服务通信：指纹传感器的一问一答

01跑出现象：一步步跑通指纹验证

先别急着敲命令——先花 30 秒看懂整套流程，再一条条跑。不然你会困惑"为什么要先录入、为什么录入时不能开服务端"。

整套流程长这样：四步，三个"身份"

指纹门禁的完整闭环是"先登记，后验证"——模组里必须先存着某根手指的模板，后面才能比对成功。所以顺序不能颠倒：

流程清楚了，下面按 ①录入 → ②服务端 → ③客户端 → ④CLI 的顺序来。一条命令一张卡，每条都告诉你为什么敲和该看到什么。

cd ~/ros2_ws/src/xflz_eai_car1/driver/ros_sensor/ros_sensor/ros_sensor

2录入指纹到位置 1终端 P

按终端提示，把同一根手指放上传感器两次（两次特征合并成一个模板写入 Flash）。

python3 fingerprint_enroll.py enroll -i 1

$ python3 fingerprint_enroll.py enroll -i 1 === 录入指纹到位置 #1 === 请将手指放到传感器上（第1次）... ✓ 采集到指纹图像 ✓ 特征1已生成 请提起手指... 请再次将同一手指放到传感器上（第2次）... ✓ 采集到指纹图像 ✓ 特征2已生成 ✓ 模板已合并 ✓ 录入成功！指纹已保存到位置 #1

✔ 两次按压必须是同一根手指、角度尽量一致，否则报"合并模板失败"——重新录一遍即可。

python3 fingerprint_enroll.py list

cd ~/ros2_ws
source install/setup.bash
ros2 run ros_sensor fingerprint_server

5起客户端节点终端 B

客户端先等服务上线，再发请求——按提示把手录入过的那根手指放上传感器。

cd ~/ros2_ws
source install/setup.bash
ros2 run ros_sensor fingerprint_client

[INFO] 等待指纹服务 /verify_fingerprint ... [INFO] 指纹服务已就绪 [INFO] 发送指纹验证请求... [INFO] 验证成功 user_id=1 匹配成功 score=1151

✔ 换一根没录入过的手指再跑一次：终端打印 验证失败 user_id=-1 未匹配到指纹——两次现象都留证据（05 节动手任务要用）。

ros2 service list | grep verify

ros2 service type /verify_fingerprint

ros2 service call /verify_fingerprint ros_sensor_interfaces/srv/VerifyFingerprint "{}"

02问题引入：为什么"验证一根手指"不能像浓度那样广播

你刚跑通了指纹验证。现在换个真实场景想一圈——给实验室装一道指纹门禁。要求很具体：

这就是它和上一课（EXP-06）的本质差别。MQ5 浓度是持续广播：每秒发一次，有没有人听都行，多一个人听也无所谓。但"验证手指"是一次性提问——问的人站着等答案，答案只属于这一次提问，问完这段对话就结束。

那要是硬用话题来做，会撞上什么？

不是没人这么试过。把"验证手指"塞进话题，你会立刻遇到四个麻烦：

03核心原理：一次 RPC 怎么跑起来（结构 · 时序 · 模组底层）

一个容易误会的地方先说破：ROS2 的服务不是"客户端直接调用服务端的函数"。把两个节点拆开看，中间隔着 DDS 和序列化——服务在底层其实是"两个方向的通道 + 一个配对约定"：请求沿一条通道去，应答沿另一条通道回，ROS2 靠请求里自带的客户端标识 + 序号把应答精确配回给发起者。下面这张图就是它内部的全貌（图 7-2）。

四拍流程：把图 7-2 走一遍

时序：一问一答的四个瞬间

上面那张结构图讲的是"里子"，这张时序图讲"面子"——一次完整调用压缩成 4.8 秒循环：①请求出发 → 服务端回调干活 → ②应答返回。盯着粉色小球（请求）和紫色小球（应答）各走一遍，服务的时序就掌握了。

对照图 7-2 看：① = 步骤②③（发送+等待的起点），服务端暗格 = 步骤⑥⑦，② = 应答通道回程。

ROS 层之下：指纹模组的三步与"确认码"

服务端回调里那句"采图 → 特征 → 比对"到底做了什么？再往下钻一层：指纹模组走 UART 主从协议（包头 0xEF01 + 指令 + 校验）。它是个"一问一答"的老实人——主机发一条指令，模组回一个确认码。验证一次要走三步：

确认码：状态 ≠ 错误（高频考点）

轮询参数的账：retries=50 次 × sleep(0.2) 秒 ≈ 10 秒等待窗口——给用户留出"看到提示 → 放手指"的反应时间。这个策略的源码就在下面的服务端 `handle_request` 里，第 2 步会逐行讲。

04实验步骤：先看懂框架，再读代码，最后跑出现象

换个顺序读代码：先看骨架（三份文件各管什么、谁调谁）→ 再读核心几段（只讲非讲不可的）→ 最后回到终端跑一遍，把代码和现象对上号。反过来"一上来逐行啃"最容易迷路——语法记住了，却说不清这段代码为什么长这样。

第 1 步 · 先看骨架：三份文件，一条调用链

你刚才跑过的所有东西，来自三份代码。别急着看细节，先记住分工——骨架立住了，后面读代码只是填肉。

第 2 步 · 再读代码：三段非讲不可的地方

按调用链的顺序看三段。每段只抓关键几行——其余的准备代码你打开源码一眼就懂，这里不占篇幅。

① 协议层：指纹模组怎么"说话"

