PX4源碼開發(fā)人員文檔(一)——軟件架構(gòu)

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(nodes )的形式進行組織，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)計盡可能簡潔和扁平，并盡量多的 隱藏復雜性。應用框架：這是一組核心缺省應用程序(節(jié)點)，運行核心的飛行控制。函數(shù)庫:這一層包括針對機器核心操作的所 有系統(tǒng)函數(shù)庫和功能 通信、UAVCAN和故障安全(failsafe)系 統(tǒng)。操作系統(tǒng):最后一層,提供硬件驅(qū)動、網(wǎng)絡(luò)Application API (0MQ/ROS)SurveysCargoFollow-MeSAR1 Authentication - ROS or 0MQ pub/sub BrokerApplication FrameworkVI OdometryMulticopter Ctrl. VTOL Ctrl.MAVLInk Serial 1State Estimation Fixed Wing Ctrl. Commander NavigatorMAVROSLibrariesLinux KernelCamera DriverNetwork 4G/LTE 1StorageSDR DriverI RTOS KernelpORB or MuORB pub/subUAVCAN Driverj Actuator DriversFailsafe System Sonsor DriversEstimation UbF MathLIbL jE OpenCV SjxORB WrapperControl Lib 1MAVLInk LibUAVCAN Lib1 Mission Logic Lib內(nèi)部進程通信(Inter Processcommunication, IPC)PX4平臺的封裝提供了跨平臺的無鎖發(fā)布訂閱模式(publish-subscribe pattern)對象請求處理器。取決于平臺/操作系統(tǒng)，完成這個的后 端可能是uORB,或者Linux上的ROS / DDS(data delivery service)0封裝可擴展，也可作為消息系統(tǒng)提供支持，比如0MQ o所有這些后 端的共同特點是，它們都允許發(fā)送數(shù)據(jù)到一個像 如“位置”這樣的語義訂閱主題(topic)，并使 多個接收器跨進程的收到這一數(shù)據(jù)。IPC性能發(fā)布(Publication)至訂閱(subscription)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)安全和保護模型 飛行核心與主要應用級處理過程隔離，以確保獨 立于高層級系統(tǒng)狀態(tài)的機器核心操作，保持穩(wěn) 定。PX4應用程序框架PX4應用程序框架在所有平臺上代碼兼容，(比如 Pixhawk / NuttX,又比如，SnapDragon /Linux),獨立并將中間設(shè)備作為傳輸層。publisherpublish。subscribersubscri be()Object Request Broker節(jié)點句柄(Node Handle)節(jié)點句柄是每一個連接到中間設(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)(一個節(jié)點可以同時是發(fā)布器和訂閱 器)。一個節(jié)點是一個邏輯單元，每一個進程都 可以有多于一個的節(jié)點(雖然這并不是典型的形 式)。1. px4:NodeHandle n();數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對于所有相關(guān)的中間設(shè)備實現(xiàn),PX4根據(jù)儲存在 “msg”中的定義文件自動生成據(jù)結(jié)構(gòu)。發(fā)布(publication)通過使用節(jié)點句柄通告(advertise)訂閱主題(topic)來創(chuàng)建一個新的發(fā)布(publication)。注意這個模板,是訂閱主題的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。L px4:Publisher<px4:px4_rc_channels>* rc_channels_pub = n.advertise<px4_rc_c hannels>()從這個指向rc_channels_pub的句柄的指針, 可以用于發(fā)布數(shù)據(jù)L 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) 通過訂閱一個訂閱主題創(chuàng)建一個新的發(fā)布。注意 模板，是訂閱主題的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。使用訂閱共有三個選擇:1.使用訂閱主題的句柄，進行手動復制操作。2.作為函數(shù)的回調(diào)(callback),在訂閱主題更新時，函數(shù)被調(diào)用。3.作為類方法的回調(diào)(相當于函數(shù)，但是是C+類型的)單純訂閱除非手動調(diào)用復制方法，否則數(shù)據(jù)不會被復制。L unsigned min_interval =500;2. _sub_rc_chan = _n.subscribe<px4_rc_channels>(min_interval);函數(shù)回調(diào)每次訂閱主題更新，則rcchannelscallbackfunction被調(diào)用。view plaincopy1. unsigned min_interval =500;2. _n.subscribe<px4_rc_channels>(rc_channels_callback_function> min_interval);類方法回調(diào)相當于前面函數(shù)的例子。_n.subscribe<px4_rc_channels>(&SubscriberExample:crc-channels-callback, this ,min_interval);混合系統(tǒng)為了解決更高級別的挑戰(zhàn)，比如基于視覺的避障 或者復雜控制問題，一個運行嵌入式Linux的伴 隨計算機將非常有用。LINUX COMPANIONDEEPLY EMBEDDED集成ROSPX4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應用作為ROS節(jié)點， 或者通過mavros在嵌入式自駕儀上唯一地運 行Linux Computer:Odroid U3Deeply Embedded: FMUv2 BoardROS pub/sub busSimulation EnvironmentROSLoggingFixed WingAtthudeControlSITLFlightSimulatorDroneAPIDroneAPI是一個高級應用程序接口，類似于一 個為遠程過程調(diào)用（RPC）提供語言綁定的函數(shù) 庫。從本質(zhì)上講，它是面向告訴無人機去哪里或 做什么，而不是核心的機器人通訊/API的一部 分。