加载中…PX4/Pixhawk---uORB深入理解和应用
(2017-02-16 13:40:21)
标签：
it |
分类： Pixhawk飞控系统 |
主要参考：PX4/Pixhawk---uORB深入理解和应用
The Instructions of uORB
『PX4/Pixhawk』 ?
『软件体系结构』?『uORB』?『主题发布』?『主题订阅』
1 简介
1.1 PX4/Pixhawk的软件体系结构
?PX4/Pixhawk的软件体系结构主要被分为四个层次，这可以让我们更好的理解PX4/Pixhawk的软件架构和运作：
- 应用程序的API：这个接口提供给应用程序开发人员，此API旨在尽可能的精简、扁平及隐藏其复杂性。
- 应用程序框架: 这是为操作基础飞行控制的默认程序集（节点）。
- 库: 这一层包含了所有的系统库和基本交通控制的函数。
- 操作系统: 最后一层提供硬件驱动程序，网络，UAVCAN和故障安全系统。
http://img.blog.csdn.net/20150714165857871
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。
总线」交换的消息称之为「主题」(topic)，在Pixhawk
中，一个主题仅包含一种消息类型，通俗点就是数据类型。每个进程可以「订阅」或者「发布」主题，可以存在多个发布者，或者一个进程可以订阅多个主题，但是一条总线上始终只有一条消息。
1.2 PX4/Pixhawk应用程序框架
http://img.blog.csdn.net/20150714165954421
2 uORB文件夹说明
2.1 uORB文件夹结构
http://img.blog.csdn.net/20150714170015797
2.2 文件/目录说明
topics : 系统通用接口定义的标准主题,比如电池电量转态、GPS的位置参数等
module.mk : uORB模块makefile文件
objects_common.cpp: 通用接口标准主题定义集合，如添加新主题在这里定义
ORBMap.hpp : 对象请求器节点链表管理（驱动节点）
ORBSet.hpp : 对象请求器节点管理（非驱动节点）
Publication.cpp : 在不同的发布中遍历使用
Publication.hpp : 在不同的发布中遍历使用
Subscription.cpp : 在不同的订阅中遍历使用
Subscription.hpp : 在不同的订阅中遍历使用
uORB.cpp : uORB的实现
uORB.h : uORB头文件
uORBCommon.hpp : uORB公共部分变量定义实现
uORBCommunicator.hpp : 远程订阅的接口实现，实现了对不同的通信通道管理，如添加/移除订阅者，可以基于TCP/IP或fastRPC;传递给通信链路的实现，以提供在信道上接收消息的回调。
uORBDevices.hpp :
uORBDevices_nuttx.cpp : 节点操作，close,open,read,write
uORBDevices_nuttx.hpp :
uORBDevices_posix.cpp :
uORBDevices_posix.hpp :
uORBMain.cpp : uORB入口
uORBManager.hpp : uORB功能函数实现头文件
uORBManager_nuttx.cpp : uORB功能函数实现(Nuttx)
uORBManager_posix.cpp : uORB功能函数实现(Posix)
uORBTest_UnitTest.cpp : uORB测试
uORBTest_UnitTest.hpp : uORB测试头文件，包括主题定义和声明等
uORBUtiles.cpp :
uORBUtiles.hpp :
3 常用函数功能解析
int poll(struct pollfd fds[], nfds_t nfds, int
timeout)
功能：监控文件描述符（多个）；
说明：timemout=0,poll()函数立即返回而不阻塞；
timeout=INFTIM(-1),poll()会一直阻塞下去，直到检测到return > 0；
参数：
fds:struct pollfd结构类型的数组；
nfds:用于标记数组fds中的结构体元素的总数量；
timeout:是poll函数调用阻塞的时间，单位：毫秒；
返回值：
>0：数组fds中准备好读、写或出错状态的那些socket描述符的总数量；
==0:poll()函数会阻塞timeout所指定的毫秒时间长度之后返回;
-1:poll函数调用失败；同时会自动设置全局变量errno；
int orb_subscribe(const struct orb_metadata
*meta)
功能：订阅主题（topic）;
说明：即使订阅的主题没有被公告，但是也能订阅成功；但是在这种情况下，却得不到数据，直到主题被公告；
参数：
meta:uORB元对象，可以认为是主题id，一般是通过ORB_ID(主题名)来赋值；
返回值：
错误则返回ERROR;成功则返回一个可以读取数据、更新话题的句柄；如果待订阅的主题没有定义或声明则会返回-1，然后会将errno赋值为ENOENT;
eg:
int fd = orb_subscribe(ORB_ID(topicName));
int orb_copy(const struct orb_metadata *meta, int
handle, void *buffer)
功能：从订阅的主题中获取数据并将数据保存到buffer中；
参数：
meta:uORB元对象，可以认为是主题id，一般是通过ORB_ID(主题名)来赋值;
handle:订阅主题返回的句柄；
buffer:从主题中获取的数据；
返回值：
返回OK表示获取数据成功，错误返回ERROR;否则则有根据的去设置errno;
eg:
struct sensor_combined_s raw;
orb_copy(ORB_ID(sensor_combined), sensor_sub_fd, &raw);
orb_advert_t orb_advertise(const struct
