BetaFlight开源代码框架简介

1. 框架设计分析考量

框架设计重点要做到各切分模块的业务融合，分析的主要考量点：

1. 突出业务框架逻辑
2. 从框架引入模块概念
3. 功能模块化实现方法
4. 性能及优化实现方法

2. 框架分析前提条件

1. 【打开】所有功能代码宏定义，以便有全局性了解
2. 【忽略】UNIT_TEST等测试代码，暂不考虑自测
3. 【侧重】框架代码逻辑实现，突出业务框架逻辑
4. 【忽略】框架算法逻辑伪代码处理，强调概念
5. 【举例】模块分析方法（配典型模块入门分析）

3. 主程序框架

C语言工程代码函数入口为main，之前启动及C环境初始化代码不做介绍，启动文件代码文件(lib\main\STM32H7\Drivers\CMSIS\Device\ST\STM32H7xx\Source\Templates\arm\startup_stm32h745xx.s)。业务逻辑方面主要是从main来分析框架代码，这里也不会对HAL(Hardware Adapter Layer)做分析，对底层感兴趣的朋友可以从STM官网或者其他网站得到更多的STM32开发方面的资讯。

这里着重飞控业务&功能方面的学习和简介，所以回归话题，从main入口进入后，主程序框架分为两部分：初始化(init)和调度执行(schedule)。

main
 ├──> init
 │   ├──> ... // module initialization code here
 │   └──> tasksInit
 └──> run
     ├──> scheduler  // NOT normal OS scheduler, quite special related to flight control task prioirty
     └──> SIMULATOR_BUILD // if simulation enabled, baremetal loop for max rate 20kHz NOT full CPU
         └──> delayMicroseconds_real(50)
             └──>  microsleep
	             └──>  nanosleep

4. 调度框架

这里为什么说调度框架，主要是由于这个schedule和操作系统常规的OS调度不太一样，它有业务相关的特殊处理部分。因此，从概念上来说，调度器和业务是紧耦合。

目前其他的一些开源飞控代码用到OS的有nuttx,chibios等。后续我们如果介绍Paparazzi项目就会用到chibios。这里BetaFlight可能由于其发展历史，沿用了目前裸奔+业务调度的方式。

scheduler
 ├──> <陀螺仪使能>
 │   ├──> <修正调度异常剩余时间> //其他耗时任务导致任务调度时间不足，比如USB任务
 │   ├──> <修正调度触发阈值时间> //调度代码耗散时间，控制接近边界 schedLoopStartMinCycles，调整粒度schedLoopStartDeltaUpCycles
 │   └──> <触发调度> // schedLoopRemainingCycles < schedLoopStartCycles
 │       ├──> <修正调度触发阈值时间> //控制接近边界 schedLoopStartMinCycles，调整粒度schedLoopStartDeltaDownCycles
 │       ├──> [精准对齐调度触发时间]
 │       ├──> schedulerExecuteTask(gyroTask, currentTimeUs); //执行陀螺仪传感任务
 │       ├──> schedulerExecuteTask(getTask(TASK_FILTER), currentTimeUs); //按比例执行过滤任务
 │       ├──> schedulerExecuteTask(getTask(TASK_PID), currentTimeUs); //按比例执行PID任务
 │       ├──> rxFrameCheck //检查接收机数据
 │       ├──> [故障保护模式检查]
 │       └──> <使用陀螺仪外部中断模式锁定调度器时间>
 ├──> [更新调度器剩余时间，schedLoopRemainingCycles]
 └──> <陀螺仪不使能 或者 调度剩余时间大于非实时任务检查时间>
     ├──> [更新所有非实时任务的任务动态优先级]
     │   ├──> <事件驱动任务>
	 │   │   ├──> <执行任务checkFunc，并更新任务动态优先级>
	 │   │   └──> <已执行checkFunc，未调度执行任务，继续提升任务动态优先级>
	 │   ├──> <时间驱动任务>
	 │   │   └──> [更新基于上次调度与当前时间间隔的任务动态优先级]
	 │   └──> <挑选最高优先级任务，并计算剩余执行时间>  //TASK_SERIAL只要优先级够，就直接执行不进行阻塞
     ├──> [更新checkCycles，所有非实时任务最优任务选择本次计算时间]
	 └──> <有高优先级任务选中>
         ├──> [更新taskRequiredTimeCycles和schedLoopRemainingCycles数据]
         ├──> <陀螺仪不使能 或者  (taskRequiredTimeCycles < schedLoopRemainingCycles)>
	     │   ├──> schedulerExecuteTask(selectedTask, currentTimeUs); //执行选中高优先级任务
		 │   ├──> [TASK_OSD/TASK_RX, skippedRxAttempts/skippedOSDAttempts清零]
		 │   └──> [修正taskGuardCycles，以便下次更精确的预估执行时间]
		 └──> <TASK_OSD/TASK_RX 或者 (taskAgePeriods > TASK_AGE_EXPEDITE_COUNT)>
	         └──> [能找TASK_AGE_EXPEDITE_SCALE比率缩短任务预计时间]

