px4原生源码学习-(4)--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。

  

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 


__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

 

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：

 

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
	examples/hello_world

	#
	# 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

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

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）

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

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。