兆易创新GD32H7系列MCU适配Micro-ROS的完整技术指南

随着具身智能技术爆发，机器人从工业场景向消费级、服务级领域快速渗透，小到家庭陪伴机器人，大到工业协作机器人，均对“边缘控制精度”与“生态协同能力”提出更高要求。据行业数据显示，一台中型服务机器人需集成10-15个传感器节点与8-12个执行器控制单元，而人形机器人的自由度关节更是突破20个，这类场景下，传统“MCU+简单控制程序”的模式已无法满足多节点协同需求——需同时实现实时电机控制、传感器数据预处理与云端/主机端数据交互，这也推动了“轻量化机器人操作系统（ROS）+高性能MCU”的技术组合成为行业主流。

作为ROS 2的轻量化分支，Micro-ROS凭借“资源适配性强”“生态兼容性高”“实时性优异”三大优势，已成为嵌入式机器人领域的核心框架。其关键价值在于打破资源受限设备与ROS生态的壁垒：仅需几十KB内存即可在MCU端实现完整ROS 2通信能力（包括主题发布/订阅、服务调用、参数管理等核心功能），且能无缝对接Linux主机端的ROS 2节点。在机器人实时电机控制、智能传感器节点、边缘计算预处理等场景实现规模化应用，成为连接“边缘控制层”与“云端算力层”的关键桥梁。

兆易创新GD32H7系列MCU，凭借Cortex-M7内核，高达600MHz主频、1MB级SRAM（含512KB紧耦合内存）、多接口集成等硬件特性，完美匹配Micro-ROS的轻量化与实时性需求，成为国产MCU中适配Micro-ROS的优选方案。

本文将从开发板介绍、环境搭建、适配开发、测试验证四个维度，提供GD32H7系列MCU适配Micro-ROS的完整技术指南。

 

GD32H7系列MCU适配Micro-ROS的工程代码已在GitHub上开源，欢迎开发者下载使用。

Github仓库链接：

https://github.com/GigaDeviceSemiconductor/GD32H7-micro_ROS

Micro-ROS技术特性与架构

Micro-ROS是专为资源受限嵌入式设备设计的ROS 2轻量级实现框架，其核心特性可概括为七点：

优化的客户端API： 针对MCU资源特性优化，支持所有ROS 2核心概念（节点、话题、服务、参数等）；

无缝生态集成： 可直接与Linux主机ROS 2节点通信，无需额外协议转换；

轻量化中间件： 采用DDS-XRCE中间件，内存占用低至8KB，适配资源受限场景；

多RTOS支持： 兼容FreeRTOS、Zephyr、NuttX等主流实时操作系统，本文基于FreeRTOS开发；

宽松许可证： 基于Apache 2.0许可证，商用无限制；

活跃社区支持： 提供完善文档、示例代码与问题反馈渠道，生态持续迭代；

长期可维护性： 遵循ROS 2架构规范，确保与后续版本的兼容性。

△ micro-ROS的系统架构

（图片来源：micro-ROS官方网站）

GD32H7开发板规格与接口定义

本文适配测试基于两款GD32H7系列开发板：GD32H759I-EVAL与GD32H75EY-EVAL，两者分别支持串口、USB、以太网与Micro-ROS Agent通信，核心规格与接口定义如下：

