px4原生源码学习四--Nuttx 实时操作系统编程

 前面说到px4是基于Nuttx实时操作系统上的，那么px4也是由一些程序所构成，这些程序实现了飞行器的自主控制，只不过这些程序并不是我们通常所见到的单片机或者windows编程那样的程序，但基本编程思想是一致的。我认为如果要看懂px4的源码，那你一定要了解px4的那些程序是怎么编写出来，怎么运行的。所以本章我就大概介绍一下基于Nuttx的编程，我以一个所有编程入门都会介绍的一个程序作为例子。这个程序就是大名鼎鼎的hello
world






。

     在讲解编程之前，我得交代两个重要的东西，因为这两个东西存在于px4的源码系统当中，非常重要，它们就是make和Cmake。

      首先谈谈何为make，熟悉linux系统的朋友对make肯定不陌生，它就是用来读取Makefile文件然后执行，把源码编译链接为可执行程序的一个软件。我们只要把待编译的源码文件和这些源码所需要用到的库写到Makefile文件里面执行make命令就能得到可执行或者可烧录的二进制文件。

     

     那何为Cmake呢？

     我们可以这样理解，早期人们直接使用gcc命令编译程序，当源码文件多起了之后，直接用gcc命令过长，链接的库过多，这样就太麻烦了。这时候Make就应运而生，解决了人们对于代码文件过多的困扰。但随着项目越来越大，文件越来越多，人们发现make也捉襟见肘，因为编写Makefile文件又会变得异常复杂。这个时候聪明的程序猿就想能不能有个程序可以帮我写Makefile文件呢？这样就引出了Cmake，当然Cmake不是智能的，它不可能自己去辨别那些是代码，那些是文件，需要什么库。这样就引入了另外一套规则，也引入了一个文件CMakeLists.txt，这个文件就是Cmake程序识别的文件，有这个文件，Cmake就能帮助程序猿自动生成Makefile文件。

   总的来说流程应该是这样的：

                                cmake                            make

   CMakeLists.txt-------------->Makefile---------------------->可执行文件

                                                                         src,lib

    看过px4源码文件的朋友肯定会发现里面有很多CMakeLists.txt文件，事实上整个px4源码的文件都是基于CMakeLists.txt的（Nuttx系统不是，Nuttx是基于Makefile的，px4源码基本都在Firmware/src下，Nuttx操作系统源码在Firmware/NuttX下）

   有了上面这个两个概念之后，我们就开始着手编写我们的hello world程序。

   首先进入/Firmware/src/examples文件夹，然后在这个文件夹下面建立一个文件夹hello_world，再进入hello_world文件夹，在该文件夹下建立两个文件：CMakeLists.txt，hello_world.c。

   首先编辑hello_world.c文件。

  

[cpp] view
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#include <px4_config.h>  

#include <px4_tasks.h>  

#include <px4_posix.h>  

#include <unistd.h>  

#include <stdio.h>  

#include <poll.h>  

#include <string.h>  

  

  

__EXPORT int hello_world_main(int argc, char *argv[]);  

  

int hello_world_main(int argc, char *argv[]){  

  

    PX4_INFO("hello world!");  

  

    return 0;  

}  

  然后编辑CMakeLists.txt文件

 

[cpp] view
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px4_add_module(  

    MODULE examples__hello_world  

    MAIN hello_world  

    STACK_MAIN 2000  

    SRCS  

        hello_world.c  

    DEPENDS  

        platforms__common  

    )  

最后最重要的是我们要将这个程序注册到Nuttx的系统当中

找到文件/Firmware/cmake/configs/nuttx_px4fmu-v2_default.cmake

针对不同的硬件所注册的文件是不同的，下面是不同硬件的注册方式：

Posix SITL: Firmware/cmake/configs/posix_sitl_default.cmake
Pixhawk v1/2: Firmware/cmake/configs/nuttx_px4fmu-v2_default.cmake
Pixracer: Firmware/cmake/configs/nuttx_px4fmu-v4_default.cmake

在cmake文件中添加“examples/hello_world”

像下面这样：

 

[cpp] view
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include(nuttx/px4_impl_nuttx)  

  

set(CMAKE_TOOLCHAIN_FILE ${PX4_SOURCE_DIR}/cmake/toolchains/Toolchain-arm-none-eabi.cmake)  

  

set(config_uavcan_num_ifaces 2)  