注：目前4.3代码只有3个实时任务：GYRO、FILTER、PID。

5. 模块方法

基于主程序框架和调度框架，一个模块涉及以下几部分：

1. 初始化

• 硬件初始化
• 业务初始化

2. 任务

• 实时任务
• 事件任务
• 时间任务

3. 驱动

• 查询
• 中断

4. 接口

6. 典型任务&模块

6.1 典型任务

1. BetaFlight模块设计之一：系统任务模块分析
2. BetaFlight模块设计之二：SERIAL任务分析
3. BetaFlight模块设计之三：芯片温度&参考电压和电池监测模块分析
4. BetaFlight模块设计之四：ESC传感任务分析
5. BetaFlight模块设计之五：最大栈使用量监测
6. BetaFlight模块设计之六：Beeper任务分析
7. BetaFlight模块设计之七：LEDSTRIP任务分析
8. BetaFlight模块设计之八：GPS任务分析
9. BetaFlight模块设计之九：气压计任务分析
10. BetaFlight模块设计之十：磁力计任务分析
11. BetaFlight模块设计之十一：Gyro&Acc任务分析
12. BetaFlight模块设计之十二：电传任务分析
13. BetaFlight模块设计之十三：Gyro过滤任务分析
14. BetaFlight模块设计之十四：高度计算任务分析
15. BetaFlight模块设计之十五：RunCam设备任务分析
16. BetaFlight模块设计之十六：OSD更新任务分析
17. BetaFlight模块设计之十七：pinioBox任务分析
18. BetaFlight模块设计之十八：图传模块同步任务分析
19. BetaFlight模块设计之十九：摄像头按键控制模拟任务分析
20. BetaFlight模块设计之二十：CMS菜单模块分析
21. BetaFlight模块设计之二十一：dashboard任务分析
22. BetaFlight模块设计之二十二：地面测距任务分析
23. BetaFlight模块设计之二十三：CRSF V3串口速率协商任务分析
24. BetaFlight模块设计之二十四：transponder任务分析
25. BetaFlight模块设计之二十五：dispatch任务分析
26. BetaFlight模块设计之二十六：接收机任务分析
27. BetaFlight模块设计之二十七：姿态更新任务分析
28. BetaFlight模块设计之二十八：MainPidLoop任务分析

任务相关的分析基本结束，因为看的节奏比较快，时间也仓促，所以肯定存在诸多问题，希望能通过交流，大家多留言给出错误的批示，以便我尽快纠正。

6.2 典型模块

关于软件模块，会尽量一点点的补充详细起来，以便对飞控的具体细节方面更加透彻的理解。

1. BetaFlight模块设计之二十九：滤波模块分析
2. BetaFlight模块设计之三十：Cli模块分析
3. BetaFlight模块设计之三十一：blackbox模块分析
4. BetaFlight模块设计之三十二：MSP协议模块分析
5. BetaFlight模块设计之三十三：Pid模块分析
6. BetaFlight模块设计之三十四：OSD模块分析
7. BetaFlight模块设计之三十五：RSSI信号强度&链路稳定性分析

