源代码解析.docx

源代码解析.docx

《源代码解析.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《源代码解析.docx（45页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

源代码解析

Pixhawk源码笔记一：

APM代码基本结构

Pixhawk源码笔记一：

APM代码基本结构

基础知识

详细参考：

第一部分：

介绍

详细参考：

ArduPilot代码分为5个主要部分，基本结构分类如下：

vehicledirectories

AP_HAL

libraries

toolsdirectories

externalsupportcode

1、vehicledirectories模型类型

当前共有4种模型：

ArduPlane,ArduCopter,APMrover2andAntennaTracker。

都是.pde文件，就是为了兼容arduino平台，以后可能会放弃。

2、AP_HAL硬件抽象层

硬件抽象层，使得在不同硬件平台上的移植变得简单。

其中AP_HAL目录定义了一个通用的接口。

其他的目录AP_HAL_XXX针对不同硬件平台进行详细的定义。

例如AP_HAL_AVR目录对于AVR平台，AP_HAL_PX4对应PX4平台，AP_HAL_Linux对应Linux平台。

3、toolsdirectories工具目录

主要提供支持。

Forexamples,tools/autotestprovidestheautotestinfrastructurebehindthesiteandtools/Replayprovidesourlogreplayutility.

4、externalsupportcode外部支持代码

对于其他平台，需要外部支持代码。

例如Pixhawk、PX4的支持代码如下：

PX4NuttX–板载实时系统。

thecoreNuttXRTOSusedonPX4boards

PX4Firmware–PX4固件。

thebasePX4middlewareanddriversusedonPX4boards

uavcan–飞行器CAN通信协议。

theuavcanCANBUSimplementationusedinArduPilot

mavlink–Mavlink通信协议。

themavlinkprotocolandcodegenerator

5、系统编译

针对不同的硬件板，编译可以采用“makeTARGET”的形式。

makeapm1–theAPM1board

makeapm2–theAPM2board

makepx4-v1–thePX4v1

makepx4-v2–thePixhawk

如果要移植到新的硬件，可以在mk/targets.mk文件中添加。

比如：

makeapm2-octa-j8

或者：

makepx4-v2-j8

采用8通道并行编译方式，针对APM、Pixhawk硬件板（AVR、STM32），编译八旋翼代码。

第二部分：

学习sketch例程代码

sketch，是指使用.pde文件编写的主程序。

开始之前，你可以试着阅读、编译并运行下面的sketches

libraries/AP_GPS/examples/GPS_AUTO_test

libraries/AP_InertialSensor/examples/INS_generic

libraries/AP_Compass/examples/AP_Compass_test

libraries/AP_Baro/examples/BARO_generic

libraries/AP_AHRS/examples/AHRS_Test

例如，下面的编译方法，将在Pixhawk上安装AP_GPS例程sketch。

cdlibraries/AP_GPS/examples/GPS_AUTO_test

makepx4-clean

makepx4-v2

makepx4-v2-upload

正确理解sketch例程代码，我们以GPS_AUTO_test.pde代码为例（目录ardupilot\libraries\AP_GPS\examples\GPS_AUTO_test），主要几个特点：

1、pde文件包含很多includes；

2、定义了hal引用声明；

3、代码非常粗糙；

4、setup（）和loop（）函数

1、include文件

pde文件转变为C++文件后，提供必要的库引用支持。

2、hal引用声明

定义如下：

constAP_HAL:

:

HAL&hal=AP_HAL_BOARD_DRIVER;//pixhawk等价于AP_HAL_PX4

该定义，方便访问硬件接口，比如console终端、定时器、I2C、SPI接口等。

实际的定义是在HAL_PX4_Class.cpp中定义，如下：

constHAL_PX4AP_HAL_PX4;

hal是针对AP_HAL_PX4的引用。

经常使用的方法如下：

终端字符输出。

hal.console->printf（）andhal.console->printf_P（）toprintstrings（usethe_PtouselessmemoryonAVR）