  

set(config_module_list  

    #  

    # Board support modules  

    #  

    drivers/device  

    drivers/stm32  

    drivers/stm32/adc  

    drivers/stm32/tone_alarm  

    drivers/led  

    drivers/px4fmu  

    drivers/px4io  

    drivers/boards/px4fmu-v2  

    drivers/rgbled  

    drivers/mpu6000  

    #drivers/mpu9250  

    drivers/lsm303d  

    drivers/l3gd20  

    drivers/hmc5883  

    drivers/ms5611  

    #drivers/mb12xx  

    #drivers/srf02  

    drivers/sf0x  

    #drivers/ll40ls  

    drivers/trone  

    drivers/gps  

    drivers/pwm_out_sim  

    #drivers/hott  

    #drivers/hott/hott_telemetry  

    #drivers/hott/hott_sensors  

    #drivers/blinkm  

    drivers/airspeed  

    drivers/ets_airspeed  

    drivers/meas_airspeed  

    #drivers/frsky_telemetry  

    modules/sensors  

    #drivers/mkblctrl  

    drivers/px4flow  

    #drivers/oreoled  

    #drivers/vmount  

    drivers/pwm_input  

    drivers/camera_trigger  

    drivers/bst  

    #drivers/snapdragon_rc_pwm  

    drivers/lis3mdl  

  

    #example  

    examples/px4_simple_app  

    <span style="color:#FF0000;">examples/hello_world</span>  

  

    #  

    # System commands  

    #  

    systemcmds/bl_update  

    systemcmds/config  

    systemcmds/dumpfile  

    #systemcmds/esc_calib  

    systemcmds/mixer  

    #systemcmds/motor_ramp  

    systemcmds/mtd  

    systemcmds/nshterm  

    systemcmds/param  

    systemcmds/perf  

    systemcmds/pwm  

    systemcmds/reboot  

    #systemcmds/sd_bench  

    systemcmds/top  

    #systemcmds/topic_listener  

    systemcmds/ver  

  

    #  

    # Testing  

    #  

    #drivers/sf0x/sf0x_tests  

    #drivers/test_ppm  

    #lib/rc/rc_tests  

    #modules/commander/commander_tests  

    #modules/controllib_test  

    #modules/mavlink/mavlink_tests  

    #modules/unit_test  

    #modules/uORB/uORB_tests  

    #systemcmds/tests  

  

    #  

    # General system control  

    #  

    modules/commander  

    modules/load_mon  

    modules/navigator  

    modules/mavlink  

    modules/gpio_led  

    modules/uavcan  

    modules/land_detector  

  

    #  

    # Estimation modules  

    #  

    modules/attitude_estimator_q  

    #modules/position_estimator_inav  

    modules/local_position_estimator  

    modules/ekf2  

  

    #  

    # Vehicle Control  

    #  

    modules/fw_pos_control_l1  

    modules/fw_att_control  

    modules/mc_att_control  

    modules/mc_pos_control  

    modules/vtol_att_control  

  

    #  

    # Logging  

    #  

    #modules/logger  

    modules/sdlog2  

  

    #  

    # Library modules  

    #  

    modules/param  

    modules/systemlib  

    modules/systemlib/mixer  

    modules/uORB  

    modules/dataman  

  

    #  

    # Libraries  

    #  

    lib/controllib  

    lib/mathlib  

    lib/mathlib/math/filter  

    lib/ecl  

    lib/external_lgpl  

    lib/geo  

    lib/geo_lookup  

    lib/conversion  

    lib/launchdetection  

    lib/terrain_estimation  

    lib/runway_takeoff  

    lib/tailsitter_recovery  

    lib/DriverFramework/framework  

    platforms/nuttx  

  

    # had to add for cmake, not sure why wasn't in original config  

    platforms/common  

    platforms/nuttx/px4_layer  

  

    #  

    # OBC challenge  

    #  

    #modules/bottle_drop  

  

    #  

    # Rover apps  

    #  

    #examples/rover_steering_control  

  

    #  

    # Demo apps  

    #  

    #examples/math_demo  

    # Tutorial code from  

    # https://px4.io/dev/px4_simple_app  

    #examples/px4_simple_app  

  

    # Tutorial code from  

    # https://px4.io/dev/daemon  

    #examples/px4_daemon_app  

  