orb_metadata *meta, const void *data)
功能：公告发布者的主题；
说明：在发布主题之前是必须的；否则订阅者虽然能订阅，但是得不到数据；
参数：
meta:uORB元对象，可以认为是主题id，一般是通过ORB_ID(主题名)来赋值;
data:指向一个已被初始化，发布者要发布的数据存储变量的指针；
返回值：错误则返回ERROR;成功则返回一个可以发布主题的句柄；如果待发布的主题没有定义或声明则会返回-1，然后会将errno赋值为ENOENT;
eg:
struct vehicle_attitude_s att;
memset(&att, 0, sizeof(att));
int att_pub_fd = orb_advertise(ORB_ID(vehicle_attitude), &att);
int orb_publish(const struct orb_metadata *meta,
orb_advert_t handle, const void *data)
功能：发布新数据到主题；
参数：
meta:uORB元对象，可以认为是主题id，一般是通过ORB_ID(主题名)来赋值;
handle:orb_advertise函数返回的句柄；
data:指向待发布数据的指针；
返回值：OK表示成功；错误返回ERROR；否则则有根据的去设置errno;
eg:
orb_publish(ORB_ID(vehicle_attitude), att_pub_fd, &att);
int orb_set_interval(int handle, unsigned
interval)
功能：设置订阅的最小时间间隔；
说明：如果设置了，则在这间隔内发布的数据将订阅不到；需要注意的是，设置后，第一次的数据订阅还是由起初设置的频率来获取，
参数：
handle:orb_subscribe函数返回的句柄；
interval:间隔时间，单位ms;
返回值：OK表示成功；错误返回ERROR；否则则有根据的去设置errno;
eg:
orb_set_interval(sensor_sub_fd, 1000);
orb_advert_t orb_advertise_multi(const struct
orb_metadata *meta, const void *data, int *instance, int
priority)
功能：设备/驱动器的多个实例实现公告，利用此函数可以注册多个类似的驱动程序；
说明：例如在飞行器中有多个相同的传感器，那他们的数据类型则类似，不必要注册几个不同的话题；
参数：
meta:uORB元对象，可以认为是主题id，一般是通过ORB_ID(主题名)来赋值;
data:指向一个已被初始化，发布者要发布的数据存储变量的指针；
instance:整型指针，指向实例的ID（从0开始）；
priority:实例的优先级。如果用户订阅多个实例，优先级的设定可以使用户使用优先级高的最优数据源；
返回值：
错误则返回ERROR;成功则返回一个可以发布主题的句柄；如果待发布的主题没有定义或声明则会返回-1，然后会将errno赋值为ENOENT;
eg:
struct orb_test t;
t.val = 0;
int instance0;
orb_advert_t pfd0 = orb_advertise_multi(ORB_ID(orb_multitest), &t, &instance0, ORB_PRIO_MAX);
int orb_subscribe_multi(const struct orb_metadata
*meta, unsigned instance)
功能：订阅主题（topic）;
说明：通过实例的ID索引来确定是主题的哪个实例；
参数：
meta:uORB元对象，可以认为是主题id，一般是通过ORB_ID(主题名)来赋值;
instance:主题实例ID;实例ID=0与orb_subscribe()实现相同；
返回值：
错误则返回ERROR;成功则返回一个可以读取数据、更新话题的句柄；如果待订阅的主题没有定义或声明则会返回-1，然后会将errno赋值为ENOENT;
eg:
int sfd1 = orb_subscribe_multi(ORB_ID(orb_multitest), 1);
int orb_unsubscribe(int
handle)
功能：取消订阅主题；
参数：
handle:主题句柄；
返回值：
OK表示成功；错误返回ERROR;否则则有根据的去设置errno;
eg:
ret = orb_unsubscribe(handle);
int orb_check(int handle, bool
*updated)
功能：订阅者可以用来检查一个主题在发布者上一次更新数据后，有没有订阅者调用过ob_copy来接收、处理过；
说明：如果主题在在被公告前就有人订阅，那么这个API将返回“not-updated”直到主题被公告。可以不用poll，只用这个函数实现数据的获取。
参数：
handle:主题句柄；
updated:如果当最后一次更新的数据被获取了，检测到并设置updated为ture;
返回值：
OK表示检测成功；错误返回ERROR;否则则有根据的去设置errno;
eg:
if (PX4_OK != orb_check(sfd, &updated))
{
return printf("check(1) failed");
}
if (updated)
{
return printf("spurious updated flag");
}
//or
bool updated;
struct random_integer_data rd;
// check to see whether the topic has updated since the last time we read it
orb_check(topic_handle, &updated);
if (updated)
{
// make a local copy of the updated data structure
