如何配置C++的自动驾驶规划环境 Apollo规划模块二次开发

为什么apollo规划模块的二次开发需要特定的环境配置？apollo使用docker和bazel是为了处理复杂的依赖关系、确保构建一致性、支持gpu加速以及提升团队协作效率。2. 在apollo环境中进行规划模块二次开发的关键步骤包括：准备宿主机环境、克隆apollo仓库、进入docker环境、编译apollo、定位规划模块、修改或添加代码、局部编译与测试，常见陷阱包括bazel缓存问题、protobuf不匹配、资源限制、调试复杂性、坐标系与单位错误以及性能瓶颈。3. 有效地调试apollo规划模块的方法包括：使用日志系统（ainfo/adebug）、利用dreamview可视化轨迹、通过cyber record复现问题场景、使用gdb深入分析代码错误，并结合单元测试和集成测试验证功能正确性。

配置C++的自动驾驶规划环境，尤其针对Apollo规划模块的二次开发，本质上是让你能在一个高度集成且依赖复杂的系统里，安全、高效地修改和测试代码。这通常意味着你需要进入Apollo官方推荐的Docker容器环境，因为所有编译、运行所需的特定版本库和工具链都在那里。跳出这个框架去“配置C++环境”，往往会陷入无尽的依赖冲突和版本地狱。

解决方案

要开始Apollo规划模块的C++二次开发，最直接且推荐的路径是利用其官方的Docker开发环境。这套环境已经预设了所有必要的依赖、工具链和构建系统（Bazel），极大地简化了环境配置的复杂性。

1. 准备宿主机环境： 确保你的宿主机系统是Ubuntu（通常推荐18.04或20.04 LTS版本），并且安装了Docker和NVIDIA Docker运行时（如果需要GPU加速）。这是所有工作的基础，Apollo的脚本对Linux环境的依赖非常强。
2. 克隆Apollo仓库： 从GitHub上克隆Apollo的源代码。选择一个稳定的版本分支，比如master分支或者某个LTS发布分支。

   git clone https://github.com/ApolloAuto/apollo.git
   cd apollo

   登录后复制
3. 进入Apollo Docker环境： Apollo提供了一系列脚本来管理Docker容器。最常用的是./apollo.sh docker_bash。这个命令会启动或进入一个预配置好的Docker容器，并将你的Apollo源代码目录挂载进去。

   ./apollo.sh docker_bash

   登录后复制

   一旦进入容器，你的命令行提示符会变成类似[apollo] $的样式。

   立即学习“C++免费学习笔记（深入）”；

4. 编译Apollo： 在Docker容器内部，使用Bazel编译整个Apollo项目。初次编译可能需要很长时间，因为它会下载所有外部依赖并编译所有模块。如果你有GPU，建议使用./apollo.sh build_gpu来启用GPU加速，这对于规划模块的某些算法（比如使用CUDA加速的计算）是必需的。

   ./apollo.sh build_gpu # 或者 ./apollo.sh build

   登录后复制
5. 定位规划模块： 规划模块的代码主要位于modules/planning/目录下。你会看到BUILD文件（Bazel的构建定义）、proto文件夹（定义了各种消息结构）、tasks（各种规划任务的实现，如路径优化、速度规划等）、scenarios（不同的驾驶场景，如车道保持、换道等）以及核心的planning_component.cc（规划模块的入口）。
6. 开始二次开发： 现在你可以在modules/planning/下修改现有代码或添加新代码。比如，你可以在tasks目录下添加一个新的规划任务，或者在scenarios下实现一个新的驾驶场景逻辑。
7. 局部编译和测试： 修改代码后，不需要每次都编译整个Apollo。Bazel支持增量编译。你可以在Apollo容器内，针对你修改的特定模块进行编译，例如：

   bazel build modules/planning/...

   登录后复制

   或者更具体地编译某个目标：

   

   bazel build //modules/planning:planning_component

   登录后复制

   然后，可以通过dreamview来运行规划模块并观察其行为，或者编写单元测试来验证你的改动。

为什么Apollo规划模块的二次开发需要特定的环境配置？

在我看来，Apollo选择这种高度封装的Docker环境，并非只是为了“规范化”那么简单，它背后是处理海量复杂依赖、确保团队协作效率以及简化部署的深思熟虑。

首先，自动驾驶系统本身就是个巨无霸，其依赖库的数量和版本兼容性简直是一场噩梦。想象一下，从ROS、Protobuf、OpenCV、PCL到各种优化库、线性代数库，每一个都有特定的版本要求，而且它们之间还可能存在微妙的冲突。如果让开发者在自己的宿主机上一个个去配置，那简直是“泰坦尼克号”般的灾难，每个人都会遇到不同的依赖问题，耗费大量时间在环境搭建上，而不是真正的代码开发。Docker就像一个完美的沙盒，它把所有这些复杂性都打包起来，提供了一个“即插即用”的工作空间，确保了“在我的机器上能跑”的奇迹不会因为环境差异而破灭。

