1. 1 Ardupilot源碼框架
1.1. Ardupilot介紹
- 在Pixhawk的歷史那節(jié)中我們談到，Pixhawk是硬件平臺(tái)，PX4是pixhawk的原生固件赴蝇，專門為pixhawk開發(fā)的。APM（Ardupilot Mega）也是硬件，Ardupilot是APM的固件，所以稱ArduPilot固件也叫APM算途。Ardupilot由一群愛好者開發(fā)維護(hù)的,從最早的APM1,APM2開始,后來軟件代碼不斷狀大,原來的APM2的硬件不能勝任最新代碼,再后來開發(fā)者就把Ardupilot代碼轉(zhuǎn)移到了Pixhawk平臺(tái)上，兼容了Pixhawh硬件平臺(tái)蚀腿，所以就導(dǎo)致現(xiàn)在Pixhawk上有兩套飛控代碼的原因嘴瓤，所以在Pixhawk硬件平臺(tái)上可以運(yùn)行PX4固件（原生固件），也可以運(yùn)行APM固件莉钙。Pixhawk是硬件平臺(tái)廓脆，PX4是pixhawk的原生固件，專門為pixhawk開發(fā)的磁玉。APM（Ardupilot Mega）也是硬件停忿，Ardupilot是APM的固件，所以稱ArduPilot固件也叫APM蚊伞。Ardupilot由一群愛好者開發(fā)維護(hù)的,從最早的APM1,APM2開始,后來軟件代碼不斷狀大,原來的APM2的硬件不能勝任最新代碼,再后來開發(fā)者就把Ardupilot代碼轉(zhuǎn)移到了Pixhawk平臺(tái)上席赂，兼容了Pixhawh硬件平臺(tái)，所以就導(dǎo)致現(xiàn)在Pixhawk上有兩套飛控代碼的原因厚柳，所以在Pixhawk硬件平臺(tái)上可以運(yùn)行PX4固件（原生固件）氧枣，也可以運(yùn)行APM固件。
- 由于Ardupilot兼容Pixhawk别垮，因此Ardupilot的HAL層也可以使用pixhawk硬件。Ardupilot是基于Pixhawk原生代碼開發(fā)的上層應(yīng)用扎谎，如下面的源碼框架圖所示碳想，Ardupilot把底層的PX4Firmware和NuttX等都抽象為HAL烧董，developer只需要關(guān)心上層應(yīng)用即可，基于Pixhawk原生設(shè)計(jì)上層控制邏輯胧奔。Ardupilot其實(shí)是開源的逊移、玩具級(jí)飛控，它為了兼容各種亂七八糟的板子龙填、機(jī)型胳泉，有很多冗余的代碼，這些冗余的代碼讓我們理解飛控本身增加了難度和學(xué)習(xí)成本岩遗。如果我們需要一款專業(yè)的飛控扇商，完全可以去掉這些冗余的代碼，只保留我們需要的精簡過的功能宿礁，這樣也就能大大降低它代碼的復(fù)雜程度案铺。也就是說，假如你打算開一家無人機(jī)公司梆靖，不需要從最底層一行一行的代碼寫起控汉，可以直接把這套開源的Pixhawk原生代碼搞透徹，然后基于它進(jìn)行上層開發(fā)返吻，加入自己NB的算法姑子。
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Ardupilot目前主要是支持的5種設(shè)備的目錄包括ArduPlane(固定翼)、ArduCopter(直升機(jī)/多旋翼)测僵、APMrover2壁酬、AntennaTracker、ArduSub恨课。當(dāng)你從github上將Ardupilot這套源碼下載下來以后舆乔，你會(huì)發(fā)現(xiàn)這套源碼其實(shí)包含不同的上層應(yīng)用。而其中ArduCopter是針對(duì)四旋翼飛行器的剂公。由于是開源項(xiàng)目希俩，為了方便更多不懂底層硬件的人來開發(fā)上層應(yīng)用，所以這個(gè)項(xiàng)目將底層的一些東西進(jìn)行了封裝纲辽，抽象成了一堆的庫颜武，讓軟件開發(fā)人員根據(jù)這個(gè)庫，就能實(shí)現(xiàn)上層應(yīng)用的開發(fā)拖吼。Ardupilot的源碼系統(tǒng)框架圖如下：
20180521173348189
庫文件分為五個(gè)部分：
- vehicle code:車輛代碼鳞上，每種車輛類型的頂級(jí)目錄，有四種車型：
- Plane
- Copter
- APMrover2
- AntennaTracker
- shared libraries 共享庫
- hardware abstraction layer(AP_HAL) 硬件抽象層
- tools directories 工具庫
- external support code
1.2. 庫文件介紹
庫文件介紹(位于\libraries目錄下)吊档，libraries包含了所有需要的庫函數(shù)頭文件等篙议。
- 核心庫：
| 文件名 | 功能介紹 |
|---|---|
| AP_AHRS | -姿態(tài)估計(jì)的庫，使用DCM（方向余弦矩陣）或者EKF（卡爾曼濾波） |
| AP_Common | -核心庫會(huì)被其他庫所依賴 |
| AP_Math | -各種各樣的數(shù)學(xué)操作的函數(shù)，特別是對(duì)向量操作比較有用 |
| AC_PID | -PID控制庫 |
| AP_InertialNav | - 慣性導(dǎo)航庫鬼贱，已經(jīng)將GPS及氣壓器的數(shù)據(jù)和加速度計(jì)進(jìn)行了融合 |
| AC_AttitudeControl | -姿態(tài)控制庫 |
| AP_WPNav | -路標(biāo)導(dǎo)航庫 |
