Pixhawk OSD二次开发，实现界面定制
最近在调四旋翼用到的minimosd，虽然在网上可以找到一些资料，但是资料讲解的比较范范，有些步骤还是不知道应该怎么操作。经过这两天的摸索，终于搞清了OSD的开发过程，下面就做简要的述。
惭愧的很，其实研究飞行器pixhawk已经有近一年的时间了，也曾一直想写点什么，但总是被各种理由耽误和错过了。从这篇开始吧，养成一个写博客的好习惯，与人交流，也方便以后自己的再复习，以后再慢慢地把自己做四旋翼的过程也写下来。
pixahwk主控板上可以挂上一个摄像头，利用图传模块就可以远远的在显示屏看到摄像头中的景象，其实这些和飞控本身并没有关系。看过大疆的成像没有，上面还叠加了很多飞控本身的信息，如高度，速度等信息，这些信息叠加在视频信息上用的就是OSD模块，Osd的全称是on-screen display。OSD核心是利用字符发生芯片在显示器的屏幕上显示需要的字符，即在屏幕视频之上叠加数据，我们这里用的字符叠加芯片是MAX 7456。学会这些就可以定制一个自己的想要的信息。这里我其实是想在屏幕上显示飞机的“血条”。
下面让我们看看在视频之上叠加字符是个什么效果：
目前市面所有的飞控osd模块都是起源于google上的minimosd项目。该项目版本截止于12年的2.0。其硬件解决方案是采用atmega328芯片作为主控，配置相当于arduino nano，具有32kb的flash，2kb的sram以及1kb的eeprom；同时采用MAX7456作为字符叠加芯片，7456可以存储16*16=256个字符，针对pal或者ntsc信号完成字符叠加。
在软件方面，minimosd遵从mavlink协议，从串口获取封装为该协议的飞行数据，显示在视频之上，同时具有桌面配置程序，支持用户配置显示信息的内容与风格。
在minimosd2.0版本的基础之上，全球范围内出现了若干分支版本，其中比较著名的是托管在github上的minimosd-extra 2.4（https://github.com/diydrones/MinimOSD-Extra/wiki）, 该版本在原版基础上扩展对mavlink传递信息的支持，可以显示更多的飞行数据，并且具备了简单的飞行统计功能，还改进了osd显示方案的切换方式。在此之外，也流传着一批针对国内用户的中文版osd固件，基本上都是基于minimosd-extra进行了简单改造。而杭州的playuav则大胆的对osd体系结构进行了改进，彻底改变了osd硬件架构，做出了一些很有新意的osd尝试（https://github.com/PlayUAV/）,还有的就是杭州的playuav设置界面做的很是完善，对于只想简单定制飞行器信息的可以用这个，但是价格很昂贵，100多元，是minimosd的2-3倍价格。而minimosd的开发仍是以arduino为基础，其实也没必要看懂全部，知道从哪改就行了，所以改起来也不是很复杂。如果再了解一下mavlink就完美了。（估计后期我们可能还要最忌添加新的mavlink信息，后面再整理mavlink吧。）
下面我们先说一下开发环境大搭建，和部分工具的介绍吧。这也是有不少坑，最少先搭建环境，而后才能谈开发。先让大家看看我们用到的硬件吧。
这是整体的图，包括：1、首先的是摄像头和图传模块以及显示屏，这是一套的图传，用来显示摄像头的图像的。2、再者就是飞控和OSD模块，这一部分是用来在飞控中的mavlink信息解析出来之后叠加在视频之的。3、嗷，我们的目的是修改OSD定制我们想要的界面，那就还需要一个osd的程序下载模块，下面再贴上图。4、最后就是电源供电模块了，这里要两部分供电，pixhawk的5v供电，但是摄像头、图传、osd是12v供电的。下面贴的他们的图，自己随便看看好了。
说完了硬件部分，简单介绍一下软件吧。
1、pixhawk相关的软件就不说了。
2、固件下载工具可以用arduino本身的“上传”下载固件，也可以用ArduCAM OSD config这个软件进行下载固件。
3、MAX7456Charwizard.jar java的可执行工具，说到这还必须安装一个jdk，才可以，他是用来修改字库的。
4、ArduCAM OSD config这个软件还是很重要的，本身是配置显示界面的软件，和修改代码的效果是一致的，背后有代码在支持，两个可以配合着一起修改代码。同时刷字库也要用它，因为如果你想显示自己的一些汉字或自定义字符还是要改字符，改了之后再刷进osd。刚刚提过他也可以下载固件到osd。
