
# 查看上位机的 IP 地址
8
ip addr show

从你的电脑连接#

1
# 基本格式
2
ssh username@ip_address
3

4
# 例如
5
ssh robot@192.168.1.100

配置免密登录（推荐）#

每次输密码太烦了，配置一下密钥：

1
# 在你的电脑上生成密钥（一路回车）
2
ssh-keygen -t ed25519
3

4
# 把公钥传到上位机
5
ssh-copy-id username@ip_address

之后再连就不需要密码了。

配置 VSCode Remote SSH#

命令行写代码终究不方便，VSCode 的 Remote SSH 插件可以让你在本地 VSCode 里编辑远程上位机的代码。

在 VSCode 里安装插件 Remote - SSH
按 Ctrl+Shift+P，输入 Remote-SSH: Connect to Host
输入 username@ip_address，回车
连上之后打开上位机的项目文件夹，和本地开发体验一样

甚至终端也是远程的，直接在 VSCode 下面的终端里编译运行，非常方便

CMake：C++ 工程的构建骨架#

上位机工程不是一个 .cpp 文件搞定的事。多个源文件、第三方库、编译选项——靠手敲 g++ 迟早崩溃。CMake 是 C++ 世界事实上的构建标准。

最小 CMake 项目#

1
cmake_minimum_required(VERSION 3.16)
2
project(rc_upper VERSION 1.0 LANGUAGES CXX)
3

4
set(CMAKE_CXX_STANDARD 20)
5
set(CMAKE_CXX_STANDARD_REQUIRED ON)
6

7
# 把 src/ 下所有 .cpp 编译成一个可执行文件
8
file(GLOB_RECURSE SOURCES "src/*.cpp")
9
add_executable(rc_upper ${SOURCES})
10

11
# 链接 OpenCV
12
find_package(OpenCV REQUIRED)
13
target_link_libraries(rc_upper ${OpenCV_LIBS})

1
# 标准三连
2
mkdir build && cd build
3
cmake ..
4
make -j$(nproc)

为什么用 CMake 而不是直接 g++？#

场景	手敲 g++	CMake
3 个文件	能凑合	都行
30 个文件 + 多个库	每次编译敲一屏幕	`cmake .. && make`
换电脑/换系统	路径全废，重新来过	改一下路径就行
和队友协作	”你编译命令是啥？“	共享 CMakeLists.txt 即可

一个原则：项目超过 3 个源文件，就该上 CMake。

常用 CMake 指令速查#

1
# 查找并链接第三方库
2
find_package(Eigen3 REQUIRED)
3
target_link_libraries(my_app Eigen3::Eigen)
4

5
# 添加头文件搜索路径
6
target_include_libraries(my_app PRIVATE include/)
7

8
# 条件编译（比如 debug 模式加 -g）
9
if(CMAKE_BUILD_TYPE STREQUAL "Debug")
10
    target_compile_options(my_app PRIVATE -g -O0)
11
endif()
12

13
# 生成库（把通用代码编译成 .a 或 .so）
14
add_library(my_utils STATIC src/utils.cpp)
15
target_link_libraries(rc_upper my_utils)

Python 环境管理#

上位机不全是 C++——快速原型、数据处理、训练脚本经常用 Python。关键是隔离环境，避免系统 Python 被污染。

Miniconda（推荐）#

1
# 下载安装
2
wget https://repo.anaconda.com/miniconda/Miniconda3-latest-Linux-x86_64.sh
3
bash Miniconda3-latest-Linux-x86_64.sh
4

5
# 创建项目环境
6
conda create -n rc python=3.11 -y
7
conda activate rc
8

9
# 常用包
10
pip install numpy opencv-python pyserial pyyaml

不要用系统自带的 Python 直接装包。 Ubuntu 的 apt install python3-xxx 和 pip install 混着用迟早出问题。用 conda 或 venv 隔离。

项目级隔离（venv）#

如果不想装 conda，Python 自带的 venv 也够用：

1
cd your_project
2
python3 -m venv .venv
3
source .venv/bin/activate
4

5
pip install -r requirements.txt

把 .venv/ 加到 .gitignore 里，不要提交虚拟环境到仓库。

ROS2 安装与配置#

ROS2 是上位机的神经系统——节点间通信、传感器驱动、算法模块化都靠它。

安装 ROS2 Humble（推荐）#

虽然但是我更推荐各位去用鱼香ros的一键安装ros，可以自己下载对应版本：

1
wget http://fishros.com/install -O fishros && . fishros

直接复制过去运行即可。

Ubuntu 22.04 对应 ROS2 Humble，Ubuntu 24.04 对应 ROS2 Jazzy。以 Humble 为例：

1
# 设置源
2
sudo apt install software-properties-common
3
sudo add-apt-repository universe
4

