编译pixhawk环境搭建

参考原网页进行说明，有两种搭建环境的方式。

第一种为自动执行脚本(推荐)，较为方便，但有问题需解决。

由于使用apt-get update时部分文件无法下载，导致脚本执行不完整，故可将ardupilot/Tools/scripts/install-prereqs-ubuntu.sh文件里的$APT_GET update行用#注释掉。

然后操作如下：

~ $ sudo apt-get -qq -y install git
~ $ cd ~/src
#下载源代码
~ $ git clone https://github.com/ArduPilot/ardupilot.git
#修改脚本后运行
~ $ ardupilot/Tools/scripts/install-prereqs-ubuntu.sh -y
~ $ . ~/.profile
#编译Copter
~ $ cd ardupilot/ArduCopter
~ $ make px4-v2
#上传
~ $ make px4-v2 upload

第二种为手动搭建环境，这里只提出一些主要的注意事项。

需要特定的交叉编译器，更多参考搭建px4原生开发环境的文章。

pushd .
# => 卸载新版的gcc-arm-none-eabi
~ $ sudo apt-get remove gcc-arm-none-eabi
~ $ wget https://launchpadlibrarian.net/186124160/gcc-arm-none-eabi-4_8-2014q3-20140805-linux.tar.bz2
# => 安装下载好的gcc-arm-none-eabi
~ $ tar xjvf gcc-arm-none-eabi-4_8-2014q3-20140805-linux.tar.bz2
~ $ sudo mv gcc-arm-none-eabi-4_8-2014q3 /opt
~ $ exportline="export PATH=/opt/gcc-arm-none-eabi-4_8-2014q3/bin:\$PATH"
~ $ if grep -Fxq "$exportline" ~/.profile; then echo nothing to do ; else echo $exportline >> ~/.profile; fi
# => 使路径生效
~ $ . ~/.profile
popd

