[ROS2 응용] Day 5: 테스트와 품질 관리 - CI에서 로봇 코드 검증하기

서론: 테스트되지 않은 로봇 코드는 현장에서 터진다

로봇 소프트웨어의 버그는 하드웨어 손상, 안전 사고로 이어질 수 있다. ROS2는 노드 단위 테스트부터 다중 노드 통합 테스트까지 표준 테스트 인프라를 제공한다.

1. 테스트 계층

단위 테스트 (Unit Test)
  - 개별 함수·클래스 검증
  - C++: gtest / Python: pytest

노드 테스트 (Node Test)
  - 노드를 실제 실행하며 토픽·서비스 동작 검증
  - Python: rclpy + pytest

런치 통합 테스트 (Launch Test)
  - 여러 노드를 함께 실행하며 시스템 동작 검증
  - launch_testing 프레임워크

2. Python 단위 테스트 (pytest)

# test/test_my_node.py
import pytest
import rclpy
from my_py_pkg.my_node import compute_velocity

def test_compute_velocity_normal():
    result = compute_velocity(target=1.0, current=0.5, dt=0.1)
    assert abs(result - 5.0) < 1e-6

def test_compute_velocity_zero_dt():
    with pytest.raises(ZeroDivisionError):
        compute_velocity(target=1.0, current=0.5, dt=0.0)

# setup.cfg
[tool:pytest]
testpaths = test

colcon test --packages-select my_py_pkg
colcon test-result --verbose

3. 노드 통합 테스트 (pytest + rclpy)

노드를 직접 실행해 토픽 발행·수신을 검증한다.

# test/test_talker_node.py
import pytest
import rclpy
from rclpy.node import Node
from std_msgs.msg import String
import threading

@pytest.fixture(autouse=True)
def ros_setup():
    rclpy.init()
    yield
    rclpy.shutdown()

def test_talker_publishes():
    received = []
    node = rclpy.create_node('test_listener')

    node.create_subscription(
        String, '/chatter',
        lambda msg: received.append(msg.data),
        10
    )

    # 테스트 대상 노드 실행 (별도 스레드)
    from my_py_pkg.talker_node import TalkerNode
    talker = TalkerNode()
    executor = rclpy.executors.SingleThreadedExecutor()
    executor.add_node(talker)
    executor.add_node(node)

    # 2초간 스핀 후 메시지 수신 확인
    import time
    end = time.time() + 2.0
    while time.time() < end:
        executor.spin_once(timeout_sec=0.1)

    assert len(received) > 0
    assert 'Hello' in received[0]

    talker.destroy_node()
    node.destroy_node()

4. C++ 단위 테스트 (gtest)

// test/test_my_lib.cpp
#include <gtest/gtest.h>
#include "my_cpp_pkg/my_lib.hpp"

TEST(VelocityTest, NormalCase) {
    double result = compute_velocity(1.0, 0.5, 0.1);
    EXPECT_NEAR(result, 5.0, 1e-6);
}

TEST(VelocityTest, ClampMaxVelocity) {
    double result = compute_velocity(10.0, 0.0, 0.1);
    EXPECT_LE(result, 2.0);  // 최대 속도 2.0으로 제한
}

int main(int argc, char ** argv) {
    testing::InitGoogleTest(&argc, argv);
    return RUN_ALL_TESTS();
}

# CMakeLists.txt
if(BUILD_TESTING)
  find_package(ament_cmake_gtest REQUIRED)
  ament_add_gtest(test_my_lib test/test_my_lib.cpp)
  target_link_libraries(test_my_lib my_lib)
endif()

5. 런치 통합 테스트

여러 노드를 함께 실행하며 시스템 전체를 검증한다.

# test/test_nav_integration.launch.py
import unittest
import rclpy
from launch import LaunchDescription
from launch_ros.actions import Node
import launch_testing
import launch_testing.actions
import pytest

@pytest.mark.launch_test
def generate_test_description():
    talker = Node(package='demo_nodes_py', executable='talker')
    listener = Node(package='demo_nodes_py', executable='listener')

    return LaunchDescription([
        talker,
        listener,
        launch_testing.actions.ReadyToTest(),
    ]), {'talker': talker, 'listener': listener}

class TestTalkerListener(unittest.TestCase):
    @classmethod
    def setUpClass(cls):
        rclpy.init()
        cls.node = rclpy.create_node('test_node')

    @classmethod
    def tearDownClass(cls):
        cls.node.destroy_node()
        rclpy.shutdown()

    def test_topics_visible(self, talker, listener, proc_output):
        # /chatter 토픽이 존재하는지 확인
        topic_names = [name for name, _ in
                       self.node.get_topic_names_and_types()]
        self.assertIn('/chatter', topic_names)

# 런치 테스트 실행
ros2 launch my_pkg test_nav_integration.launch.py

6. 정적 분석 (ament_lint)

# 스타일 검사 (C++)
ament_cpplint src/
ament_cppcheck src/

# 스타일 검사 (Python)
ament_flake8 my_py_pkg/
ament_pep257 my_py_pkg/

# CMakeLists.txt - 빌드 시 자동 린트
if(BUILD_TESTING)
  find_package(ament_lint_auto REQUIRED)
  ament_lint_auto_find_test_dependencies()
endif()

7. GitHub Actions CI 파이프라인

# .github/workflows/ros2_ci.yml
name: ROS2 CI

on: [push, pull_request]

jobs:
  test:
    runs-on: ubuntu-24.04
    container:
      image: ros:jazzy

    steps:
      - uses: actions/checkout@v4
        with:
          path: ros2_ws/src/my_robot

      - name: 의존성 설치
        run: |
          apt-get update
          cd ros2_ws
          rosdep update
          rosdep install --from-paths src --ignore-src -r -y

      - name: 빌드
        run: |
          cd ros2_ws
          source /opt/ros/jazzy/setup.bash
          colcon build --cmake-args -DBUILD_TESTING=ON

      - name: 테스트
        run: |
          cd ros2_ws
          source /opt/ros/jazzy/setup.bash
          source install/setup.bash
          colcon test
          colcon test-result --verbose

8. 시리즈 종합 체크리스트

1. launch.py로 전체 시스템을 단일 명령으로 실행하고 런치 인수로 환경을 전환한다.
2. 라이프사이클 노드로 하드웨어 초기화(on_configure)와 동작(on_activate)을 분리했다.
3. ros2_control로 하드웨어 드라이버를 플러그인으로 교체할 수 있다.
4. Gazebo 시뮬레이션에서 실제 하드웨어와 동일한 컨트롤러 코드를 검증했다.
5. 단위 테스트·노드 테스트·런치 통합 테스트를 CI 파이프라인에서 자동 실행한다.

시리즈 마무리

ROS2 응용은 입문편에서 배운 통신·빌드·TF·Nav2 위에 운영 가능한 시스템을 만드는 레이어다. 런치 파일로 복잡한 시스템을 관리하고, 라이프사이클로 안전한 하드웨어 제어를 구현하고, ros2_control로 하드웨어를 추상화하고, Gazebo로 빠르게 검증하고, 테스트로 품질을 보장하는 흐름이 ROS2 프로덕션 개발의 핵심이다.

각 레이어는 독립적으로 교체 가능하다. 하드웨어가 바뀌면 드라이버 플러그인만, 환경이 바뀌면 런치 인수만 교체하면 된다. 이것이 ros2_control과 런치 시스템이 제공하는 가장 큰 가치다.