5
# 添加 ROS2 GPG key
6
sudo curl -sSL https://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/ros.key -o /usr/share/keyrings/ros-archive-keyring.gpg
7

8
# 添加源（清华镜像）
9
echo "deb [arch=$(dpkg --print-architecture) signed-by=/usr/share/keyrings/ros-archive-keyring.gpg] https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ros2/ubuntu $(. /etc/os-release && echo $UBUNTU_CODENAME) main" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/ros2.list > /dev/null
10

11
# 安装
12
sudo apt update
13
sudo apt install ros-humble-desktop -y
14

15
# 安装开发工具
16
sudo apt install ros-humble-ros-base python3-colcon-common-extensions -y

环境激活#

每次打开终端都要 source 一下，嫌麻烦就写进 .bashrc：

1
# 写进 bashrc，开终端自动加载
2
echo "source /opt/ros/humble/setup.bash" >> ~/.bashrc
3
source ~/.bashrc

验证安装#

1
# 终端 1：启动一个 talker
2
ros2 run demo_nodes_cpp talker
3

4
# 终端 2：启动一个 listener
5
ros2 run demo_nodes_py listener

如果 listener 能收到 talker 的消息，ROS2 就装好了。

创建 ROS2 工作空间#

1
# 创建工作空间
2
mkdir -p ~/ros2_ws/src
3
cd ~/ros2_ws/src
4

5
# 创建一个包
6
ros2 pkg create --build-type ament_cmake my_robot --dependencies rclcpp std_msgs
7

8
# 编译
9
cd ~/ros2_ws
10
colcon build --packages-select my_robot
11

12
# 加载环境
13
source install/setup.bash

colcon build 是 ROS2 的编译命令，相当于 cmake + make 的封装。--packages-select 只编译指定包，省时间。

ROS2 核心概念速览#

1
┌──────────────┐    Topic: /chassis_status    ┌──────────────┐
2
│  serial_node │ ──────────────────────────── > │  decision    │
3
│  (串口驱动)  │                               │  (决策节点)  │
4
│              │ < ─────────────────────────── │              │
5
└──────────────┘    Topic: /cmd_vel           └──────────────┘

Node（节点）：一个独立的可执行程序，负责一件事（串口通信、决策、控制……）
Topic（话题）：节点间的数据管道，发布/订阅模型，异步通信
Service（服务）：同步的请求/响应模式，适合偶尔调用的操作
Parameter（参数）：运行时可调的配置项，不用重新编译

RC 上位机典型节点划分：serial_node（串口驱动）、lidar_node（雷达）、decision_node（决策状态机）、control_node（运动控制）、vision_node（视觉识别）。

安装常用依赖#

上位机开发需要装的东西大同小异，一并列出来：

编译工具链#

1
sudo apt install -y build-essential cmake git

OpenCV（从源码编译）#

ROS2 自带的 OpenCV 版本可能偏旧，如果需要特定版本（比如 4.9），从源码编译更可控。

1
# 安装依赖
2
sudo apt install -y libgtk-3-dev pkg-config libavcodec-dev libavformat-dev \
3
    libswscale-dev libtbb-dev libjpeg-dev libpng-dev libtiff-dev libdc1394-dev
4

5
# 下载源码
6
cd ~
7
git clone https://github.com/opencv/opencv.git
8
cd opencv
9
git checkout 4.9.0    # 选一个稳定版本
10

11
# 编译安装
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mkdir build && cd build
13
cmake -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=/usr/local ..
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make -j$(nproc)
15
sudo make install

make -j$(nproc) 会用满你所有的 CPU 核心来编译，上位机如果是多核的话会快很多。

串口通信库#

上位机和下位机（电控）通信基本靠串口：

1
sudo apt install -y libserial-dev
2
# 或者用这个轻量的
3
git clone https://github.com/wjwwood/serial.git
4
cd serial && mkdir build && cd build
5
cmake .. && make -j$(nproc)
6
sudo make install

其他常用库#

1
# Eigen（矩阵运算）
2
sudo apt install -y libeigen3-dev
3

4
# yaml-cpp（读配置文件）
5
sudo apt install -y libyaml-cpp-dev
6

7
# spdlog（日志库）
8
sudo apt install -y libspdlog-dev

Docker：把环境锁死#

“Docker 有什么用？我直接装不就行了？”

直到比赛前一天，你换了一台电脑，发现 OpenCV 版本不对、ROS2 源挂了、Python 包冲突——这时候你就知道 Docker 有多香了。Docker 的核心价值：环境可复现、可迁移、可回滚。