1GD32H759I-EVAL板

主控芯片：GD32H759IMK6（Cortex-M7内核，最高600MHz主频）；

供电方式：GD-Link Mini USB接口或DC-005连接器（5V）；

核心外设：Ethernet网口、USB HS0接口、3路CAN-FD、SDRAM、SPI-LCD、USARTx（多串口）等；

Micro-ROS关键接口定义：

打印串口：USART0（引脚PA9、PA10）；

串口通信（与Agent）：USART2（引脚PB10、PB11）；

以太网通信（与Agent）：ETH0网口（需将JP48、JP51、JP57、JP59、JP60、JP70跳帽接至ETH）；

USB通信（与Agent）：USB_HS0接口。

2GD32H75EY-EVAL板

主控芯片：GD32H75EYMJ6（Cortex-M7内核，最高600MHz主频）；

供电方式：GD-Link Mini USB接口或DC-005连接器（5V）；

核心外设：USB HS0接口、2路CAN-FD、SPI、I2C、USARTx（多串口）等；

Micro-ROS关键接口定义：

打印串口：USART2（引脚PB10、PB11）；

串口通信（与Agent）：USART0（引脚PB6、PB7）；

USB通信（与Agent）：USB_HS0接口。

1ROS 2与Micro-ROS开发环境搭建（Host：Ubuntu 22.04）

1.1ROS 2Humble环境安装

ROS 2是Micro-ROS的主机端核心依赖，本文选择稳定版Humble，安装步骤如下：

1.1.1 基础依赖安装

打开Ubuntu终端，执行以下命令安装系统依赖：

 

sudo apt update && sudo apt install -y curl gnupg2 lsb-release

 

1.1.2 环境变量与源配置

确保系统支持UTF-8编码：

 

sudo locale-gen en_US en_US.UTF-8
sudo update-locale LC_ALL=en_US.UTF-8 LANG=en_US.UTF-8
export LANG=en_US.UTF-8

 

添加ROS 2 apt仓库密钥与源：

 

sudo curl -sSL https://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/ros.key -o /usr/share/keyrings/ros-archive-keyring.gpg
echo "deb [arch=$(dpkg --print-architecture) signed-by=/usr/share/keyrings/ros-archive-keyring.gpg] http://packages.ros.org/ros2/ubuntu $(lsb_release -cs) main" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/ros2.list > /dev/null

 

1.1.3 ROS 2软件包安装

更新仓库缓存并安装桌面版：

 

sudo apt update && sudo apt upgrade -y
sudo apt install -y ros-humble-desktop
# 可选：安装开发工具（编译依赖、调试工具）
sudo apt install -y ros-humble-ros-base python3-colcon-common-extensions python3-rosdep

 

配置环境变量（每次打开终端需执行，或添加至～/.bashrc）：

 

source /opt/ros/humble/setup.bash

 

1.1.4 环境验证（Talker-Listener测试）

终端1：运行发布节点（talker）：

 

source /opt/ros/humble/setup.bash
ros2 run demo_nodes_cpp talker

 

终端2：运行订阅节点（listener）：

 

source /opt/ros/humble/setup.bash
ros2 run demo_nodes_cpp listener

 

若终端2能接收终端1发布的“Hello World”消息，则ROS 2环境安装成功。

1.2Micro-ROS构建系统安装

Micro-ROS依赖专属工具链实现固件编译与Agent通信，安装步骤如下：

1.2.1 工具链下载与依赖安装

加载ROS 2环境并创建Micro-ROS工作空间：

 

source /opt/ros/humble/setup.bash
mkdir -p ~/micro_ros_ws/src && cd ~/micro_ros_ws
git clone -b humble https://github.com/micro-ROS/micro_ros_setup.git src/micro_ros_setup

 

安装依赖（rosdep与pip）：

 

sudo rosdep init && rosdep update
rosdep install --from-paths src --ignore-src -y
sudo apt install -y python3-pip
pip3 install -U colcon-common-extensions

 

1.2.2 工具链编译与环境加载

编译Micro-ROS工具链：

 

colcon build --packages-select micro_ros_setup
source install/local_setup.bash

 

创建固件工作空间：

 

ros2 run micro_ros_setup create_firmware_ws.sh host

 

执行后将在~/micro_ros_ws/firmware目录下生成Micro-ROS工程结构，包含示例代码与编译脚本。

1.2.3 Micro-ROS环境验证（Ubuntu主机端测试）

以“ping-pong”示例验证环境（主机端模拟MCU节点）：

编译ping-pong固件：

 

cd ~/micro_ros_ws/firmware
colcon build --packages-select micro_ros_demos_rclc
source install/local_setup.bash

 

终端1：运行Micro-ROS Agent（UDP模式）：

 

ros2 run micro_ros_agent micro_ros_agent udp4 --port 8888

 

终端2：运行ping-pong节点：

 

source ~/micro_ros_ws/firmware/install/local_setup.bash
ros2 run micro_ros_demos_rclc ping_pong

 