其次，Bazel作为Apollo的构建系统，它本身就对构建环境有很高的要求。Bazel追求可重复构建和高性能，这意味着它需要一个稳定、一致的工具链和库路径。在宿主机上，这些东西很容易被其他软件或系统更新所干扰，导致构建失败或行为不一致。Docker提供了一个干净、隔离的环境，让Bazel可以像在工厂流水线上一样，高效且无差错地完成编译任务。

再者，自动驾驶系统往往需要利用GPU进行大量的并行计算，比如感知、预测环节，甚至规划模块中的一些复杂优化问题。GPU驱动、CUDA和cuDNN的版本匹配是出了名的麻烦。Docker容器结合NVIDIA Docker运行时，能够很好地管理这些GPU相关的依赖，确保GPU资源在容器内部被正确地识别和利用，这对于性能敏感的规划算法开发至关重要。

最后，这种环境配置也提升了团队协作的效率。每个开发者都使用相同的开发环境，这减少了“环境差异导致的问题”，让大家可以更专注于代码逻辑本身。新加入的成员也能更快地投入开发，而不是花几天时间去解决环境问题。

在Apollo环境中进行规划模块二次开发的关键步骤和常见陷阱有哪些？

在Apollo的Docker环境中进行规划模块的二次开发，就像是在一个精密的瑞士钟表里调整齿轮，你需要了解其内部结构和运作方式。

关键步骤：

1. 理解规划模块架构： 深入了解modules/planning/下的文件结构，特别是tasks、scenarios、common以及proto文件夹。规划模块通常以“任务”（Tasks）和“场景”（Scenarios）为核心，通过一系列任务链（Task Pipeline）来处理感知、预测、路由等输入，最终生成规划轨迹。理解PlanningComponent::Proc方法是整个规划流程的入口，以及数据如何在不同任务之间流转，是首要任务。
2. 熟悉数据接口： 规划模块依赖于大量来自其他模块的数据，例如感知到的障碍物、预测的未来轨迹、高精地图数据、定位信息以及路由指令。这些数据通常通过Protobuf消息定义。你需要知道在哪里找到这些.proto文件（通常在modules/common_msgs/proto或各模块自己的proto目录下），并理解其字段含义。正确解析和使用这些输入数据是规划成功的基石。
3. 修改或添加新逻辑：
   • 现有任务修改： 如果是对现有规划任务（如路径优化、速度规划）进行改进，直接修改对应的C++源文件即可。
   • 添加新任务： 如果需要引入新的规划逻辑，可以考虑在tasks目录下创建新的任务类，并将其集成到现有的任务链中。这通常涉及修改planning_component.cc或相关的配置文件来启用新任务。
   • 添加新场景： 对于复杂的驾驶行为，可以在scenarios目录下定义新的场景，并编写相应的逻辑来处理特定场景下的规划决策。
4. 配置与Gflags： Apollo大量使用Google Gflags进行运行时配置。规划模块的许多参数（如速度限制、安全距离、优化权重等）都通过Gflags来暴露。了解如何通过modules/planning/conf/planning.conf文件或命令行参数来调整这些Gflags，对于调试和性能调优至关重要。
5. 构建与测试： 修改代码后，使用bazel build //modules/planning/...或更具体的Bazel目标进行编译。然后，通过./apollo.sh dreamview启动可视化界面，加载cyber_record（Apollo的录包文件）进行回放测试，观察规划轨迹和车辆行为是否符合预期。

