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1、 PX4 Pixhawk 程序研究笔记 编译环境建立编译环境建立 参考链接：http:/pixhawk.org/dev/toolchain_installation_win 1、首先确保电脑安装了 Java 运行环境。 2、下载并安装 PX4 Toolchain，链 接：http:/pixhawk.org/firmware/downloads#px4_arm_toolchain 3、在开始菜单中选择：PX4 Toolchain - PX4 Software download 来获取一个 初始软件设置。它会在安装路径下（默认为 C:px4）下载如下文件夹： px4 Firmware PX4 fi
2、rmware (for all modules), includes MAVLink NuttX The NuttX Real Time Operating System (RTOS) libopencm3 Optional: Open Source Cortex Mx library, used only in the bootloaders Bootloader Optional: Bootloaders, does normally not need to be touched 4、配置 Eclipse，开始菜单 - 所有程序 PX4 Toolchain - PX4 Eclipse 默认
3、的 workspace 路径是刚好正确的： New Makefile Project with Existing Code： 选择 Cross GCC，并指定文件夹位置为：“c:px4Firmware”。 打开右边的 “Make Target” 并点击 “New Make Target”： 你应当创建如下 Targets: archives builds the NuttX OS all builds the autopilot software (depends on archives) distclean cleans everything, including the NuttX bui
4、ld clean cleans only the application (autopilot) part upload px4fmu-v1_default uploads to PX4FMU v1.x boards upload px4fmu-v2_default uploads to PX4FMU v2.x boards 编译方法： 参考链接：http:/pixhawk.org/dev/flash_px4fmu_win 1、双击 distclean； 2、双击 archives； 3、双击 all； 4、 双击 upload px4fmu-v1_default （PX4） 或 upload
5、 px4fmu-v2_default （Pixhawk） 来上传固件。 注意：只有在 Nuttx 更新或者改变时才需要进行”distclean“和”archives“。如 果你只是编辑了 PX4 的程序， 最便捷的办法是直接运行 upload px4fmu-v1_default （PX4）或 upload px4fmu-v2_default（Pixhawk）来编译并上传固件。 Eclipse 使用使用技巧技巧 1、 选中一个函数， 鼠标不动， 0.5 秒后会弹出一个悬浮框显示该函数的定义， 双击该框，会出现滑动条，这时可以使用这个框看此函数的全部定义。以上操作 可以由“F2”键代替。 2、选中
6、一个函数，按“F3”直接跳转到该函数的定义处，而不是通过一个悬 浮框显示。 板载软件结构板载软件结构 PX4 自动驾驶仪软件可分为三大部分： 实时操作系统、 中间件和飞行控制栈。 1. NuttX 实时操作系统 提供 POSIX-style 的用户操作环境(如 printf(), pthreads,/dev/ttyS1,open(),write(),poll(),ioctl()，进行底层的任务调度。 2. PX4 中间件 PX4 中间件运行于操作系统之上，提供设备驱动和一个微对象请求代理 （micro object request broker， uORB)用于驾驶仪上运行的单个任务之间的异步
7、通 信。 3.PX4 飞行控制栈 飞行控制栈可以使用 PX4 的控制软件栈，也可以使用其他的控制软件，如 APM:Plane、APM:Copter，但必须运行于 PX4 中间件之上。 PX4 飞行控制栈遵循 BSD 协议， 可实现多旋翼和固定翼完全自主的航路点飞 行。采用了一套通用的基础代码和通用的飞行管理代码，提供了一种灵活的、结 构化的方法， 可以用相同的航路点和安全状态机来运行不同的固定翼控制器或旋 翼机控制器。 其板载程序结构图如下： 参考链接： http:/pixhawk.org/dev/architecture 上图中每个框表示一个概念上的任务（task） 。图中不是所有模块都是默
8、 认使能的，一些模块是冗余的，比如当姿态控制（attitude control）活动时，位 置控制 （position control） 是不活动的。 浅灰色的框表示作为主模块 （main blocks） 接口的关键外设。图中许多模块被作为单独的任务（tasks）来完成的，不同任务 间通过“inter process communication”来通信。 源程序文件源程序文件说明说明 本章列举源程序中各个文件夹、各个 C、CPP 文件以及头文件的作用。 src/lib/geo/geo.c 该文件定义的所有与地球坐标系相关的函数（geo: geodesic，测地学的） 。提供了与经纬度、地图坐标