5、上面是说用配置工具直接改osd，但是功能是受限的，配置中没有出现的还是要从角度中去改。改就要用到arduino开发工具。我们在这里就将近浪费了一天的时间，用过很多版本，最后只能使用arduino1.0.5的版本。下面我都会提供这些工具。
感觉说的有点乱了，说的简单点吧：arduino环境开发源码，配合配置工具一起修改，修改好后直接就可以下载到osd中使用了。但是要是想显示一些特别的字符汉字，就要自己改字库，再下载进去。
下面具体说说使用吧，不动手操作一遍，估计还是有迷糊的。
Minimosd源码分为三个部分，分别是osd功能固件ArduCam_Osd；配套库libraries以及osd的桌面配置工具OSD_Config。我们主要研读的代码是ArduCam_OSD，是烧录到osd片子上的主要功能代码。
ArduCam工程的主要功能文件包括两个头文件:OSD_Vars.h,OSD_Config.h以及三个源码定义文件ArduCAM_osd.ion,OSD_Panels.ino,MAVLink.ino。
OSD_Vars.h中定义的变量储存了从mavlink协议获取的飞行数据，这些飞行数据被解析后，保存在运行时内存sram中。
OSD_Config.h则负责与eeprom打交道，定义了配置信息在eeprom中的保存位置，便于minimosd启动后，从eeprom读取用户配置信息。
ArduCAM_osd.ino是minimosd的程序入口点，是整个程序的骨架。
OSD_Panels.ino是具体的绘制功能，每一帧视频，都有这些功能，将飞行器信息绘制到视频之上。
MavLink.ino则是用于对mavlink协议的解析，将收到的数据包按照mavlink协议解析，解析成功后将数据储存在ODS_Vars.h中定义的变量中。
整个minimosd的程序流程非常简单，如下图所示：
在minimosd通电启动后，首先调用到Setup()入口函数，实现如下流程。
1.初始化mavlink，设置了与飞控连接的串口波特率以及端口号
Serial.begin(TELEMETRY_SPEED);// setup mavlink port
mavlink_comm_0_port = &Serial;
然后向飞控发送数据请求，osd需要如下飞行数据
MAV_DATA_STREAM_EXTENDED_STATUS,
MAV_DATA_STREAM_RC_CHANNELS,
MAV_DATA_STREAM_POSITION,
MAV_DATA_STREAM_EXTRA1,
MAV_DATA_STREAM_EXTRA2
2.初始化7456，设置7456通信的spi端口，并且激活7456
pinMode(MAX7456_SELECT, OUTPUT); // OSD CS
digitalWrite(MAX7456_SELECT, HIGH); // unplug OSD
3.读取eeprom设置，OSD_Config.h中记录了不同的设置信息在eeprom中的存储位置，在这里逐次读取，如：
//****** First set of 8 Panels ******
uint16_t offset = OffsetBITpanel * panel;
setBit(panA_REG[panel], Cen_BIT, readEEPROM(panCenter_en_ADDR + offset));
panCenter_XY[0][panel]=readEEPROM(panCenter_x_ADDR + offset);
panCenter_XY[1][panel]=checkPAL(readEEPROM(panCenter_y_ADDR + offset));
这里要说一下minimosd中的panel结构，minimosd中设计了4组，每组8个，共32个数据槽位，每个槽位分别对应于需
要显示的一种飞行数据。针对每个槽位，可以开启或者关闭显示，亦可以设置该槽位在屏幕上的显示位置（x,y坐
标）。对于上述的32组槽位设置，minimosd支持两种方案，所以放到一个长度为2的数组中进行管理 。
下述代码是每个槽位是否显示的变量结构，每组8个槽位的1或者0正好对应于一个byte数据类型，因为有两套显示方
案，所以每组都是一个长度为2的byte数组
// Panel BIT registers
byte panA_REG[npanels] = {0b00000000};
