PX4源碼開發(fā)人員文檔(一)——軟件架構(gòu)

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1、PX4源碼開發(fā)人員文檔（一） 軟件架構(gòu) 軟件架構(gòu) PX4在廣播消息網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，按照一組節(jié)點(diǎn) (nodes )的形式進(jìn)行組織，網(wǎng)絡(luò)之間使用像 如“姿態(tài)”和“位置”之類的語義通道來傳遞系統(tǒng) 狀態(tài)。軟件的堆棧結(jié)構(gòu)主要分為四層： .應(yīng)用程序接口:提供給app開發(fā)人員，使開 發(fā)人員可以使用ROS或者DroneAPI。這 一接口設(shè)計(jì)盡可能簡(jiǎn)潔和扁平，并盡量多的 隱藏復(fù)雜性。 ?應(yīng)用框架：這是一組核心缺省應(yīng)用程序(節(jié) 點(diǎn))，運(yùn)行核心的飛行控制。 ?函數(shù)庫(kù):這一層包括針對(duì)機(jī)器核心操作的所 有系統(tǒng)函數(shù)庫(kù)和功能 通信、UAVCAN和故障安全(failsafe)系 統(tǒng)。 操作系統(tǒng): 最后一層,

2、 提供硬件驅(qū)動(dòng)、 網(wǎng)絡(luò)  Application API (0MQ/ROS) Surveys Cargo Follow-Me SAR 1 Authentication - ROS or 0MQ pub/sub Broker Application Framework VI Odometry Multicopter Ctrl. [ VTOL Ctrl.] MAVLInk Serial 1 State Estimation Fixed Wing Ctrl. Commander Navigator MAVROS Libraries Linux Kernel

3、 Camera Driver Network [ 4G/LTE 1 Storage SDR Driver I RTOS Kernel pORB or MuORB pub/sub UAVCAN Driver j Actuator Drivers Failsafe System Sonsor Drivers Estimation Ub F MathLIbL j E OpenCV Sj xORB Wrapper Control Lib 1 MAVLInk Lib UAVCAN Lib 1 Mission Logic Lib 內(nèi)部進(jìn)程通信(Inter Pr

4、ocesscommunication, IPC) PX4平臺(tái)的封裝提供了跨平臺(tái)的無鎖發(fā)布?訂 閱模式(publish-subscribe pattern)對(duì)象請(qǐng)求 處理器。取決于平臺(tái)/操作系統(tǒng)，完成這個(gè)的后 端可能是uORB,或者Linux上的ROS / DDS (data delivery service)0封裝可擴(kuò)展，也可作 為消息系統(tǒng)提供支持，比如0MQ o所有這些后 端的共同特點(diǎn)是，它們都允許發(fā)送數(shù)據(jù)到一個(gè)像 如“位置”這樣的語義訂閱主題(topic)，并使 多個(gè)接收器跨進(jìn)程的收到這一數(shù)據(jù)。 IPC性能 發(fā)布(Publication)至［］訂閱(subscription)

5、 之間的延遲： ? uORB: 23 us @ 168 MHz STM32F4 ? ROS: TBD ? ROS2/DDS:185 us @ 1.6 GHz IntelPentium 4 and 2 GB RAM running Windows XP (details) ? ZeroMQ: 170 us @ 1.6 GHz IntelPentium 4 and 2 GB RAM running Windows XP (details) 安全和保護(hù)模型 飛行核心與主要應(yīng)用級(jí)處理過程隔離，以確保獨(dú) 立于高層級(jí)系統(tǒng)狀態(tài)的機(jī)器核心操作，保持穩(wěn) 定。 PX4應(yīng)用程序框架 PX4應(yīng)用程序