    # Tutorial code from  

    # https://px4.io/dev/debug_values  

    #examples/px4_mavlink_debug  

  

    # Tutorial code from  

    # https://px4.io/dev/example_fixedwing_control  

    #examples/fixedwing_control  

  

    # Hardware test  

    #examples/hwtest  

)  

  

set(config_extra_builtin_cmds  

    serdis  

    sercon  

    )  

  

set(config_io_board  

    px4io-v2  

    )  

  

set(config_extra_libs  

    uavcan  

    uavcan_stm32_driver  

    )  

  

set(config_io_extra_libs  

    )  

  

add_custom_target(sercon)  

set_target_properties(sercon PROPERTIES  

    PRIORITY "SCHED_PRIORITY_DEFAULT"  

    MAIN "sercon" STACK_MAIN "2048"  

    COMPILE_FLAGS "-Os")  

  

add_custom_target(serdis)  

set_target_properties(serdis PROPERTIES  

    PRIORITY "SCHED_PRIORITY_DEFAULT"  

    MAIN "serdis" STACK_MAIN "2048"  

    COMPILE_FLAGS "-Os")  

这样cmake的编译系统就会将这个程序加入到编译链中去了。

 在Firmware文件夹下面执行make px4fmu-v2_default，如果不出问题的话，编译成功会显示下面的画面：



 然后将硬件连接至虚拟机，执行烧录命令：make px4fmu-v2_default upload

  按照上一篇文章所讲的那样同Nuttx shell通信 

./mavlink_shell.py /dev/ttyACM0

在nsh中输入help命令之后，你就会在Builtin Apps下面找到hello_world程序



执行hello_world程序：



可以看到输出了hello world！

那么这一切是怎么做到的呢？首先看看代码文件即hello_world.c文件

首先是include

[cpp] view
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#include <px4_config.h>  

#include <px4_tasks.h>  

#include <px4_posix.h>  

#include <unistd.h>  

#include <stdio.h>  

#include <poll.h>  

#include <string.h>  

这些库文件你可以认为是编写基于Nuttx操作系统修改的px4程序程序必不可少的库文件包含（其实px4团队修改了不少Nuttx操作系统的东西，使其使用更加方便，所以这些程序并不是真正意义上的Nuttx程序）

然后是main函数（这里要提醒一下广大同学，可能px4基于stm32的编译器语法规则过于严格，所以在编写一个函数之前，必须要去申明这个函数，即使这个函数是main函数也要申明，不然编译报错，无法通过）

[cpp] view
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int hello_world_main(int argc, char *argv[]){  

  

    PX4_INFO("hello world!");  

  

    return 0;  

}  

可以看到基于Nuttx操作系统的main函数和其它系统的命名有很大不同，但也有自己的规律，那就是函数名+_+main,即 name_main(),程序主函数里的参数(int argc, char *argv[])和其它系统main函数所带的参数没什么不同（如果不懂main函数带形参的同学最好自己百度一下，因为px4的那些程序基本都带参数的）。

 PX4_INFO();是一个类似于printf的函数（事实上他就是是基于printf实现的），用来输出PX4的一些信息的。

 再来看看CMakeLists.txt文件

[cpp] view
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px4_add_module(  

    MODULE examples__hello_world  

    MAIN hello_world  

    STACK_MAIN 2000  

    SRCS  

        hello_world.c  

    DEPENDS  

        platforms__common  

    )  

从字面上可以了解到每个程序在CMake里面都是一个模块，最后总的Cmake文件会去自动将这些模块添加到最后的生成的Makefile文件里面。所以我们要做的就是把我们写的模块的一些属性描写清楚，然后将其注册到nuttx_px4fmu-v2_default.cmake文件当中。

  首先是模块名MODULE：这个名字的命名规则是当前文件夹+__+主函数名。

  然后是MIAN ：这个就是用来确定代码中那个函数为主函数的，填写主函数名即可。

  STACK_MAIN：目前暂不清楚用途

  SRCS：所用到的源文件。

  DEPENDS ：依赖。

 以上就是关于编写一个基于Nuttx操作系统hello world程序的全过程。

因为我本人对Cmake的一些语法还不是很清楚，所以以上有些东西可能描述的不是很清楚，如有大神，还望指点。

下面一篇文章我将简介一下大家都很关心和迫切想知道的问题，就是px4的飞控程序是怎么开始执行的，程序入口在哪。