6.3 传感模块

深入传感数据，挖掘物理特性与飞控之间的关系，请查阅：BetaFlight深入传感设计：传感模块设计框架

7. 回顾

基于上述代码框架，BetaFlight从大块任务切分的角度看，需要深入分析和理解下面的各个任务模块。这也为后续分析代码提供了方向。

注：后续有时间将会深入每个任务和模块进行分析。

// Task ID data in .data (initialised data)
task_attribute_t task_attributes[TASK_COUNT] = {
    [TASK_SYSTEM] = DEFINE_TASK("SYSTEM", "LOAD", NULL, taskSystemLoad, TASK_PERIOD_HZ(10), TASK_PRIORITY_MEDIUM_HIGH),
    [TASK_MAIN] = DEFINE_TASK("SYSTEM", "UPDATE", NULL, taskMain, TASK_PERIOD_HZ(1000), TASK_PRIORITY_MEDIUM_HIGH),
    [TASK_SERIAL] = DEFINE_TASK("SERIAL", NULL, NULL, taskHandleSerial, TASK_PERIOD_HZ(100), TASK_PRIORITY_LOW), // 100 Hz should be enough to flush up to 115 bytes @ 115200 baud
    [TASK_BATTERY_ALERTS] = DEFINE_TASK("BATTERY_ALERTS", NULL, NULL, taskBatteryAlerts, TASK_PERIOD_HZ(5), TASK_PRIORITY_MEDIUM),
    [TASK_BATTERY_VOLTAGE] = DEFINE_TASK("BATTERY_VOLTAGE", NULL, NULL, batteryUpdateVoltage, TASK_PERIOD_HZ(SLOW_VOLTAGE_TASK_FREQ_HZ), TASK_PRIORITY_MEDIUM), // Freq may be updated in tasksInit
    [TASK_BATTERY_CURRENT] = DEFINE_TASK("BATTERY_CURRENT", NULL, NULL, batteryUpdateCurrentMeter, TASK_PERIOD_HZ(50), TASK_PRIORITY_MEDIUM),

#ifdef USE_TRANSPONDER
    [TASK_TRANSPONDER] = DEFINE_TASK("TRANSPONDER", NULL, NULL, transponderUpdate, TASK_PERIOD_HZ(250), TASK_PRIORITY_LOW),
#endif

#ifdef USE_STACK_CHECK
    [TASK_STACK_CHECK] = DEFINE_TASK("STACKCHECK", NULL, NULL, taskStackCheck, TASK_PERIOD_HZ(10), TASK_PRIORITY_LOWEST),
#endif

    [TASK_GYRO] = DEFINE_TASK("GYRO", NULL, NULL, taskGyroSample, TASK_GYROPID_DESIRED_PERIOD, TASK_PRIORITY_REALTIME),
    [TASK_FILTER] = DEFINE_TASK("FILTER", NULL, NULL, taskFiltering, TASK_GYROPID_DESIRED_PERIOD, TASK_PRIORITY_REALTIME),
    [TASK_PID] = DEFINE_TASK("PID", NULL, NULL, taskMainPidLoop, TASK_GYROPID_DESIRED_PERIOD, TASK_PRIORITY_REALTIME),
#ifdef USE_ACC
    [TASK_ACCEL] = DEFINE_TASK("ACC", NULL, NULL, taskUpdateAccelerometer, TASK_PERIOD_HZ(1000), TASK_PRIORITY_MEDIUM),
    [TASK_ATTITUDE] = DEFINE_TASK("ATTITUDE", NULL, NULL, imuUpdateAttitude, TASK_PERIOD_HZ(100), TASK_PRIORITY_MEDIUM),
#endif
    [TASK_RX] = DEFINE_TASK("RX", NULL, rxUpdateCheck, taskUpdateRxMain, TASK_PERIOD_HZ(33), TASK_PRIORITY_HIGH), // If event-based scheduling doesn't work, fallback to periodic scheduling
    [TASK_DISPATCH] = DEFINE_TASK("DISPATCH", NULL, NULL, dispatchProcess, TASK_PERIOD_HZ(1000), TASK_PRIORITY_HIGH),

#ifdef USE_BEEPER
    [TASK_BEEPER] = DEFINE_TASK("BEEPER", NULL, NULL, beeperUpdate, TASK_PERIOD_HZ(100), TASK_PRIORITY_LOW),
#endif

#ifdef USE_GPS
    [TASK_GPS] = DEFINE_TASK("GPS", NULL, NULL, gpsUpdate, TASK_PERIOD_HZ(TASK_GPS_RATE), TASK_PRIORITY_MEDIUM), // Required to prevent buffer overruns if running at 115200 baud (115 bytes / period < 256 bytes buffer)
#endif

#ifdef USE_MAG
    [TASK_COMPASS] = DEFINE_TASK("COMPASS", NULL, NULL, taskUpdateMag, TASK_PERIOD_HZ(10), TASK_PRIORITY_LOW),
#endif

#ifdef USE_BARO
    [TASK_BARO] = DEFINE_TASK("BARO", NULL, NULL, taskUpdateBaro, TASK_PERIOD_HZ(20), TASK_PRIORITY_LOW),
#endif

#if defined(USE_BARO) || defined(USE_GPS)
    [TASK_ALTITUDE] = DEFINE_TASK("ALTITUDE", NULL, NULL, taskCalculateAltitude, TASK_PERIOD_HZ(40), TASK_PRIORITY_LOW),
#endif