byte panB_REG[npanels] = {0b00000000};
byte panC_REG[npanels] = {0b00000000};
byte panD_REG[npanels] = {0b00000000}
下述代码是槽位显示位置的变量结构，x和y坐标分别用byte来存储。同样，都可以应对两套显示方案。
// First 8 panels and their X,Y coordinate holders
byte panCenter_XY[2][npanels]; // = { 13,7,0 };
byte panPitch_XY[2][npanels]; // = { 11,1 };
byte panRoll_XY[2][npanels]; // = { 23,7 };
byte panBatt_A_XY[2][npanels]; // = { 23,1 };
byte panGPSats_XY[2][npanels]; // = { 2,12 };
byte panGPL_XY[2][npanels]; // = { 2,11 };
byte panGPS_XY[2][npanels]; // = { 2,13 };
byte panBatteryPercent_XY[2][npanels];
// ........
4.启动loop循环，无更多细节。
通电后，minimosd完成Setup中的所有功能，便进入了一个周而复始的循环工作过程，不断的调用Loop()函数，而每
个loop循环，则执行如下函数:
1.获取mavlink数据.根据mavlink的msgid，获知数据类型，后分别调用mavlink库中的函数对数据包进行解析，存储
到变量中。
if(mavlink_parse_char(MAVLINK_COMM_0, c, &msg, &status)) {
mavlink_active = 1;
//handle msg
switch(msg.msgid) {
case MAVLINK_MSG_ID_HEARTBEAT:
case MAVLINK_MSG_ID_SYS_STATUS:
osd_vbat_A = (mavlink_msg_sys_status_get_voltage_battery(&msg) / 1000.0f); //Battery voltage, in millivolts (1 = 1 millivolt)
osd_curr_A = mavlink_msg_sys_status_get_current_battery(&msg); //Battery current, in 10*milliamperes (1 = 10 milliampere)
osd_battery_remaining_A = mavlink_msg_sys_status_get_battery_remaining(&msg); //Remaining battery energy: (0%: 0, 100%: 100)
..
case MAVLINK_MSG_ID_GPS_RAW_INT:
2.字符绘制，这是osd的核心功能，针对允许显示的飞行数据，调用绘制该数据的函数
if(ISd(panel,Warn_BIT)) panWarn(panWarn_XY[0][panel], panWarn_XY[1][panel]); // this must be here so warnings are always checked
//Testing bits from 8 bit register A
if(ISa(panel,Cen_BIT)) panCenter(panCenter_XY[0][panel], panCenter_XY[1][panel]); //4x2
if(ISa(panel,Pit_BIT)) panPitch(panPitch_XY[0][panel], panPitch_XY[1][panel]); //5x1
if(ISa(panel,Rol_BIT)) panRoll(panRoll_XY[0][panel], panRoll_XY[1][panel]);
if(ISa(panel,BatA_BIT)) panBatt_A(panBatt_A_XY[0][panel], panBatt_A_XY[1][panel]); //7x1
//.........................
//.........................