6、框架在所有平臺(tái)上代碼兼容，(比 如 Pixhawk / NuttX,又比如，SnapDragon / Linux),獨(dú)立并將中間設(shè)備作為傳輸層。 publisher publish。 subscriber subscri be() Object Request Broker 節(jié)點(diǎn)句柄(Node Handle) 節(jié)點(diǎn)句柄是每一個(gè)連接到中間設(shè)備的發(fā)布器 (publisher)或者訂閱器(subscriber)的核 心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以同時(shí)是發(fā)布器和訂閱 器)。一個(gè)節(jié)點(diǎn)是一個(gè)邏輯單元，每一個(gè)進(jìn)程都 可以有多于一個(gè)的節(jié)點(diǎn)(雖然這并不是典型的形 式)。 1. px4::Nod

7、eHandle n(); 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 對(duì)于所有相關(guān)的中間設(shè)備實(shí)現(xiàn),PX4根據(jù)儲(chǔ)存在 “msg”中的定義文件自動(dòng)生成據(jù)結(jié)構(gòu)。 發(fā)布(publication) 通過使用節(jié)點(diǎn)句柄通告(advertise)訂閱主題 (topic)來創(chuàng)建一個(gè)新的發(fā)布(publication)。 注意這個(gè)模板, 是訂閱主題的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 L px4::Publisher* rc_channels_pub = n.advertise() 從這個(gè)指向rc_channels_pub的句柄的指針, 可以用于發(fā)布數(shù)據(jù) L

8、px4_rc_channels rc_channels_msg; 2. rc_channels_msg.data().timestamp_last_valid= px4::get_time_micros(); 3. _rc_channels_pub->publish(rc_channels_msg); 訂閱(Subscription) 通過訂閱一個(gè)訂閱主題創(chuàng)建一個(gè)新的發(fā)布。注意 模板，是訂閱主題的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。使用訂閱共有三 個(gè)選擇: 1. 使用訂閱主題的句柄，進(jìn)行手動(dòng)復(fù)制操 作。 2. 作為函數(shù)的回調(diào)(callback),在訂閱 主題更新時(shí)，函數(shù)被調(diào)用。 3.

9、作為類方法的回調(diào)(相當(dāng)于函數(shù)，但是 是C++類型的) 單純訂閱 除非手動(dòng)調(diào)用復(fù)制方法，否則數(shù)據(jù)不會(huì)被復(fù)制。 L unsigned min_interval =500; 2. _sub_rc_chan = _n.subscribe(min_interval); 函數(shù)回調(diào) 每次訂閱主題更新，則 rcchannelscallbackfunction被調(diào)用。 ]view plaincopy 1. unsigned min_interval =500; 2. _n.subscribe(rc_channe

10、ls_callback_function> min_interval); 類方法回調(diào) 相當(dāng)于前面函數(shù)的例子。 _n.subscribe(&SubscriberExample:crc-channels-callback, this ,min_interval); 混合系統(tǒng) 為了解決更高級(jí)別的挑戰(zhàn)，比如基于視覺的避障 或者復(fù)雜控制問題，一個(gè)運(yùn)行嵌入式Linux的伴 隨計(jì)算機(jī)將非常有用。 LINUX COMPANION DEEPLY EMBEDDED 集成ROS PX4可以通過兩種不同的API與ROS整合到一 起：或者自然地將每一個(gè)應(yīng)用作為R

11、OS節(jié)點(diǎn)， 或者通過mavros在嵌入式自駕儀上唯一地運(yùn) 行 Linux Computer: Odroid U3 Deeply Embedded: FMUv2 Board ROS pub/sub bus Simulation Environment ROS Logging Fixed Wing Atthude Control SITL Flight Simulator DroneAPI DroneAPI是一個(gè)高級(jí)應(yīng)用程序接口，類似于一 個(gè)為遠(yuǎn)程過程調(diào)用（RPC）提供語言綁定的函數(shù) 庫(kù)。從本質(zhì)上講，它是面向告訴無人機(jī)去哪里或 做什么，而不是核心的機(jī)器人通訊/API的一部 分。