模组是"一问一答"的主从协议：主机发指令帧，模组回确认码。这个文件把字节级的收发全部封装成 Fingerprint 类，ROS 节点只管调用它的方法。

# 来源：fingerprint_enroll.py L19-33（指令码与确认码定义）
# ── 指令码：每个都是"一条命令的编号"──
CMD_GET_IMAGE   = 0x01   # PS_GetImage   采集图像
CMD_GEN_CHAR    = 0x02   # PS_GenChar    生成特征
CMD_SEARCH      = 0x04   # PS_Search     搜索指纹库
CMD_REG_MODEL   = 0x05   # PS_RegModel   合并特征生成模板（录入用）
CMD_STORE_CHAR  = 0x06   # PS_StoreChar  储存模板（录入用）

# ── 确认码：模组对每条命令的"答复"──
# 0x00 成功   0x01 收包有错   0x02 无手指（状态，不是错误！）

# 帧结构（_build_packet，L36-42）：一帧命令长这样——
┌────────┬──────────┬────────┬────────┬────────┬────────┬──────────┐
│ 包头    │ 地址      │ 包标识  │ 长度    │ 指令码  │ 参数    │ 校验和    │
│ EF01    │ FF FF FF │ 01     │ 2 字节  │ 1 字节  │ n 字节  │ 2 字节    │
│ 固定头   │ 默认地址  │ 命令包  │ 后段长度 │ 干什么  │ 附加数据 │ 防传输出错 │
└────────┴──────────┴────────┴────────┴────────┴────────┴──────────┘
# 校验和 = 对"包标识+长度+指令码+参数"逐字节求和取低 16 位。
# _send()（L56-73）负责发帧、等应答帧、校验确认码——带超时保护。

# Fingerprint 类对外方法（接口示意，实现在 L45-124）
fp = Fingerprint(port, baud)      # 打开串口
code = fp.get_image()             # → 0x00 采到图 / 0x02 无手指 / 0x01 帧错误
code = fp.gen_char(buf_id)        # 图像 → 特征
result = fp.search()              # 搜索库：result.page=命中页码（未命中 -1）
# 录入脚本专用：fp.reg_model() 合并两次特征 / fp.store_char() 写入 Flash

② 服务端：接单、干活、回话

# 来源：fingerprint_server.py L19-26（节点初始化：参数声明 + 服务注册）
super().__init__('fingerprint_server')
self.declare_parameter('port', os.environ.get('FP_PORT', '/dev/ttyS10'))
self.declare_parameter('baud', int(os.environ.get('FP_BAUD', '57600')))
self.declare_parameter('retries', 50)          # 轮询次数：50×0.2s≈10s 窗口
self.srv = self.create_service(
    VerifyFingerprint, 'verify_fingerprint', self.handle_request)
#              ↑类型        ↑服务名（=客户端找它的地址）  ↑回调

# 来源：fingerprint_server.py L46-87（handle_request：验证三步 + 串口保护）
def handle_request(self, request, response):
    fp = Fingerprint(port, baud)                 # 打开串口
    try:
        for _ in range(retries):                 # ① 轮询等手指
            code = fp.get_image()
            if code == 0x00: break              #    采到图 → 出循环
            if code == 0x02:                    #    无手指 = 状态，继续等
                time.sleep(0.2); continue
            response.success = False            #    其它码 = 真错误
            response.message = f'采集图像失败(code={code})'
            return response
        fp.gen_char(1)                          # ② 生成特征
        result = fp.search()                    # ③ 搜索比对
        if result.page >= 0:
            response.success = True
            response.user_id = result.page      # 命中页码就是用户编号
            response.message = f'匹配成功 score={result.score}'
        else:
            response.success = False; response.user_id = -1
            response.message = '未匹配到指纹'
    finally:
        fp.close()   # 串口必须无条件归还，否则下次打开失败（泄漏）
    return response  # 返回的 response 即回传给客户端

③ 客户端：异步发送、同步等待

# 来源：fingerprint_client.py L16-40（创建客户端 → 发请求 → 等结果）
super().__init__('fingerprint_client')
self.cli = self.create_client(VerifyFingerprint, 'verify_fingerprint')
#                              ↑同名服务：客户端靠这个名字找到服务端
while not self.cli.wait_for_service(timeout_sec=1.0):   # ① 等上线
    self.get_logger().info('等待指纹服务 /verify_fingerprint ...')

req = VerifyFingerprint.Request()              # ② 本 srv 请求为空
future = self.cli.call_async(req)              # ③ 异步发：立即返回 Future
rclpy.spin_until_future_complete(self, future) # ④ 同步等：执行器转到 future 完成
resp = future.result()
if resp is None: ...                          # 防御：调用失败时为 None
if resp.success:
    self.get_logger().info(f'验证成功 user_id={resp.user_id} {resp.message}')
else:
    self.get_logger().error(f'验证失败 user_id={resp.user_id} {resp.message}')

第 3 步 · 最后跑出结果：把代码和现象对上号

代码读完了，回到终端。这一步不是重复 01 节，而是让"代码里的某一行"和"屏幕上的某一行"建立一一对应——对上了，才算真读懂。

05动手任务：改点新东西，验证你真的懂了

01 节和上面第 3 步都是"跟着看现象"。这一节的任务故意不重复那些操作——每个任务都要你改一处新东西（改参数、扩接口、改源码），然后自己判断"结果该是什么样"再去验证。能预判结果，才算真懂。

06注意事项与验收清单

07本课总结与思考题