安装ccache加快编译速度。

	~ $ sudo apt-get install ccache
	~ $ cd /usr/lib/ccache
	~ $ sudo ln -s /usr/bin/ccache arm-none-eabi-g++
	~ $ sudo ln -s /usr/bin/ccache arm-none-eabi-gcc
	```    
	然后将`export PATH=/usr/lib/ccache:$PATH`加入到~/.profile中。
- 安装make, gawk，genromfs等linux开发工具。
- 权限：`sudo usermod -a -G dialout $USER`。

> `Tip`：编译过程中主要问题：   
>1、考虑更新子模块，所有的子模块都放在modules/目录
> 
> 	```sh
>	git submodule init
>	git submodule update --recursive
>	#或者一行就行
>	git submodule update --init --recursive
>

2、如果以前编译正确，更新子模块后出现问题，make px4-clean后重新编译

3、如果子模块更新的时候出现如下错误：
1
2
3
>	fatal: 目标路径 'src/lib/ecl' 已经存在，并且不是一个空目录。
>	无法克隆 'https://github.com/PX4/ecl.git' 到子模组路径 'src/lib/ecl'
>

直接删除src/lib/ecl即可。

参与贡献

wiki知识点：

创建分支并改变一些代码：fork源仓库，克隆到本地，更改后推送到fork仓库。
保持代码更新：添加upstream远程官方库；更新git fetch upstream，fetch与pull的区别；重置当前的分支git rebase upstream/master，这里可能有冲突需要解决；更新子模块；推送的fork库git push origin master
提交分支到master：确保每次提交只是做了一件事情；简洁易懂的注释；清理本地提交历史；推送到本地分支git push -f origin master；创建上拉请求；在Pull Request页面选择New pull request按钮；选择需要提交的分支然后点击Click to create pull request for this comparison（base branch 是远程官方分支, head branch 是自己要提交的分支，这样做可以在任意时间段进行提交）；每个参与者都会收到新请求消息；管理pull requests；查看proposed changes；Pull request谈论；一段时间后可以查看long-running pull requests

下面我以ardupilot这个开源项目为例子做一个实际的演示：

下载源码并设置源，这一步只需进行一次就可以了。

#首先进入https://github.com/ArduPilot/ardupilot进行fork
#然后如下下载源码
~ $ git clone git@github.com:your_github_name/ardupilot.git
#设置官方更新源，一般origin 默认已经设置
~ $ git remote add upstream git@github.com:ArduPilot/ardupilot.git
#查看设置源效果
~ $ git remote -v
#正常显示如下
origin  git@github.com:your_github_name/ardupilot.git (fetch)
origin  git@github.com:your_github_name/ardupilot.git (push)
upstream        https://github.com/diydrones/ardupilot.git (fetch)
upstream        https://github.com/diydrones/ardupilot.git (push)

更改代码并推送到fork库。

#首先添加更改的文件， .代表添加所有更改的文件
~ $ git add .
#查看添加状况
~ $ git status
#添加更改注释
~ $ git commit -m "your comment"
#推送到fork库
~ $ git push origin master

保持与官方源代码同步，这一步一般与步骤2结合，保证推送到fork库时是在最新的代码上进行的更改。

~ $ git fetch upstream master
#重置当前的分支
~ $ git rebase upstream/master
#一般这里都需要更新子模块
~ $ git submodule update --init --recursive
#查看更新结果
~ $ git status
#如果更新后产生了冲突，先解决冲突再按照步骤2进行add/commit

在Pull Request页面选择New pull request按钮；选择需要提交的分支然后点击Click to create pull request for this comparison（base branch 是远程官方分支, head branch 是自己要提交的分支，这样做可以在任意时间段进行提交）

代码库

原文参考这里!!!

1、ArduPilot的基本框架分为5个主要部分：

vehicle目录
AP_HAL (Hardware Abstraction Layer)：能使ArduPilot移植到不同的平台；目录为 libraries/AP_HAL；
libraries
tools目录
外部支持代码

2、makefiles文件是在mk/directory目录里，为每个类型的支持定义编译规则，这里有一些辅助的make目标：

make clean – clean the build for non-px4 targets
make px4-clean – completely clean the build for PX4 targets
make px4-cleandep – cleanup just dependencies for PX4 targets

3、探索自己的代码的第一步是使用库的example sketches。知道library API和约定在ArduPilot中的使用对理解代码是至关重要的。你可以看到这些example sketches：

libraries/AP_GPS/examples/GPS_AUTO_test
libraries/AP_InertialSensor/examples/INS_generic
libraries/AP_Compass/examples/AP_Compass_test
libraries/AP_Baro/examples/BARO_generic
libraries/AP_AHRS/examples/AHRS_Test

理解example sketch代码：

每个使用AP_HAL特性的文件都需要声明一个hal引用，hal的实体在AP_HAL_XXX库里，最常用的hal函数：
- hal.console->printf() and hal.console->printf_P() to print strings (use the _P to use less memory on AVR)
- hal.scheduler->millis() and hal.scheduler->micros() to get the time since boot
- hal.scheduler->delay() and hal.scheduler->delay_microseconds() to sleep for a short time
- hal.gpio->pinMode(), hal.gpio->read() and hal.gpio->write() for accessing GPIO pins
- I2C access via hal.i2c
- SPI access via hal.spi
setup()函数在板子启动的时候被调用一次，它实际的调用来自每块板子的HAL，所有main函数是在HAL里的，其后就是loop()函数的调用，sketch的主要工作体现在loop()函数里，注意这两个函数只是冰山一角；
AP_HAL_MAIN()是一个HAL宏，用来产生必要的代码声明C++主要函数，以及一些板级的初始化代码，位于AP_HAL_XXX_Main.h。

4、理解ArduPilot线程：APM1 and APM2不支持线程，所以要做一个简单的定时器和回调；有很多您需要了解的ArduPilot线程相关的关键概念：

定时器回调函数：在AP_HAL里每个平台提供了一个1 khz 计时器；可以这样注册定时器回调函数(来自MS5611 barometer driver)：
1