orb_copy(ORB_ID(random_integer), topic_handle, &rd);
printf("Random integer is now %d\n", rd.r);
}
int orb_stat(int handle, uint64_t
*time)
功能：订阅者可以用来检查一个主题最后的发布时间；
参数：
handle:主题句柄；
time:存放主题最后发布的时间；0表示该主题没有发布或公告；
返回值：
OK表示检测成功；错误返回ERROR;否则则有根据的去设置errno;
eg:
ret = orb_stat(handle,time);
int orb_exists(const struct orb_metadata *meta,
int instance)
功能：检测一个主题是否存在；
参数：
meta:uORB元对象，可以认为是主题id，一般是通过ORB_ID(主题名)来赋值;
instance:ORB 实例ID;
返回值：
OK表示检测成功；错误返回ERROR;否则则有根据的去设置errno;
eg:
ret = orb_exists(ORB_ID(vehicle_attitude),0);
int orb_priority(int handle, int
*priority)
功能：获取主题优先级别；
参数：
handle:主题句柄；
priority:存放获取的优先级别；
返回值：
OK表示检测成功；错误返回ERROR;否则则有根据的去设置errno;
eg:
ret = orb_priority(handle,&priority);
4 例程
4.1 例程前准备工作
-
archives已编译完成；
-
添加一个新的模块
- 在Firmware/src/modules中添加一个新的文件夹，命名为px4_simple_app
- 在px4_simple_app文件夹中创建module.mk文件，并输入以下内容：
- MODULE_COMMAND = px4_simple_app
- SRCS = px4_simple_app.c
- 在px4_simple_app文件夹中创建px4_simple_app.c文件
// @file px4_simple_app.c
* Minimal application example for PX4 autopilot.
#include "stdio.h"
#include "errno.h"
__EXPORT int px4_simple_app_main(int argc, char *argv[]);
int px4_simple_app_main(int argc, char *argv[])
printf ("Hello Sky!\n");
return OK;
}
- 注册新添加的应用到NuttShell中，并编译上传
- Firmware/makefiles/config_px4fmu-v2_default.mk文件中添加如下内容：
- MODULES += modules/px4_simple_app
- 编译
- make clean
- make px4fmu-v2_default
- 上传到板子中
- make upload px4fmu-v2_default
- Firmware/makefiles/config_px4fmu-v2_default.mk文件中添加如下内容：
- 在QGC 中的Terminal(终端)中运行新应用
- nsh > px4_simple_app
?接下来的代码修改均是基于此应用。
4.2 订阅主题
sensor_combined主题是官方提供的通用接口标准主题。
// @file px4_simple_app.c
// Minimal application example for PX4 autopilot
#include "nuttx/config.h"
#include "unistd.h"
#include "stdio.h"
#include "poll.h"
#include "uORB/uORB.h"
#include "uORB/topics/sensor_combined.h"
__EXPORT int px4_simple_app_main(int argc, char *argv[]);
int px4_simple_app_main(int argc, char *argv[])
{
printf("Hello Sky!\n");
//订阅sensor_combined 主题
int sensor_sub_fd = orb_subscribe(ORB_ID(sensor_combined));
//一个应用可以等待多个主题，在这里只等待一个主题
struct pollfd fds[] = {
{ .fd = sensor_sub_fd, .events = POLLIN },
// 这里可以添加更多的文件描述符；
* { .fd = other_sub_fd, .events = POLLIN },
};
int error_counter = 0;
while (true) {
//poll函数调用阻塞的时间为1s
int poll_ret = poll(fds, 1, 1000);
//处理poll返回的结果
if (poll_ret == 0) {
// 这表示时间溢出了，在1s内没有获取到发布者的数据
printf("[px4_simple_app] Got no data within a second\n");
} else if (poll_ret < 0) {
// 出现问题
if (error_counter < 10 || error_counter % 50 == 0) {
// use a counter to prevent flooding (and slowing us down)
printf("[px4_simple_app] ERROR return value from poll(): %d\n"
, poll_ret);
}
error_counter++;
} else {
if (fds[0].revents & POLLIN) {