#ifdef USE_DASHBOARD
    [TASK_DASHBOARD] = DEFINE_TASK("DASHBOARD", NULL, NULL, dashboardUpdate, TASK_PERIOD_HZ(10), TASK_PRIORITY_LOW),
#endif

#ifdef USE_OSD
    [TASK_OSD] = DEFINE_TASK("OSD", NULL, osdUpdateCheck, osdUpdate, TASK_PERIOD_HZ(OSD_FRAMERATE_DEFAULT_HZ), TASK_PRIORITY_LOW),
#endif

#ifdef USE_TELEMETRY
    [TASK_TELEMETRY] = DEFINE_TASK("TELEMETRY", NULL, NULL, taskTelemetry, TASK_PERIOD_HZ(250), TASK_PRIORITY_LOW),
#endif

#ifdef USE_LED_STRIP
    [TASK_LEDSTRIP] = DEFINE_TASK("LEDSTRIP", NULL, NULL, ledStripUpdate, TASK_PERIOD_HZ(100), TASK_PRIORITY_LOW),
#endif

#ifdef USE_BST
    [TASK_BST_MASTER_PROCESS] = DEFINE_TASK("BST_MASTER_PROCESS", NULL, NULL, taskBstMasterProcess, TASK_PERIOD_HZ(50), TASK_PRIORITY_LOWEST),
#endif

#ifdef USE_ESC_SENSOR
    [TASK_ESC_SENSOR] = DEFINE_TASK("ESC_SENSOR", NULL, NULL, escSensorProcess, TASK_PERIOD_HZ(100), TASK_PRIORITY_LOW),
#endif

#ifdef USE_CMS
    [TASK_CMS] = DEFINE_TASK("CMS", NULL, NULL, cmsHandler, TASK_PERIOD_HZ(20), TASK_PRIORITY_LOW),
#endif

#ifdef USE_VTX_CONTROL
    [TASK_VTXCTRL] = DEFINE_TASK("VTXCTRL", NULL, NULL, vtxUpdate, TASK_PERIOD_HZ(5), TASK_PRIORITY_LOWEST),
#endif

#ifdef USE_RCDEVICE
    [TASK_RCDEVICE] = DEFINE_TASK("RCDEVICE", NULL, NULL, rcdeviceUpdate, TASK_PERIOD_HZ(20), TASK_PRIORITY_MEDIUM),
#endif

#ifdef USE_CAMERA_CONTROL
    [TASK_CAMCTRL] = DEFINE_TASK("CAMCTRL", NULL, NULL, taskCameraControl, TASK_PERIOD_HZ(5), TASK_PRIORITY_LOW),
#endif

#ifdef USE_ADC_INTERNAL
    [TASK_ADC_INTERNAL] = DEFINE_TASK("ADCINTERNAL", NULL, NULL, adcInternalProcess, TASK_PERIOD_HZ(1), TASK_PRIORITY_LOWEST),
#endif

#ifdef USE_PINIOBOX
    [TASK_PINIOBOX] = DEFINE_TASK("PINIOBOX", NULL, NULL, pinioBoxUpdate, TASK_PERIOD_HZ(20), TASK_PRIORITY_LOWEST),
#endif

#ifdef USE_RANGEFINDER
    [TASK_RANGEFINDER] = DEFINE_TASK("RANGEFINDER", NULL, NULL, taskUpdateRangefinder, TASK_PERIOD_HZ(10), TASK_PRIORITY_LOWEST),
#endif

#ifdef USE_CRSF_V3
    [TASK_SPEED_NEGOTIATION] = DEFINE_TASK("SPEED_NEGOTIATION", NULL, NULL, speedNegotiationProcess, TASK_PERIOD_HZ(100), TASK_PRIORITY_LOW),
#endif
};

8. 分析模板

这里补充一个模板用于后续模块分析使用，后续会逐步一个个一起与大家分享每个模块的设计和实现。

【模板】模块 & 任务
 ├──> 初始化
 │   ├──> [x]硬件初始化
 │   └──> [V]业务初始化
 ├──> 任务
 │   ├──> [x]实时任务
 │   ├──> [x]事件任务
 │   └──> [V]时间任务bla...bla...
 ├──> 驱动
 │   ├──> [x]查询
 │   └──> [x]中断
 └──> 接口
     ├──> bla...bla...
     └──> bla...bla...

函数分析：
bla...bla...