hal.scheduler->register_timer_process(AP_HAL_MEMBERPROC(&AP_Baro_MS5611::_update));
HAL特定线程：创建一些线程支持基本的操作，这些线程提供了一种调度慢任务而不打断主飞行任务的方法，比如px4上的一些（用USB连接pixhawk，波特率为57600，命令ps，能看到一些固有的线程）：
- The UART thread, for reading and writing UARTs (and USB)
- The timer thread, which supports the 1kHz timer functionality described above
- The IO thread, which supports writing to the microSD card, EEPROM and FRAM
驱动程序特定线程：例程见AP_HAL_Linux/ToneAlarmDriver.cpp
ArduPilot驱动和不同平台的驱动：举个例子，MPU6000传感器，non-PX4 平台使用AP_InertialSensor_MPU6000.cpp驱动，而PX4平台使用AP_InertialSensor_PX4.cpp驱动。
平台特定的线程和任务：在某些平台，一些基本的任务和线程将在开机的时候被创建。如PX4：
- idle task – called when there is nothing else to run
- init – used to start up the system
- px4io – handle the communication with the PX4IO co-processor
- hpwork – handle thread based PX4 drivers (mainly I2C drivers)
- lpwork – handle thread based low priority work (eg. IO)
- fmuservo – handle talking to the auxillary PWM outputs on the FMU
- uavcan – handle the uavcan CANBUS protocol
  
  它们是由 rc.APM script脚本创建，在启动的时候执行，一个学习启动更加有效的方法是无SD卡启动，因为rcS script是在rc.APM之前执行的。可以用pixhawk启动后在nsh里做如下的练习：
```
tone_alarm stop
uorb start
mpu6000 start
mpu6000 info
mpu6000 test
mount -t binfs /dev/null /bin
ls /bin
perf
```
  这些的源代码在PX4Firmware/src/drivers里，如果你看了mpu6000驱动，你会看到这么一行：
```
hrt_call_every(&_call, 1000, _call_interval, (hrt_callout)&MPU6000::measure_trampoline, this);
```
  它跟AP_HAL里的hal.scheduler->register_timer_process()是等效的，用在操作迅速的常规事件里，如SPI设备驱动。或者你还可以看到hmc5883驱动里的
```
work_queue(HPWORK, &_work, (worker_t)&HMC5883::cycle_trampoline, this, 1);
```
  而这个适用于速度慢一点的设备，比如IIC。
AP_Scheduler系统：AP_Scheduler 库的作用是在主线程里面划分时间片；可以通过例子 AP_Scheduler/examples/Scheduler_test.cpp学习，这个文件里边有一个表单：
1
2
3
4
5
static const AP_Scheduler::Task scheduler_tasks[] PROGMEM = {
{ ins_update, 1, 1000 },
{ one_hz_print, 50, 1000 },
{ five_second_call, 250, 1800 },
};
函数后面的第一个数字是调用频率，它的单位由ins.init()调用控制，这个例子使用的是RATE_50HZ，即20ms，所以ins_update()调用是20ms一次，one_hz_print()调用是1s一次，five_second_call为5s一次。第三个数字是函数预计花费的最长时间。另一个关键点是 ins.wait_for_sample()函数的调用，它是ArduPilot驱动调度的节拍器，它阻塞主函数的执行直到一个新的IMU采集的到来，而阻塞的时间是由ins.init()控制的。 AP_Scheduler tables必须有如下的属性：
- 它们不能被阻塞，除非ins.update()被调用；
- 在飞行中不能执行睡眠函数；
- 它们应该有可预测的最坏情况时间；
  
  现在可以在Scheduler_test例子里做练习了。比如做如下的事情：
  
  read the barometer
  read the compass
  read the GPS
  update the AHRS and print the roll/pitch
信号量：为了防止多个线程访问一个共享的数据结构而产生冲突，这里有三种原理方法：semaphores, lockless data structures and the PX4 ORB；查看libraries/AP_Compass/AP_Compass_HMC5883.cpp里的_i2c_sem变量，自己探索它的工作原理。
无锁的数据结构：ArduPilot两个无锁的数据结构的例子：
- the _shared_data structure in libraries/AP_InertialSensor/AP_InertialSensor_MPU9250.cpp
- the ring buffers used in numerous places. A good example is libraries/DataFlash/DataFlash_File.cpp
  
  DataFlash_File中可以查看 _writebuf_head 和 _writebuf_tail两个变量。
PX4 ORB：ORB是一种从系统的一部分到系统的另一部分提供数据的方式，它在一个多线程的环境中使用了发布/订阅模型。所有的定义都在PX4Firmware/src/modules/uORB/topics；例子有AP_HAL_PX4/RCOutput.cpp里的_publish_actuators()，你将看到它订阅了一个“actuator_direct”主题，它包含了每个电调的设定速度。
另外的两种与px4驱动通信的机制为：
- ioctl calls (see the examples in AP_HAL_PX4/RCOutput.cpp)
- /dev/xxx read/write calls (see _timer_tick in AP_HAL_PX4/RCOutput.cpp)

5、uart和控制台：ArduPilot HAL目前有5UARTs：

uartA – the console (usually USB, runs MAVLink telemetry)
uartB – the first GPS
uartC – primary telemetry (telem1 on Pixhawk, 2nd radio on APM2)
uartD – secondary telemetry (telem2 on Pixhawk)
uartE – 2nd GPS

你可以任意使用，但最好是按它原来的方式，因为有现成的代码。有些UARTs有着双重角色，如SERIAL2_PROTOCOL参数使uartD用于MAVLink变为用于Frsky telemetry。可以参看这个例子 libraries/AP_HAL/examples/UART_test做练习。
每个UART有一些基本的IO函数：

printf – formatted print
printf_P – formatted print with progmem string (saves memory on AVR boards)
println – print and line feed
write – write a bunch of bytes
read – read some bytes
available – check if any bytes are waiting
txspace – check how much outgoing buffer space is available
get_flow_control – check if the UART has flow control capabilities