常见陷阱：

1. Bazel缓存问题： Bazel虽然高效，但有时其缓存会变得“聪明反被聪明误”。当你修改了某些核心头文件或Bazel规则时，Bazel可能不会立即重新编译所有受影响的文件。这时，bazel clean --expunge往往是你的救星，它会彻底清理Bazel的输出和缓存，强制重新编译。
2. Protobuf版本或定义不匹配： 如果你手动修改了.proto文件，但没有重新生成C++代码（通常Bazel会自动处理），或者使用了与期望不符的Protobuf版本，可能会导致运行时错误或数据解析问题。
3. 资源限制： Docker容器默认的内存和CPU配额可能不足以支持Apollo的完整编译或长时间运行。如果遇到编译失败（特别是链接阶段）或运行时崩溃，检查Docker的资源设置（如docker run -m 8g --cpus 4）。
4. 调试复杂性： 在Docker容器内调试C++代码比在宿主机上要复杂一些。直接使用gdb需要你手动attach到运行中的进程，或者配置远程调试。学会利用Apollo的日志系统（AINFO, ADEBUG, AERROR等）和dreamview进行可视化调试，会大大提高效率。
5. 坐标系与单位： 自动驾驶领域最容易犯错的地方之一就是坐标系和单位。Apollo有其特定的坐标系定义（通常是ENU，即东-北-上），并且所有数据都以米、秒等国际单位制表示。如果你的代码中混淆了坐标系或单位，即使逻辑正确，结果也会大相径庭。务必仔细检查所有几何变换和物理量。
6. 性能瓶颈： 规划算法往往是计算密集型的。初次实现时可能不会考虑性能，但随着功能迭代，可能会遇到实时性要求无法满足的问题。这需要你了解算法复杂度、内存访问模式，并可能需要进行代码优化或使用更高效的数据结构。

如何有效地调试Apollo规划模块的代码并验证其行为？

调试Apollo规划模块的代码，并验证其行为，就像是医生诊断病人，需要多种手段并用，从宏观的症状观察到微观的细胞分析。

首先，日志系统是你的第一双眼睛。Apollo提供了非常完善的日志宏，比如AINFO (信息), ADEBUG (调试), AERROR (错误), AWARN (警告)。在你的规划代码中，大量地嵌入ADEBUG日志，打印出关键变量的值、中间计算结果、分支判断的路径等。当你在dreamview中回放cyber_record时，可以通过cyber_tool或直接查看日志文件来分析代码执行流程。这比单步调试要快得多，尤其适用于理解复杂的数据流和状态机的跳转。

其次，Dreamview是你的可视化诊断仪。作为Apollo的核心可视化工具，dreamview能够实时或离线展示车辆的传感器数据、感知结果、预测轨迹、高精地图以及最重要的——规划模块生成的轨迹。当你修改了规划代码后，通过dreamview加载一个cyber_record，让车辆跑起来，观察你生成的轨迹是否平滑、是否避开了障碍物、是否遵循了交通规则。如果轨迹出现异常，你可以对照日志和dreamview中的其他信息（如感知障碍物的位置、预测车辆的意图），来定位问题。你甚至可以在规划模块中，将一些关键的调试信息（比如某个中间路径点、某个决策区域）通过Protobuf发送给dreamview，让它在地图上绘制出来，这对于理解复杂算法的内部状态非常有帮助。

再者，Cyber Record（或rosbag）是你的时间机器。自动驾驶系统的问题往往难以复现，因为每次运行的外部环境都可能不同。cyber_record（类似于rosbag）可以录制系统在特定时间段内发布的所有消息。当你遇到一个bug时，录下当时的cyber_record，然后就可以无限次地回放这个场景，每次都能复现问题。这让你可以在稳定的输入下反复调试，而不需要每次都启动模拟器或真实车辆。学会使用cyber_recorder record和cyber_recorder play是高效调试的关键。

当然，GDB（GNU Debugger）是你的手术刀。对于C++代码的深层问题，特别是崩溃、内存错误或逻辑死循环，日志和可视化可能无法提供足够的信息。这时，你就需要使用gdb。在Apollo的Docker容器内，你可以通过gdb attach 命令来连接到正在运行的规划模块进程（通常是planning_component）。一旦连接，你就可以设置断点、单步执行、查看变量值、查看调用栈等。由于Apollo系统庞大，通常不会直接gdb启动整个Apollo，而是选择attach到你关心的特定模块。

最后，单元测试和集成测试是你的质量保证。Apollo项目鼓励编写测试。规划模块的许多算法组件都可以进行单元测试，以验证其在给定输入下的输出是否符合预期。例如，你可以为路径优化器编写测试，输入一组起始点、终点和障碍物，验证其生成的路径是否有效。集成测试则是在更宏观的层面验证多个模块协同工作时的行为。虽然编写测试需要投入时间，但长期来看，它能极大地减少回归错误，确保你的修改不会破坏现有功能。

总的来说，调试Apollo规划模块是一个迭代的过程：通过dreamview和日志发现宏观问题，用cyber_record复现问题，然后用gdb深入代码细节定位根源，最后通过测试来验证修复。这是一个需要耐心、细致和多工具协作的过程。

以上就是如何配置C++的自动驾驶规划环境 Apollo规划模块二次开发的详细内容，更多请关注php中文网其它相关文章！