| AP_Motors | -多旋翼和傳統(tǒng)直升機(jī)混合的電機(jī)庫移怯，主要是跟電機(jī)輸出有關(guān)的 |
| RC_Channel | -將從APM_RC接收到的pwm信號(hào)轉(zhuǎn)換成內(nèi)部單元，例如角度 |
| AP_HAL, AP_HAL_AVR, AP_HAL_PX4 | - 硬件抽象層这难，主要將底層硬件進(jìn)行抽象舟误。使上層應(yīng)用擁有統(tǒng)一的接口，使其更容易移植到不同的硬件上姻乓，其中AP_HAL目錄定義了一個(gè)通用的接口嵌溢，特別是hal.rc_out_write()函數(shù)將從 AP_Motors 類中接收的具體PWM轉(zhuǎn)化為特定板子pin腳的輸出。其他的目錄AP_HAL_XXX針對(duì)不同硬件平臺(tái)進(jìn)行詳細(xì)的定義蹋岩。例如AP_HAL_AVR目錄對(duì)于AVR平臺(tái)赖草，AP_HAL_PX4對(duì)應(yīng)PX4平臺(tái)，AP_HAL_Linux對(duì)應(yīng)Linux平臺(tái)星澳。 |
- 傳感器庫：
| 文件名 | 功能 |
|---|---|
| AP_InertialSensor | -讀取陀螺儀和加速度的數(shù)據(jù)疚顷，以標(biāo)準(zhǔn)單元（deg/s，m/s）將數(shù)據(jù)提供給主函數(shù)和其他庫 |
| AP_RangeFinder | -聲吶和紅外距離傳感器接口庫 |
| AP_Baro | -氣壓計(jì)接口庫 |
| AP_GPS | -GPS接口庫 |
| AP_Compass | -三軸磁力計(jì)（羅盤）接口庫 |
| AP_OpticalFlow | -光流傳感器接口庫 |
- 其他庫：
| 文件名 | 功能 |
|---|---|
| AP_Mount禁偎，AP_Camera, AP_Relay | ：相機(jī)安裝控制庫腿堤，相機(jī)快門控制庫 |
| AP_Mission | ： 從eeprom（電可擦只讀存儲(chǔ)器）存儲(chǔ)/讀取飛行指令相關(guān)庫 |
| AP_Buffer | ：慣性導(dǎo)航時(shí)所用到的一個(gè)簡單的堆棧（FIFO，先進(jìn)先出）緩沖區(qū) |
| AP_AccelCal如暖、AP_Declination笆檀、AP_RCMapper、AP_RPM盒至、AP_RSSI | |
| AP_ADC | ：Analog to Digital |
| APM_Control | ： pitch/roll/yaw controller |
| DataFlash | ：flash memory |
| GCS_Console/GCS_MAVLink | ：地面站通信酗洒、飛行日志 |
1.3. 主目錄文件介紹
多旋翼飛控的所有文件都放在\Ardupilot的目錄下。
| 文件名 | 功能 |
|---|---|
| Copter.h | : 各個(gè)頭文件的集合枷遂，各種飛行模式初始化函數(shù)和執(zhí)行函數(shù)的聲明樱衷，日志和地面站的相關(guān)函數(shù)聲明，自動(dòng)調(diào)參參數(shù)的聲明酒唉。姿態(tài)控制中使用到的函數(shù)幾乎都在該頭文件中進(jìn)行了聲明矩桂。 |
| Parameters.h | : 定義了兩個(gè)全局參數(shù)類，類中包含各種參數(shù)的定義 |
| Define.h | : 各種宏定義 |
| inertia.h | : 從加速度計(jì)讀取慣性力 |
| ekf_check.cpp | : 檢測EKF或慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的故障觸發(fā)飛行的警報(bào)并幫助采取對(duì)策 |
| esc_calibration.cpp | : 檢查和執(zhí)行ESC校準(zhǔn)的功能 |
| events.cpp | : 當(dāng)故障安全更改時(shí)將調(diào)用此事件痪伦。 |
| log.cpp | : 飛行日志 |
| failsafe.cpp | : 失控保護(hù) |
| AP_Arming.cpp | : 上電BB聲侄榴、校準(zhǔn)時(shí)的BB聲、電機(jī)解鎖BB聲 |
| fence.cpp | : 地理圍欄网沾，阻止無人機(jī)飛入禁飛區(qū) |
| GCS_Mavlink.cpp | : 地面通信站 |
| motor.cpp | : 電機(jī)BB響癞蚕，電機(jī)解鎖 |
| motor_test.cpp | : MavLink電機(jī)測試 |
| mode.cpp | : 飛行模式初始化和切換 |
| mode_acro.cpp | : 特技 |
| mode_althold.cpp | : 定高 |
| mode_auto.cpp | : 自動(dòng) |
| mode_autotune.cpp | : 自動(dòng)調(diào)參 |
| mode_circle.cpp | : 繞圈 |
| mode_drift.cpp | : 漂移 |
| mode_flip.cpp | : 空翻 |
| mode_guided.cpp | : 引導(dǎo) |
| mode_land.cpp | : 著陸 |
| mode_poshold.cpp | : 定點(diǎn) |
| mode_rtl.cpp | : 返航 |
| mode_sport.cpp | : 運(yùn)動(dòng) |
| mode_stabilize.cpp | : 自穩(wěn) |
