5 存储于EEPROM管理.docx
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5存储于EEPROM管理
这里，我们对APMEEPROM存储接口进行讲解。
如有问题，可以交流30175224@。
新浪@WalkAnt，转载本博客文章，请注明出处，以便更大范围的交流，谢谢。
第六部分 存储与EEPROM管理
详细参考：
用户参数、航点、集结点、地图数据以及其他有用的信息需要存储。
ArduPilot提供4个基本存储接口：
1、AP_HAL:
:
Storage对象：
hal.storage；
2、StorageManager库，是hal.storage更高级别的封装；
3、DataFlash用于日志存储；
4、Posix IO函数，是传统文件系统读写函数。
其他用于永久存储信息的函数库，都是基于以上4种实现。
例如：
AP_Paramlibrary（用于处理用户可配置参数）是建立在StorageManager库之上的，而StorageManager库则是基于AP_HAL:
:
Storage之上。
AP_Terrainlibrary（用于处理地形数据）则是建立在PosixIOfunctions之上，用于操作地形数据库。
1、AP_HAL:
:
Storagelibrary
AP_HAL:
:
Storage对象适用于所有ArduPilot硬件平台。
最小支持4096字节空间的存储，一些类似PX4v1的板子有8KEEPROM，Pixhawk有16KFRAM。
所有这些都封装在AP_HAL:
:
StorageAPI中。
hal.storageAPI，非常简单，仅3个函数：
1、init（），初始化存储系统；
2、read_block（），读块数据；
3、write_block（），写块数据。
之所以这么简单，是因为APM团队鼓励开发者使用StorageManagerAPI，而不是hal.storage。
只有在代码移植或调试时，使用hal.storage会比较方便（原文：
Youshouldonlybedelvingintohal.storagewhendoingbringupofanewboard,orwhendebugging.）。
存储空间的大小，在AP_HAL/AP_HAL_Boards.h文件中的HAL_STORAGE_SIZE宏中定义，如下：
#defineCONFIG_HAL_BOARD_SUBTYPEHAL_BOARD_SUBTYPE_PX4_V2
#define HAL_STORAGE_SIZE 16384 //存储空间16KB
#endif
也就是说，我们不支持动态存储空间的定义。
如果希望使用动态存储空间，可以使用PosixIO。
2、StorageManagerlibrary
在将ArduPilot代码移植到一个新的硬件板上时，hal.storageAPI非常简单，但是在操作存储区时就不那么好使了。
我们会采用StorageManager。
StorageManagerlibrary提供对存储区域“伪连续块”（一般用作不同的功能和目的）的访问。
正因此我们将存储区域分配了不同的功能：
1、参数区；
2、飞行区域限制点数据区；
3、航点数据区；
4、集结点数据区。
参见：
libraries/StorageManager/StorageManager.cpp，我们可以看到存储区域的划分：
constStorageManager:
:
StorageAreaStorageManager:
:
layout_copter[STORAGE_NUM_AREAS]PROGMEM={
//------------------------ 0-4096 分配给了AVR版本的APM
{StorageParam, 0, 1536},//0x600parambytes
{StorageMission,1536, 2422},
{StorageRally, 3958, 90},//6rallypoints
{StorageFence, 4048, 48},//6fencepoints
#ifSTORAGE_NUM_AREAS>=8
//------------------------ 4096-8192 分配给了PX4版本
{StorageParam, 4096, 1280},
{StorageRally, 5376, 300},
{StorageFence, 5676, 256},
{StorageMission,5932, 2132},//leave128bytegapfor
//expansionandPX4sentinal
#endif
#ifSTORAGE_NUM_AREAS>=12 //Pixhawk
//------------------------ 8192-16384 分配给了Pixhawk版本
{StorageParam, 8192, 1280}, //类型 偏移量 长度
{StorageRally, 9472, 300},
{StorageFence, 9772, 256},