安装 Docker#

1
# 安装 Docker
2
curl -fsSL https://get.docker.com | sh
3

4
# 让当前用户可以不用 sudo 执行 docker
5
sudo usermod -aG docker $USER
6

7
# 重新登录终端生效，或者临时用 newgrp
8
newgrp docker
9

10
# 验证
11
docker run hello-world

编写 Dockerfile#

在项目根目录创建 Dockerfile：

1
FROM ros:humble-ros-base
2

3
# 安装依赖
4
RUN apt-get update && apt-get install -y \
5
    libopencv-dev \
6
    libeigen3-dev \
7
    libserial-dev \
8
    libyaml-cpp-dev \
9
    libspdlog-dev \
10
    python3-pip \
11
    && rm -rf /var/lib/apt/lists/*
12

13
# Python 依赖
14
COPY requirements.txt /tmp/
15
RUN pip3 install -r /tmp/requirements.txt
16

17
# 挂载工作空间
18
WORKDIR /ros2_ws

一行命令进入开发环境#

1
# 构建镜像
2
docker build -t rc_dev .
3

4
# 运行容器，把项目目录挂进去
5
docker run -it --rm \
6
    -v $(pwd):/ros2_ws \
7
    -v /dev:/dev \
8
    --privileged \
9
    rc_dev bash

-v /dev:/dev 和 --privileged 是为了让容器能访问串口设备（/dev/ttyUSB0）。如果只是编译和测试算法，可以不加。

Docker Compose：多服务编排#

当你的系统需要同时跑 ROS2 节点、串口服务、Web 调试界面时，用 Docker Compose 统一管理：

1
version: "3.8"
2
services:
3
  ros2:
4
    build: .
5
    volumes:
6
      - .:/ros2_ws
7
      - /dev:/dev
8
    privileged: true
9
    command: ros2 launch my_robot bringup.launch.py

1
docker compose up -d    # 后台启动
2
docker compose logs -f  # 看日志
3
docker compose down     # 停止

验证环境#

装完之后跑个小程序验证一下 C++ 环境：

1
#include <iostream>
2
#include <opencv2/opencv.hpp>
3
#include <Eigen/Dense>
4

5
int main() {
6
    // 验证 OpenCV
7
    std::cout << "OpenCV version: " << CV_VERSION << std::endl;
8

9
    // 验证 Eigen
10
    Eigen::Matrix3d m = Eigen::Matrix3d::Identity();
11
    std::cout << "Eigen identity matrix:\n" << m << std::endl;
12

13
    std::cout << "环境搭建成功！" << std::endl;
14
    return 0;
15
}

1
# 编译
2
g++ test_env.cpp -o test_env $(pkg-config --cflags --libs opencv4)
3

4
# 运行
5
./test_env

验证 ROS2：

1
ros2 run demo_nodes_cpp talker

验证 Docker：

1
docker run --rm hello-world

如果都能正常跑，环境就没问题了。

快捷编译脚本#

每次手动 mkdir build && cd build && cmake .. && make 太烦了。写个脚本一键搞定：

1
#!/bin/bash
2
# build.sh - 放在项目根目录
3

4
set -e  # 出错即停
5

6
BUILD_DIR="build"
7
BUILD_TYPE="${1:-Release}"  # 默认 Release，传 Debug 切 Debug 模式
8

9
# 如果 build 目录不存在就创建
10
if [ ! -d "$BUILD_DIR" ]; then
11
    mkdir "$BUILD_DIR"
12
fi
13

14
cd "$BUILD_DIR"
15
cmake -DCMAKE_BUILD_TYPE=$BUILD_TYPE ..
16
make -j$(nproc)
17

18
echo "✅ 编译完成"

1
chmod +x build.sh
2

3
# Release 模式
4
./build.sh
5

6
# Debug 模式
7
./build.sh Debug

更进一步，可以配合 VSCode 的 tasks.json，按 Ctrl+Shift+B 直接触发编译，连脚本都不用跑。

常见问题#

SSH 连不上？

检查几个东西：

上位机和你的电脑在不在同一个局域网（ping 一下试试）
防火墙有没有放行 22 端口
openssh-server 有没有装好（sudo systemctl status ssh）

OpenCV 编译报错？

大概率是依赖没装全，回去把那堆 libxxx-dev 都装上。如果报 libgtk 相关错误，确认装了 libgtk-3-dev。

编译找不到库？

确认 pkg-config 能找到：

1
pkg-config --modversion opencv4

如果找不到，可能需要把 /usr/local/lib/pkgconfig 加到 PKG_CONFIG_PATH 里：

1
export PKG_CONFIG_PATH=/usr/local/lib/pkgconfig:$PKG_CONFIG_PATH

ROS2 命令找不到？

检查有没有 source 环境：

1
source /opt/ros/humble/setup.bash

如果每次开终端都要手动 source，把它写进 ~/.bashrc。

Docker 权限不足？

1
sudo usermod -aG docker $USER
2
# 重新登录终端

音乐

音乐

开发环境搭建与工具链配置