我们以绘制电池电量panBatt_A为例，该函数代码如下：
void panBatt_A(int first_col, int first_line){
osd.setPanel(first_col, first_line);
osd.openPanel();
osd.printf("%c%5.2f%c", 0xE2, (double)osd_vbat_A, 0x8E);
osd.closePanel();
}
其中，osd.setPanel()函数是7456提供的开发接口，设置当前要绘制字符的位置。
Osd.printf()函数类似于标准c++的printf，是向7456当前的位置输出字符。在上述代码中，在eeprom读出的屏幕位置，绘制了从mavlink协议获取的osd_vbat_A变量的值。
可见其实画图也就是这4步而已：
osd.setPanel(first_col, first_line);//确定显示的位置 osd.openPanel(); //打开显示
osd.printf("%c%5.2f%c", 0xE2, (double)osd_vbat_A, 0x8E);//显示什么
osd.closePanel();//关闭
上面已经说明了画图就是这么简单，这里是通过源码修改的，建议 配合config工具 对于已经提供的界面只要设置就行了。两个修改都有效，能配置的就配置，自定义再修改源码。
如何自定义字符，自定义汉字呢，自定义图标。
有没有看到上面两幅字库的差距，在字符中有些已经被我改变了，将改变后的字库刷进OSD，索引相同的位置显示就不同了。
如何调用呢？感觉叫字符不合适，就叫它图标吧，包括汉字。
上面一共是16*16=256个字符，每个字符都要唯一的索引，即从0x00--0xFF刚好16*16=256个。比如在上面的图上,"自"的索引就是
0x808，这是全称，因为每个索引位置都不同，故用0x80就可以调用 “自”。“稳”的索引是0x81，“悬停”的索引是“\x82\x83”，“\x82\x83”这种事arduino源码中的写法。
这种图标是显示不能再用osd.printf函数，而是用osd.printf_P（ PSTR（））PSTR解析字符串就是对字库的索引，如刚开始我们这个OSD显示的logo是
osd.printf_P(PSTR("\x20\x20\x20\x20\xba\xbb\xbc\xbd\xbe|\x20\x20\x20\x20\xca\xcb\xcc\xcd\xce|
如何修改成自己想要的图标汉字，首先利用MAX7456 MCM Wizard工具（需要安装jdk），file--->open--->选择你要修改的字库
。选中某个位置后。利用后面的白框和黑框还有灰框就可以绘制自己的图标了，绘制好了，别忘了保存save character，
file下也有save as。画图标是时候可以按住鼠标左键，一直去画。
最后怎么更新字库呢？其实也就是OSD下载的问题了。需要下载模块arduino下载器，因为我们这个用的OSD其实还是一个arduino，从上面在arduino下开发应该也看的出来了。
minimosd刷机教程：
options下updata firmware刷写固件.hex updata charset 刷字库.mcm
⼀ 一般情况下先刷字库再刷固件，如果字库刷不了先刷固件，然后刷字库，然后再刷次固件!
补充：arduino下如何生成hex固件，让updata firmware刷写固（arduino可以直接下载的）.
1）： 在arduino工具的File->preferences中找到preferences.txt文件。
2)：用记事本打开preferences.txt,选择hex文件存放的路径，在最后行加入 build.path=d:\arduino\MyHexDir,
3）：关闭arduino。
4）：关闭preferences.txt ，关闭时对话框显示是否保存，选择保存。
Note：1：hex文件存放的路径可以由自己来定。 2：以上操作时不连接arduino硬件。
3、配置如下图!
由于中文字库删除了一些显示项，请安如下图配置osd选项，配置好后save current下就写进了osd的eepom!
看这这一切写的有点复杂，其实并不是只要自己需要时自己动手操作一遍遍都清晰了。这里说了这么多只是想把有些
问题说的清楚些，让后人不必再浪费这个时间了。比如我当初就是考虑这些汉字怎么显示的也应该尝试了不下几十次，最终才想出“索引”这种方法。再比如我对这些索引的格式一点也不清楚，为什么和图片中不同，“自”明明是0x808但其实用0x80就行了，既然是0x80，其实源码中是写作\x80；再比如这些字库怎么修改呢，修改后再重新烧录进去，那不就可以索引到自己定义的图标了嘛。
就说这么多吧，按照我们项目的要求或许下面要研究一下mavlink，飞机那面添加新的信息，视频显示这边解析出来
，并自定义表达。就说这么多吧，都已经2016年8月7日18:19:42，该去吃饭了
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