{StorageMission,10028, 6228},//leave128bytegapforexpansion
#endif
};
对于上面的存储分布，我们可以观察到AVR版本用到存储地址是0-4095，而PX4用到地址是4096-8191，Pixhawk用到的地址是8192-16383。
这样的结构，是为了更好的与之前的版本兼容。
这样一来，用户在更新最新的固件时，所有之前配置的参数将不会改变，将继续起作用。
StorageManagerAPI也提供对类似整型数的读写访问，AP_Mission中就会利用这个API来存储和恢复航点数据。
相关例程（libraries/StorageManager/examples/StorageTest.pde）对StoageManagerlayer和AP_HAL:
:
Storageobject进行了测试。
它对随机的偏移量、随机的长度进行了随机的IO操作。
这也就意味可能会出现跨边界访问。
这个例程非常有用，它用于对StorageManagerAPI进行严苛测试，同样对于移植ArduPilot到新硬件平台也是极为有用的，因为它对EEPROM的访问函数进行了很严格的测试。
注意StorageTest是一个毁坏性的测试，它将会删除你之前存储的参数和航点。
一定要记得测试之前，备份你的配置。
存储对象的声明，一般如下：
StorageAccessAP_Param:
:
_storage（StorageManager:
:
StorageParam）;
又或者
StorageAccessAP_Rally:
:
_storage（StorageManager:
:
StorageRally）;
StorageAccessAP_Mission:
:
_storage（StorageManager:
:
StorageMission）;
StorageAccessAP_Limit_Geofence:
:
_storage（StorageManager:
:
StorageFence）;
3、DataFlashlibrary
另一类存储，就是飞行日志存储，这个基于DataFlashlibrary。
这个库的名字看上去有些怪怪的，实际上这个库最开始是为APM1的DataFlash芯片设计的，它原本是一个硬件驱动库，后来慢慢演变为一个通用日志系统，这个可以在代码中找到蛛丝马迹（这些都是以前的痕迹，不是最好的代码实现方式）。
现在DataFlashAPI主要用于实现日志存储。
它允许你自定义日志消息的数据结构。
例如GPS消息，用于记录GPS传感器的日志数据。
它能够非常有效存储这些数据，它同时也对其他库提供相应的APIs，用来进行日志回传、下载。
LOG数据结构是自定义的，其结构可以查看日志文件的FMT消息。
FMT消息地应以的其他数据的存储格式。
相关例程 libraries/DataFlash/examples/DataFlash_test/DataFlash_test.pde。
这里描述了数据的存储结构和数据格式。
简单列举如下：
第一点，在.log文件中，我们可以看到如下格式的表达：
FMT,128,89,FMT,BBnNZ,Type,Length,Name,Format,Columns
FMT,129,23,PARM,Nf,Name,Value
FMT,130,45,GPS,BIHBcLLeeEefI,Status,TimeMS,Week,NSats,HDop,Lat,Lng,RelAlt,Alt,Spd,GCrs,VZ,T
FMT,131,31,IMU,Iffffff,TimeMS,GyrX,GyrY,GyrZ,AccX,AccY,AccZ
FMT,132,67,MSG,Z,Message
第二点，上述格式，对应的代码（参见DataFlash.h）：
#define LOG_BASE_STRUCTURES \
{LOG_FORMAT_MSG,sizeof（log_Format）,\
"FMT","BBnNZ", "Type,Length,Name,Format,Columns"}, \
{LOG_PARAMETER_MSG,sizeof（log_Parameter）,\
"PARM","Nf", "Name,Value"}, \
{LOG_GPS_MSG,sizeof（log_GPS）,\
"GPS", "BIHBcLLeeEefI","Status,TimeMS,Week,NSats,HDop,Lat,Lng,RelAlt,Alt,Spd,GCrs,VZ,T"},\
{LOG_IMU_MSG,sizeof（log_IMU）,\
"IMU", "Iffffff", "TimeMS,GyrX,GyrY,GyrZ,AccX,AccY,AccZ"},\
上述结构，以LOG_IMU_MSG为例讲解：
信息类型ID
数据大小
信息名称
数据类型
数据1
数据2
数据3
数据4
数据5
数据6
数据7
LOG_IMU_MSG
sizeof（log_IMU）
IMU
Iffffff
TimeMS
GyrX
GyrY
GyrZ
AccX
AccY
AccZ
131
31（字节）
IMU
l:
整型;f:
浮点
整型
46481
0.000703
-0.000190
-0.000359
-0.133995
0.034236
-9.748702
第三点，日志文件（.log）的一条数据如下：
IMU,46481,0.000703,-0.000190,-0.000359,-0.133995,0.034236,-9.748702
第四点，消息类型的定义：
//messagetypesforcommonmessages
//消息类型，，，对应FMT中的消息类型，，，见日志文件.log文件。
#defineLOG_FORMAT_MSG 128
#defineLOG_PARAMETER_MSG129
#defineLOG_GPS_MSG 130
#defineLOG_IMU_MSG 131
#defineLOG_MESSAGE_MSG 132
#defineLOG_RCIN_MSG 133
#defineLOG_RCOUT_MSG 134
#defineLOG_IMU2_MSG 135
…
第五点,log_IMU的结构，共占用3+4+12+12= 31字节。
structPACKED log_IMU {
LOG_PACKET_HEADER; //3
uint32_ttimestamp; //4
floatgyro_x,gyro_y,gyro_z; //4*3=12
floataccel_x,accel_y,accel_z; //4*3=12
};
第六点：
如果要增加自定义的数据结构，那么可以像以下代码一样增加。
#defineLOG_TEST_MSG1
structPACKEDlog_Test{
LOG_PACKET_HEADER;
uint16_tv1,v2,v3,v4;
int32_t l1,l2;
};
staticconststructLogStructurelog_structure[]PROGMEM={
LOG_COMMON_STRUCTURES,
{LOG_TEST_MSG,sizeof（log_Test）, // 增加自定义格式数据
"TEST","HHHHii", "V1,V2,V3,V4,L1,L2"} // 增加自定义格式数据
};
第七点：
具体的数据结构操作
DataFlash.Init（log_structure,sizeof（log_structure）/sizeof（log_structure[0]））;
log_num=DataFlash.StartNewLog（）;
DataFlash.WriteBlock（&pkt,sizeof（pkt））;
DataFlashAPI隐藏了底层如何存储log文件的细节。
另外，对于PixhawkorLinux这样的支持PosixIO的系统，日志文件是存储在microSD卡的“LOGS”目录中的。
用户可以直接抽出SD卡，直接拷贝到电脑中。
4、PosixIO
有些板子是带操作系统的，支持类似PosixAPI，如Linux和NuttX。
AP_Terrainlibrary就是一个典型的例子。
地形数据对于EEPROM是非常的大，经常要随机的存储。
DataFlashAPI就不够灵活了，同时又了PosixIO支持，也就没必要再用DataFlash了。
查看AP_HAL_Boards.h文件，确认HAL_OS_POSIX_IO宏已定义，如下：
#define HAL_OS_POSIX_IO 1 //带文件系统，hasposix-likefilesystemIO
下面给出了LOG和TERRAIN文件存放路径：
#defineHAL_BOARD_LOG_DIRECTORY"/fs/microsd/APM/LOGS" //LOG日志文件地址
#defineHAL_BOARD_TERRAIN_DIRECTORY"/fs/microsd/APM/TERRAIN"//地表、地形文件地址
有上述信息，就表示支持PosixIO功能，另外需要说明的是：
1、PosixIO函数，智能通过IOtimer定时器，或者其他低优先级线程调用。
IO线程优先级59。
2、不要通过其他API直接调用，哪怕是简单stat（）函数，都不可以，除非你长得太帅。
3、尽量少存储，存储数据长度小，尽量少用seek（搜寻）功能。
很简单，一个原则，不要太耗时，影响飞控代码执行。
一个简单的针对SD卡的IO操作有可能花上一秒钟，这段时间足够让你的飞行器翻转，垂直掉落，直接炸鸡了。
PixhawkSD卡读写操作一般几毫秒，偶尔花费的时间会很长。
现在在你知道这么做了？
相关例程 libraries/AP_Terrain/TerrainIO.cpp，我们会发现处理IO的状态机都是通过AP_Terrain:
:
io_timer调用的。
前面的文章：
Pixhawk源码笔记一：
APM代码基本结构：
Pixhawk源码笔记二：
APM线程：
Pixhawk源码笔记三：
串行接口UART和Console:
Pixhawk源码笔记四：
学习RCInputandOutput
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