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Pixhawk源码笔记-01.APM代码基本结构

Pixhawk源码笔记-01.APM代码基本结构

说明:

  • 本教程主要介绍APM代码基本结构和sketch例程代码的学习

基础知识

第一部分:介绍

  1. vehicle directories模型类型
  • 当前共有4种模型:ArduPlane, ArduCopter, APMrover2AntennaTracker

  • 这些都是.pde文件,就是为了兼容arduino平台,以后可能会放弃

  1. 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

  1. tools directories工具目录
  • 主要提供支持

  • For examples, tools/autotest provides the autotest infrastructure behind the autotest.diydrones.com site and tools/Replay provides our log replay utility.

  1. external support code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:the core NuttX RTOS used on PX4 boards
    • PX4Firmware – PX4固件:the base PX4 middleware and drivers used on PX4 boards
    • uavcan – 飞行器CAN通信协议:the uavcan CANBUS implementation used in ArduPilot
    • mavlink – Mavlink通信协议:the mavlink protocol and code generator
  1. 系统编译
  • 针对不同的硬件板,编译可以采用“make TARGET”的形式

    • make apm1 – the APM1 board
    • make apm2 – the APM2 board
    • make px4-v1 – the PX4v1
    • make px4-v2 – the Pixhawk
  • 如果要移植到新的硬件,可以在mk/targets.mk文件中添加

  • 比如: make apm2-octa -j8

  • 或者: make px4-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

  • 详细参考:http://dev.ardupilot.com/wiki/learning-ardupilot-the-example-sketches/

  • 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

       cd libraries/AP_GPS/examples/GPS_AUTO_test
       make px4-clean
       make px4-v2
       make px4-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。
  1. hal引用声明
  • 定义如下:
const AP_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:

const HAL_PX4 AP_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() and hal.console->printf_P() to print strings (use the _P to use less memory on AVR)
    • 获取当前运行时间。hal.scheduler->millis() and hal.scheduler->micros() to get the time since boot
    • 延时。hal.scheduler->delay() and hal.scheduler->delay_microseconds() to sleep for a short time
    • IO输入输出。hal.gpio->pinMode(), hal.gpio->read() and hal.gpio->write() for accessing GPIO pins
    • I2C操作,hal.i2c
    • SPI操作,hal.spi
  1. 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

  1. 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

      #define AP_HAL_MAIN() \
      extern "C" __EXPORT int SKETCH_MAIN(int argc, char * const argv[]); \
      int SKETCH_MAIN(int argc, char * const argv[]) { \
      hal.init(argc, argv); \
      return OK; \
      }
  • 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() -> hal.init() -> hal.main_loop() -> sketch中的setup()和loop()

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