终端3：订阅ping话题验证通信：

 

source /opt/ros/humble/setup.bash
ros2 topic echo /ping

 

若终端3能接收ping消息，则Micro-ROS环境搭建成功。

2GD32H7系列MCU适配Micro-ROS开发

2.1核心适配逻辑：静态库集成

由于GD32H7基于FreeRTOS开发，Micro-ROS适配采用“静态库集成”方案：先在Ubuntu主机端编译生成适配Cortex-M7内核的Micro-ROS静态库（含核心API、中间件、通信适配层），再将静态库与头文件导入GD32 Embedded Builder工程，配合底层驱动（串口、USB、以太网）实现通信。

静态库编译参考Micro-ROS官方教程（https://micro.ros.org/docs/tutorials/advanced/create_custom_static_library/），本文已提供预编译完成的静态库（包含libmicroros.a及相关头文件），直接导入工程即可使用。

2.2工程导入与编译（基于GD32 Embedded Builder）

GD32 Embedded Builder是GD32系列MCU的专属IDE，支持工程管理、编译、下载，适配步骤如下：

2.2.1 工程结构与静态库导入

下载GD32H7 Micro-ROS工程包（含GD32H759I_Eval_FreeRTOS_MicroROS与 GD32H75E_MicroROS两个工程）；

打开GD32 Embedded Builder，导入目标工程（如 GD32H759I_Eval_FreeRTOS_MicroROS）；

将Micro-ROS静态库（libmicroros.a）放入工程Lib目录，头文件放入Inc/microros目录，并在IDE中配置库路径与头文件路径。

2.2.2 不同通信接口的工程编译

GD32H759I-EVAL支持串口（中断/DMA）、USB CDC、以太网UDP三种通信方式，

GD32H75EY-EVAL支持串口（中断/DMA）、USB CDC两种方式，编译时需选择对应目标：

以GD32H759I-EVAL的串口（中断）为例，编译步骤：

右击工程→Build Configuration→Set Active→选择gd32h7_microros_usart_it；

点击“Build”按钮，编译完成后生成.elf与.hex文件；

其他通信方式的编译步骤类似，仅需切换目标工程即可。

3GD32H7 Micro-ROS功能测试

3.1测试准备

硬件：GD32H7开发板、GD-Link调试器、串口线（USB-TTL）、以太网网线（仅GD32H759I-EVAL）、12V电源；

软件：Ubuntu 22.04（已装ROS 2与Micro-ROS Agent）、串口调试助手（如SSCOM）。

3.2分接口测试步骤

3.2.1 串口通信测试（以GD32H759I-EVAL为例）

硬件连接：

打印串口：USART0（PA9→TX，PA10→RX）接USB-TTL，用于查看调试信息；

通信串口：USART2（PB10→TX，PB11→RX）接另一USB-TTL，连接Ubuntu主机。

Agent启动（Ubuntu终端）：

 

source /opt/ros/humble/setup.bash
ros2 run micro_ros_agent micro_ros_agent serial --dev /dev/ttyUSB0 -b 115200

 

（注：/dev/ttyUSB0为Ubuntu识别的串口设备，可通过ls/dev/ttyUSB*查看）

固件下载：

在GD32 Embedded Builder中选择gd32h7_microros_usart_it工程，点击“Download”下载固件；

打开串口调试助手（波特率115200），可看到开发板打印的初始化信息。

功能验证：

打开新Ubuntu终端，订阅Micro-ROS节点发布的/gd32h7_microros_publisher话题：

 

source /opt/ros/humble/setup.bash
ros2 topic echo /gd32h7_microros_publisher

 

若能接收32位整数数据，则串口通信测试成功。

3.2.2 USB CDC通信测试（以GD32H759I-EVAL为例）

硬件连接：

打印串口：USART0接USB-TTL（查看调试信息）；

USB通信：开发板USB_HS0接口接Ubuntu主机。

Agent启动（Ubuntu终端）：

 

source /opt/ros/humble/setup.bash
# 查看USB CDC设备（通常为/dev/ttyACM0）
ls /dev/ttyACM*
# 启动Agent
ros2 run micro_ros_agent micro_ros_agent serial --dev /dev/ttyACM0 -b 115200