获取当前运行时间。

hal.scheduler->millis（）andhal.scheduler->micros（）togetthetimesinceboot

延时。

hal.scheduler->delay（）andhal.scheduler->delay_microseconds（）tosleepforashorttime

IO输入输出。

hal.gpio->pinMode（）,hal.gpio->read（）andhal.gpio->write（）foraccessingGPIOpins

I2C操作，hal.i2c

SPI操作，hal.spi

3、setup（）和loop（）

每个sketch都有一个setup（）和loop（）函数。

板子启动时，setup（）被调用。

这些调用都来自HAL代码中的main（）函数调用（HAL_PX4_Class.cpp文件main_loop（））。

setup（）函数只调用一次，用于初始化所有libraries。

Loop（）循环被调用，执行主任务。

4、AP_HAL_MAIN（）宏指令

每一个sketch（.pde文件）最底部，都有一个“AP_HAL_MAIN（）;”指令，它是一个HAL宏，用于定义一个C++main函数，整个程序的入口。

它真正的定义在AP_HAL_PX4_Main.h中。

#defineAP_HAL_MAIN（）\

extern"C"__EXPORTintSKETCH_MAIN（intargc,char*constargv[]）;\

intSKETCH_MAIN（intargc,char*constargv[]）{\

hal.init（argc,argv）;\

returnOK;\

}

作为程序的起点，在AP_HAL_MAIN（）里，就正式调用了hal.init（）初始化代码。

程序的执行过程就是：

程序起点AP_HAL_MAIN（）àhal.init（）àhal.main_loop（）àsketch中的setup（）和loop（）。

Pixhawk源码笔记二：

APM线程

Pixhawk源码笔记一：

APM代码基本结构，参见：

        这里，我们对APM线程进行讲解。

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。

第三部分 APM线程

        详细参考：

        对于APM1、APM2硬件板，不支持多线程，所以只能通过简单的定时器加回调函数来实现。

类似PX4和Linux硬件板支持Posix标准的多线程。

线程一般是指基于多任务操作系统的并行任务，我们首先要明白的几个概念如下：

        1、定时回调

        2、HAL专属线程

        3、驱动专属线程

        4、APM驱动与板级驱动

        5、板级专属线程、任务

        6、AP_Scheduler任务调度系统

        7、信号灯（任务队列互锁用）

        8、locklessdatastructures

        如果你对操作系统运行机制比较了解，那就很好理解了。

1、定时回调Thetimercallbacks

        每个飞控平台都提供一个1kHz的定时器（见AP_HAL），通过“注册”一个定时器函数来获取1kHz定时功能。

所有注册的定时器将被顺序调用。

调用形式如下：

        hal.scheduler->register_timer_process（AP_HAL_MEMBERPROC（&AP_Baro_MS5611:

:

_update））;

        定时器优先级为181，高于主进程的180。

上面代码是以MS5611气压计驱动为例，其中AP_HAL_MEMBERPROC（）宏，主要作用是将一个C++成员函数包装起来，作为一个回调参数。

其定义在AP_HAL_Namespace.h文件中，如下：

        //macrotohidethedetailsofAP_HAL:

:

MemberProc

        #define AP_HAL_MEMBERPROC（func）fastdelegate:

:

MakeDelegate（this,func）

        使用hal.scheduler->millis（）andhal.scheduler->micros（）可以记录时间。

        好了，你可以试着自己边一个简单的sketch，在setup（）和loop（）函数中练习一下1秒钟向USB终端输出一个时间或字符。

2、HAL专属线程

        以PX4为例，HAL专属线程有：

        1、UART线程，用于读、写串行接口数据（包括USB）；

        2、定时器线程，支持1kHz定时功能；

        3、IO线程，支持写microSD、EEPROM、FRAM等。

        对于Pixhawk，请准备一条调试电缆，连接到nshconsole（serial5端口），波特率57600。

如果已经连接，试下”ps”命令，你会得到如下信息：

        PIDPRISCHDTYPENPSTATENAME

        00FIFOTASKREADYIdleTask（）

        1192FIFOKTHREADWAITSIGhpwork（）

        250FIFOKTHREADWAITSIGlpwork（）

        3100FIFOTASKRUNNINGinit（）

        37180FIFOTASKWAITSEMAHRS_Test（）                                AHRS线程

        38181FIFOPTHREADWAITSEM（20005400）         定时器线程

        3960FIFOPTHREADREADY（20005400）                UART线程

        4059FIFOPTHREADWAITSEM（20005400）          IO线程

        10240FIFOTASKWAITSEMpx4io（）

        13100FIFOTASKWAITSEMfmuservo（）

        30240FIFOTASKWAITSEMuavcan（）

        上面的线程为定时器线程（优先级181），UART线程（60），IO线程（59），以及其他线程诸如：

px4io,fmuservo,uavcan,lpwork,hpworkandidletasks

        线程的主要目的是在不干扰主进程的情况下，在后台处理一些低优先级任务。

例如AP_Terrainlibrary，需要向microSD卡写地形文件，它的实现方式如下：

        hal.scheduler->register_io_process（AP_HAL_MEMBERPROC（&AP_Terrain:

:

io_timer））;

        注意：

IO线程优先级59，相比定时器181优先级慢了很多。

3、Driver专属线程

        没什么好说的，请参考英文原版，需要提的一点是，我们可以利用register_io_process（）和register_timer_process（）来处理驱动的访问。

4、APM驱动与板级（原生）驱动

        我们可以看到MPU6000驱动有两个版本：

一个是APM版本，在libraries/AP_InertalSensor/AP_InertialSensor_MPU6000.cpp,另一个为原生代码版本，在PX4Firmware/src/drivers/mpu6000。

        注意，对于Pixhawk，APM代码使用的是Pixhawk原生驱动，因为原生驱动已经做得很好了。

libraries/AP_InertialSensor/AP_InertialSensor_PX4.cpp中可以查看详情。

        在非PX4平台上，我们使用AP_InertialSensor_MPU6000.cpp驱动，在PX4平台上，我们就用PX4原生驱动AP_InertialSensor_PX4.cpp

5、板级专属线程、任务

        在上面第2节“HAL专属线程”讲到”ps”命令显示的线程。

很多都不是AP_HAL_PX4Schedule启动的线程，这些线程列举如下：

 idletask–calledwhenthereisnothingelsetorun

 init–usedtostartupthesystem

 px4io–handlethecommunicationwiththePX4IOco-processor

 hpwork–PX4稍低优先级驱动线程。

handlethreadbasedPX4drivers（mainlyI2Cdrivers）

 lpwork–PX4非常低优先级驱动线程。

handlethreadbasedlowprioritywork（eg.IO）

 fmuservo–AUX输出。

handletalkingtotheauxillaryPWMoutputsontheFMU

 uavcan–handletheuavcanCANBUSprotocol

        这些任务的启动，由rc.APM脚本文件（ardupilot\mk\PX4\ROMFS\init.d\rc.APM）指定。

PX4启动时，会读取该文件。

rc.APM属于nsh类型脚本。

作为练习，你可以修改rc.APM脚本文件，增加一些sleep和echo命令，那么当PX4启动时，通过debugconsole（也就是serial5）可以显示出来。

        更多内容，可以参考英文原版。

        原生线程的启动代码如下：

        hrt_call_every（&_call,1000,_call_interval,（hrt_callout）&MPU6000:

:

measure_trampoline,this）;

        等同于AP_HAL中的hal.scheduler->register_timer_process（）。

上述代码的意思是，HRT（highresolutiontimer）高精度定时器，以1000微妙的周期调用MPU6000:

:

measure_trampoline函数。

这些操作是禁止中断的，最多占用数十微妙的时间。

        上面的优先级非常高。

下面的方法，是稍低优先级。

        work_queue（HPWORK,&_work,（worker_t）&HMC5883:

:

cycle_trampoline,this,1）;

        用于处理I2C设备。

大概花几百微妙的操作时间。

是可以被中断的任务。

如果是最低优先级，那么参数改为LPWORK，这样的任务一般需要花费更长的时间。

6、AP_Scheduler任务调度系统

        用于飞行器主线程，提供了简单的机制控制每个操作花费了多少时间。

例如：

1、等待一个新IMU采样；2、在每一个IMU采样周期之间调用一系列其他任务。

        每一个飞行器都有一个AP_Scheduler:

:

Tasktable任务列表，参考代码（ardupilot\libraries\AP_Scheduler\ Scheduler_test.pde ）类似如下：

                staticconstAP_Scheduler:

:

Taskscheduler_tasks[]PROGMEM={

                {ins_update,1,1000},

                {one_hz_print,50,1000},

                {five_second_call,250,1800},

                };

        结构体第1列，循环调用的任务函数。

第2列，调用频率（也叫tick，一个tick，就是一个最小时间单元，pixhawk为2.5ms）。

第3列为最大可能占用的操作时间，scheduler.run（）会传递当前可用的时间（微秒）,如果时间不够，那么这个任务就pass掉了，不执行。

        注意，AP_Scheduler:

:

Tasktable列表必须具备以下条件：

        1、他们不能被阻塞。

        2、在飞行时，他们不能调用sleepfunction

        3、他们必须有可预估的最坏的运行时间。

        你可以修改Scheduler_test.pde，加入自己的代码来读取气压计、罗盘、GPS、更新AHRS输出roll/pitch。

7、信号灯

        有3种方法可以避免多线程访问冲突：

1、信号灯；2、locklessdata；3、PX4ORB。

        例如：

I2C驱动可以通过信号灯，确保同一时间，只有一个I2C设备被使用。

可以查看ardupilot\libraries\AP_Compass\AP_Compass_HMC5843.cpp了解：

        获得信号灯：

_i2c_sem->take

（1）;

        释放信号灯：

_i2c_sem->give（）;

8、LocklessDataStructures

        LocklessDataStructures比信号灯要方便，例子见：

 the_shared_datastructureinlibraries/AP_InertialSensor/AP_InertialSensor_MPU9250.cpp

 theringbuffersusedinnumerousplaces.Agoodexampleislibraries/DataFlash/DataFlash_File.cpp

        Goandhavealookatthesetwoexamples,andprovetoyourselfthattheyaresafeforconcurrentaccess.ForDataFlash_Filelookattheuseofthe_writebuf_headand_writebuf_tailvariables.

9、PX4ORB

        ORB（ObjectRequestBroker）是PX4的互斥机制。

        另外两种PX4驱动通信机制，列举如下：

 ioctl calls（seetheexamplesinAP_HAL_PX4/RCOutput.cpp）

 /dev/xxx read/write calls（see_timer_tickinAP_HAL_PX4/RCOutput.cpp）

        想要学习Pixhawk源码的朋友有福了，后边我会陆续的将Pixhawk的源码学习笔记整理出来分享给大家。

敬请关注：

新浪微博@WalkAnt，3017224@。

欢迎交流。

Pixhawk源码笔记三：

串行接口UART和Console

这里，我们对APMUARTConsole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。

第四部分 串行接口UART和Console

        详细参考：

        UART很重要，用于调试输出，数传、GPS模块等。

1、5个UART

        目前共定义了5个UART，他们的用途分别是：

   uartA–串行终端，通常是MicroUSB接口，运行MAVLink协议。

   uartB–GPS1模块。

   uartC–主数传接口，也就是Pixhawktelem1接口。

   uartD–次数传接口，也就是telem2接口。

   uartE–GPS2模块。

        有些UART具备双重角色，比如通过修改SERIAL2_PROTOCOL参数