6、RC输入与输出：ArduPilot根据板类支持几种不同类型的RC输入：

PPMSum – on PX4, Pixhawk, Linux and APM2
SBUS – on PX4, Pixhawk and Linux
Spektrum/DSM – on PX4, Pixhawk and Linux
PWM – on APM1 and APM2
RC Override (MAVLink) – all boards

其中SBUS 和 Spektrum/DSM都是串口协议。

RC输出是ArduPilot控制伺服系统和电机，RC输出默认为50 hz PWM值，但是可以更高，通常在400hz。

AP_HAL RCInput对象(hal.rcin)

它提供目前板上收到的低级的访问通道值。例子为libraries/AP_HAL/examples/RCInput/RCInput.cpp。
AP_HAL RCOutput(hal.rcout)

hal.rcin 和 hal.rcout 对象都是低级函数，所有用户配置都是通过RC_Channel，例子在 libraries/RC_Channel/examples/RC_Channel/RC_Channel.cpp。
RC_Channel_aux

位于libraries/RC_Channel，是RC_Channel的子类，可以由用户指定附加属性。

7、存储和eeprom管理

AP_HAL::Storage：hal.storage API有三个主要的函数：
- init() to start up the storage subsystem
- read_block() to read a block of bytes
- write_block() to write a block of bytes
  
  提倡使用API，只有在使用新板子或debug的时候才用hal.storage。可用存储的大小 AP_HAL/AP_HAL_Boards.h里的宏HAL_STORAGE_SIZE定义。所以如果你想使用动态存储只能使用Posix IO。
StorageManager库

详情见libraries/StorageManager/StorageManager.cpp，在板子上做测试的时候注意备份好配置文件。
DataFlash库

用于板载logs；也提供API从log文件里边取回数据；例子 libraries/DataFlash/examples/DataFlash_test/DataFlash_test.cpp，或者在loop()里可以看到：
```
DataFlash.get_log_boundaries(log_num, start, end);
```
Posix IO

一个很好的例子是AP_Terrain库,其中包含地形数据；是否支持可以从 AP_HAL_Boards.h查看HAVE_OS_POSIX_IO macro，还可以定义数据的存储位置；这个操作比较耗时，特别在飞行过程中不宜使用；可以看这个例子 libraries/AP_Terrain/TerrainIO.cpp学会怎么使用Posix IO。

上位机安装

由于我使用的是Ubuntu, 所以我会想办法使Mission Planner上位机能在linux平台上运行，在pixhawk的官网上也发现了这样的文章以及谷歌搜到的文章。

这里mono 版本下载，参考Install Mono on Linux安装mono

~ $ sudo apt-key adv --keyserver hkp://keyserver.ubuntu.com:80 --recv-keys 3FA7E0328081BFF6A14DA29AA6A19B38D3D831EF
# => If for some reason you want to pin an older version of Mono rather than updating to the latest, you can modify the Debian repository to “wheezy/snapshots/X.XX.X” instead of “wheezy”. For example, “wheezy/snapshots/3.10.0” will lock you to that version.
~ $ echo "deb http://download.mono-project.com/repo/debian wheezy main" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/mono-xamarin.list
~ $ echo "deb http://download.mono-project.com/repo/debian wheezy-apache24-compat main" | sudo tee -a /etc/apt/sources.list.d/mono-xamarin.list
~ $ sudo apt-get update
~ $ sudo apt-get install mono-runtime
~ $ sudo apt-get install mono-complete festival
# => The package mono-devel should be installed to compile code.
# => The package mono-complete should be installed to install everything - this should cover most cases of “assembly not found” errors.
# => The package referenceassemblies-pcl should be installed for PCL compilation support - this will resolve most cases of “Framework not installed: .NETPortable” errors during software compilation.
# => The package ca-certificates-mono should be installed to get SSL certificates for HTTPS connections. Install this package if you run into trouble making HTTPS connections.
# => 或者单独安装，这样比较省硬盘
# => festival 用于MP的语言输出
~ $ sudo apt-get install mono-runtime libmono-system-windows-forms4.0-cil libmono-system-xml-linq4.0-cil libmono-system-management4.0-cil libmono-system-web4.0-cil libmono-corlib4.5-cil libmono-system-numerics4.0-cil festival
~ $ mono MissionPlanner.exe

If the .NET program does run well under Mono then running it with Mono would be a better choice. You can extract the executables from the MSI using something like 7zip.

It’s like this:

Program -> Mono (Framework) -> System

Versus

Program -> .NET (Framework) -> WINE -> System

然后下载Mission Planner的ZIP版本，解压运行即可。

1	~ $ wget http://ardupilot.com/wp-content/plugins/download-monitor/download.php?id=83

对于apm_planner2可以选择安装linux版

1 2	~ $ wget http://firmware.diydrones.com/Tools/APMPlanner/apm_planner2_latest_ubuntu_trusty64.deb ~ $ sudo dpkg -i apm_planner2_latest_ubuntu_trusty64.deb

参考文章

User Manual: http://copter.ardupilot.com/
Developer Manual: http://dev.ardupilot.com/

公众号:来风说

ArduPilot开发入门学习

编译pixhawk环境搭建

参与贡献

代码库

上位机安装

参考文章