uORB通信机制和添加自己的topics学习笔记

本文参考 Ubuntu16.04下PX4环境快速搭建及uORB通信机制进行操作,结合网上一篇uROB的介绍PX4/Pixhawk—uORB深入理解和应用进行深入的了解。

1.简介

uORB(Micro Object Request Broker,微对象请求代理器)是PX4/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。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使用的是NuttX实时ARM系统，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。进程通过命名的「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。
  uROB通信机制介绍uORB的通信机制从下图可以看得很清楚，就是在数据管道上每个模块都可以给数据给这个通道（publish），也可以在这个通道获得数据（subscribe），每个模块就是一个进程，它们可以彼此独立，它们不需要知道把数据给哪个模块，也不需要知道从哪个模块获取数据，有uORB作为桥梁，这也防止了程序的死锁问题。下面具体演示如何添加自己的topics:

2.添加自己的topics

2.1添加自己的msg

在Firmware/msg下新建uROB成员变量：lulu.msg

  uint8 lulu1  # TOPICS lulu lulu_x lulu_y    //这一步生成三个主题ID，注意#号和TOPICS之间有空格

2.2在Firmware/msg/CMakeLists.txt中添加话题的xxx.msg，作为cmake的索引

time_offset.msg    transponder_report.msg    uavcan_parameter_request.msg    uavcan_parameter_value.msg    ulog_stream.msg    ulog_stream_ack.msg    vehicle_attitude.msg    vehicle_attitude_setpoint.msg    vehicle_command.msg    vehicle_command_ack.msg    vehicle_control_mode.msg    vehicle_force_setpoint.msg    vehicle_global_position.msg    vehicle_gps_position.msg    vehicle_land_detected.msg    vehicle_local_position.msg    vehicle_local_position_setpoint.msg    vehicle_rates_setpoint.msg    vehicle_roi.msg    vehicle_status.msg    vehicle_status_flags.msg    vtol_vehicle_status.msg    wind_estimate.msg    lulu.msg    )

2.3 编译工程

cd ~/src/Firmwaremake px4fmu-v2_default

现在在src/Firmware/build_px4fmu-v2_default/src/modules/uROB/topics目录下会产生相应的头文件

打开该文件后，我们看到里面定义了一个结构体，用到了我们写msg中的lulu1变量，这个结构体我们自己定义发布和订阅要用到

#pragma once#include <stdint.h>#ifdef __cplusplus#include <cstring>#else#include <string.h>#endif#include <uORB/uORB.h>#ifndef __cplusplus#endifstruct microCDR;#ifdef __cplusplusstruct __EXPORT lulu_s {#elsestruct lulu_s {#endif    uint64_t timestamp; // required for logger    uint8_t lulu1;    uint8_t _padding0[7]; // required for logger#ifdef __cplusplus#endif};void serialize_lulu(const struct lulu_s *input, char *output, uint32_t *length, struct microCDR *microCDRWriter);void deserialize_lulu(struct lulu_s *output, char *input, struct microCDR *microCDRReader);/* register this as object request broker structure */ORB_DECLARE(lulu);ORB_DECLARE(lulu_x);ORB_DECLARE(lulu_y);

下面可以开始进行自己数据的发布和订阅，我为了不更改原本的文件，在Firmware/src/examples下新建了文件夹取名为px4_simple_app1,在这个文件夹里添加CMakeLists.txt将px4_simple_app文件中的CMakeLists.txt文件名稍微改下就行。新建文件px4_simple_app1.c内容如下：

#include <px4_config.h>#include <px4_tasks.h>#include <px4_posix.h>#include <unistd.h>#include <stdio.h>#include <poll.h>#include <string.h>#include <math.h>#include <uORB/uORB.h>#include <uORB/topics/sensor_combined.h>#include <uORB/topics/vehicle_attitude.h>#include <uORB/topics/lulu.h>  //添加自己的头文件__EXPORT int px4_simple_app1_main(int argc, char *argv[]);   //主函数声明，必须要写int px4_simple_app1_main(int argc, char *argv[]){    PX4_INFO("Hello lulu!");//PX4_INFO为打印函数，printf也可以    /*定义话题结构*/    struct lulu_s test;  //这个结构体就是lulu.h文件中定义的    /*初始化数据*/    memset(&test, 0, sizeof(test));    /*公告主题*/    /*test_pub 为handle指针*/    orb_advert_t test_pub = orb_advertise(ORB_ID(lulu), &test);    /*test数据赋值*/     test.lulu1 = 200;    /*发布测试数据*/    orb_publish(ORB_ID(lulu), test_pub, &test);    /*订阅数据，在copy之前，必须要订阅*/    /*test_sub_fd为handle*/    int test_sub_fd = orb_subscribe(ORB_ID(lulu));    struct lulu_s data_copy;    /*copy数据*/    orb_copy(ORB_ID(lulu), test_sub_fd, &data_copy);    /*打印*/    PX4_WARN("[px4_simple_app1] GanTA:\t%8.4f",                         (double)data_copy.lulu1                          );    return 0;}

具体的发布和订阅函数可以参考博客：PX4中uORB发布订阅自己的topic

2.4配置启动脚本，进入nsh系统

在默认的脚本中px4_simple_app1并不会被编译执行，需要到Firmware/cmake/configs/nuttx_px4fmu-v2_default.cmake下将px4_simple_app1的文件添加进去，就是把注释去掉：

此时我们连接飞控到计算机，编译并刷固件：

makepx4fmu-v2_default upload

这里有个查看我们pixhawk固件的端口号的命令：

ls /dev/tty*

我们需要进入nsh系统，我用的是pymavlink，如果没有安装，按提示安装即可，也可以安装MAVProxy，我的电脑安装这个总是fail。
运行以下命令

cd Tools./mavlink_shell.py /dev/ttyACM0helppx4_simple_app1

至此，整个过程结束！