9、、坐标系翻转等相关 的函数。 src/lib/launchdetection 中包含了自动降落相关的程序。 src/modules/commonder 文件夹包含了所有的与地面站相关的命令： commonder.cpp 为主要程序，同时该文件夹中还包含了加速度计校准、 空速计校准、磁罗盘校准、遥控器校准等程序。 src/modules/uORB 中包含了与 uORB 相关的程序。 src/modules/px4iofirmware 中包含了 STM32F103 那个单片机的源程序， 它编译后的结果将作为 ROM 存储在 FMU（STM32F427）单片机的固件 中，位于程序文件系统的 etc/
10、extras/px4io-v2_default.bin 中。 src/modules/dataman 中包含了与数据管理相关的函数。 src/systemcmds/param 包含了与系统参数相关的程序，这些参数包含机 架类型、各种 PID 以及各种设置等参数。 src/ROMFS/px4fmu_common/init.d 包含了系统其中的各种脚本，其中最 下面的“rcS”为主脚本，系统流程启动以它为准，同时它内部还会不断调 用其他子脚本（如 rc.sensors 脚本，对应各种传感器，其调用命令为： sh /etc/init.d/rc.sensors） 。通读“rcS”脚本文件，即可明白 P
11、X4 的启动和运 行流程 进程间通信（进程间通信（uORB） 参考链接：http:/blog.arm.so/docs/183-0503.html uORB 是 Pixhawk 系统中非常重要且关键的一个模块，它肩负了整个系统的 数据传输任务， 所有的传感器数据、 GPS、 PPM信号等都要从芯片获取后通过uORB 进行传输到各个模块进行计算处理。 uORB 的架构简述：uORB 全称为 micro object request broker (uORB),即“微 对象请求代理器” ，实际上 uORB 是一套跨进程的 IPC 通讯模块。在 Pixhawk 中， 所有的功能被独立以进程模块为单位进
12、行实现并工作。 而进程间的数据交互就由 为重要，必须要能够符合实时、有序的特点。 Pixhawk 使用 NuttX 实时 ARM 系统， 而 uORB 对于 NuttX 而言，它仅仅是 一个普通的文件设备对象，这个设备支持 Open、Close、Read、Write、Ioctl 以及 Poll 机制。 通过这些接口的实现，uORB 提供了一套“点对多”的跨进程广播通 讯机制， “点”指的是通讯消息的“源” ， “多”指的是一个源可以有多个用户 来接收、处理。而“源”与“用户”的关系在于，源不需要去考虑用户是否可以 收到某条被广播的消息或什么时候收到这条消息。 它只需要单纯的把要广播的数 据推送
13、到 uORB 的消息“总线”上。对于用户而言，源推送了多少次的消息也不 重要，重要的是取回最新的这条消息。 uORB 实际上是多个进程打开同一个设备文件，进程间通过此文件节点进行 数据交互和共享。 uORB 的系统实现： uORB 的实现位于固件源码的 src/modules/uORB/uORB.cpp 文件， 它通过重载 CDev 基类来组织一个 uORB 的设备实例。并且完成 Read/Write 等功能的重载。 uORB 的入口点是 uorb_main 函数，在这里它检查 uORB 的启动参数来完成对应 的功能，uORB 支持 start/test/status 这 3 条启动参数，在
14、Pixhawk 的 rcS 启动脚 本中，使用 start 参数来进行初始化，其他 2 个参数分别用来进行 uORB 功能的 自检和列出 uORB 的当前状态。 在 rcS 中使用 start 参数启动 uORB 后， uORB 会创建并初始化它的设备实例， 其中的实现大部分都在 CDev 基类完成。这个过程类似于 Linux 设备驱动中的 Probe 函数，或者 Windows 内核的 DriverEntry，通过 init 调用完成设备的创建， 节点注册以及派遣例程的设置等。 * 下面是官网资料 * 参考链接：http:/pixhawk.org/dev/shared_object_comm
15、unication 进程（process）/程序（application）间通信（如将传感器信息从传感器 app 传送到姿态滤波 app）是 PX4 程序结构的核心部分。进程（process，在此处被称 作 nodes）通过被命名的总线（buses，在此处被称作 topic）交换信息。在 PX4 中，一个 topic 只包含一种信息类型，比如，vehicle_attitude 这个 topic 将一个 包含姿态结构体（roll、pitch、yaw）的信息传送出去。Nodes 可以在 bus/topic 上 publish（发布）一个信息（即发送数据） ，也可以向一个 bus/topic sub
16、scribe （订阅）信息（即接收数据） 。它们（Nodes）并不知道它们在跟谁通信。一个 topic 可以面向多个 publishers（发布者）和多个 subscribers（订阅者） 。这种方式 可以避免死锁问题，在机器人中很常见。为达到有效率，在 bus/topic 中，永远 只有一个信息被传送，没有保持队列之说（即新来的信息会覆盖之前的信息，不 存在有一串信息排队的情况） 。 这个发布/订阅 （publisher / subscriber）机制是通过微对象请求代理（micro object request broker,简称 uORB）来实现的。 系统已存的 topics 通过 Doxygen 工具自动生成了文档，其链接为： https:/pixhawk.ethz.ch/docs/group_topics.html 下面是关于 p
