PX4源码开发人员文档(一)——软件架构

软件架构PX4 在广播消息网络内，按照一组节点（nodes）的形式进行组织，网络之间使用像如“姿态”和“位置”之类的语义通道来传递系统状态。软件的堆栈结构主要分为四层: 应用程序接口:提供给app开发人员，使开发人员可以使用ROS或者DroneAPI。这一接口设计尽可能简洁和扁平，并尽量多的隐藏复杂性。 应用框架：这是一组核心缺省应用程序（节点），运行核心的飞行控制。 函数库：这一层包括针对机器核心操作的所有系统函数库和功能 操作系统：最后一层，提供硬件驱动、网络通信、UAVCAN和故障安全（failsafe）系统。内部进程通信（Inter ProcessCommunication，IPC）PX4平台的封装提供了跨平台的无锁发布-订阅模式(publishsubscribe pattern)对象请求处理器。取决于平台/操作系统，完成这个的后端可能是uORB,或者Linux上的ROS / DDS (data delivery service)。封装可扩展，也可作为消息系统提供支持，比如MQ。所有这些后端的共同特点是，它们都允许发送数据到一个像如“位置”这样的语义订阅主题（topic），并使多个接收器跨进程的收到这一数据。IPC性能发布（Publication）到订阅（subscription）之间的延迟： uORB: 23 us 168MHzSTM32F4 ROS: TBD ROS2 / DDS: 185 us 1.6GHzIntelPentium 4 and 2GBRAM running Windows XP (details) ZeroMQ: 170 us 1.6GHzIntelPentium 4 and 2GBRAM running Windows XP (details)安全和保护模型飞行核心与主要应用级处理过程隔离，以确保独立于高层级系统状态的机器核心操作，保持稳定。PX4应用程序框架PX4应用程序框架在所有平台上代码兼容，(比如Pixhawk / NuttX，又比如，SnapDragon / Linux)，独立并将中间设备作为传输层。节点句柄（Node Handle）节点句柄是每一个连接到中间设备的发布器（publisher）或者订阅器（subscriber）的核心数据结构（一个节点可以同时是发布器和订阅器）。一个节点是一个逻辑单元，每一个进程都可以有多于一个的节点（虽然这并不是典型的形式）。1. px4:NodeHandlen();数据结构对于所有相关的中间设备实现，PX4根据储存在“msg”中的定义文件自动生成据结构。发布（publication）通过使用节点句柄通告（advertise）订阅主题（topic）来创建一个新的发布（publication）。注意这个模板，是订阅主题的数据结构。1. px4:Publisher*rc_channels_pub=n.advertise()从这个指向rc_channels_pub的句柄的指针，可以用于发布数据1. px4_rc_channelsrc_channels_msg;2. rc_channels_msg.data().timestamp_last_valid=px4:get_time_micros();3. _rc_channels_pub-publish(rc_channels_msg);订阅（Subscription）通过订阅一个订阅主题创建一个新的发布。注意模板，是订阅主题的数据结构。使用订阅共有三个选择：1.使用订阅主题的句柄，进行手动复制操作。2.作为函数的回调（callback），在订阅主题更新时，函数被调用。3.作为类方法的回调（相当于函数，但是是C+类型的）单纯订阅除非手动调用复制方法，否则数据不会被复制。1. unsignedmin_interval=500;2. _sub_rc_chan=_n.subscribe(min_interval);函数回调每次订阅主题更新，则rc_channels_callback_function被调用。cppview plaincopy1. unsignedmin_interval=500;2. _n.subscribe(rc_channels_callback_function,min_interval);类方法回调相当于前面函数的例子。1. _n.subscribe(&SubscriberExample:rc_channels_callback,this,min_interval);混合系统为了解决更高级别的挑战，比如基于视觉的避障或者复杂控制问题，一个运行嵌入式Linux的伴随计算机将非常有用。集成ROSPX4可以通过两种不同的API与ROS整合到一起：或者自然地将每一个应用作为ROS节点，或者通过mavros在嵌入式自驾仪上