Pixhawk---基于NSH的Firmware开发与调试

1 相关知识了解

1.1 Nuttx系统

  嵌入式实时操作系统（RTOS）。强调标准兼容和小型封装，具有从8位到32位微控制器环境的高度可扩展性。NuttX 主要遵循 Posix 和 ANSI 标准，对于在这些标准下不支持的功能，或者不适用于深度嵌入环境的功能（如 fork()），采用来自 Unix 和常见 RTOS （如 VxWorks）的额外的标准 API。
  支持文件系统、设备驱动、网络、USB支持、Flash支持、图形支持等。

1.2 NSH

  NuttShell和Unix终端命令类似。NSH通过串口或者USB转串口来与PX4FMU交互，因此可以使用类似超级终端的串口软件来与FMU交互，在Pixhawk开发中，建立好了开发环境后（安装了工具链等），PX4 Toolchain 已经附带了一个串口工具：TeraTerm。如果版本低了，可以单独去下载这个软件并安装。
  在PX4FMU中，NSH默认是通过USB转串口和串口5（波特率为57600）来交互。可以更改默认设置。
  将Pixhawk通过USB转串口连接上电脑上后，再打开TeraTerm软件。通过输入『?』或『help』指令可以查看当前NSH支持的指令已经编译好的应用。其他的一些指令跟Unix终端中用法差不多，不过一些指令的参数都没有了。

  通过串口5的交互能打印PX4FMU启动时的一些信息。这个可以用来查看系统启动方面的信息。当然启动完后，还可以输入一些指令来与PX4FMU来交互。

2 编译固件和刷固件

  刷固件的方式很多，可以通过地面站软件QGC或者MP都可以刷固件，可以刷稳定版的固件或者自己编译出来的自定义固件。这里通过PX4 Console来编译固件和刷固件。打开控制台，进入到固件目录：

cd /d/px4/firmware

  删除所有编译的文件，包括编译的操作系统，即删除Archives文件夹和Build文件夹里面的内容一般不使用：

make distclean

  编译操作系统：

make archives

  一般只有当Nuttx配置改变了或者submodule（在GIT中链接外部库，比如MAVLINK或者Nuttx OS）发生了改变才会去编译操作系统，平时编译一次就好了，而且这个编译一次是需要很长的时间的，一个小时左右吧。尽管并行编译会加快速度，但是配置不好，并行编译很容易在系统运行的过程中出问题。如果你使用苹果系统或者Linux系统，这个时间也会大大降低。
  删除编译的固件相关文件，即删除Build文件夹里面的内容：

make clean

  编译固件，以px4fmu-v2_default版本为例：

make px4fmu-v2_defaul

  编译并刷固件，编译完后紧接着刷固件：

make upload px4fmu-v2_default

  在控制台上用到上面的指令就差不多了。

3 调试方式

3.1 测试小功能程序

  因为在windows系统上编译一次固件需要3分钟左右吧，对于一般的功能测试程序可以通过在本机安装上VC6.0或VS或者MinGW（gcc，g++，推荐），编写测试程序编译调试。

3.2 固件测试

  通过printf打印相关信息，断点标识等。这个需要编译固件，并刷固件。Pixhawk通过USB转串口线连接电脑，用TeraTerm输入指令来调试。

4 调试实例演示

  前面已经说了通过串口5（波特率57600）可以查看系统启动打印的信息。通过USB转串口在NSH终端（TeraTerm）输入指令控制Nuttx中的应用或者一些命令。
  可以先阅读sdlog2日志记录自动清理功能分析与实现，了解sdlog2应用是怎么运行的。sdlog2应用随着系统启动时默认启动了的，当我们修改了固件中sdlog2应用的代码时，比如简单的，我们知道sdlog2_main这个函数是在后台运行的，它是检测sdlog2应用的参数输入，比如stop，start，on，off。我们也可以自己再加一条参数检测到这个函数中：

    /*添加测试代码start...*/
    if(!strcmp(argv[1],"hello")){
        printf("[YCM]hello world!\n");
    }
    /*添加测试代码end...*/

int sdlog2_main(int argc, char *argv[])
{
    if (argc < 2) {
        sdlog2_usage("missing command");
        return 1;
    }

    if (!strcmp(argv[1], "start")) {

        if (thread_running) {
            warnx("already running");
            /* this is not an error */
            return 0;
        }

        main_thread_should_exit = false;
        deamon_task = px4_task_spawn_cmd("sdlog2",
                         SCHED_DEFAULT,
                         SCHED_PRIORITY_DEFAULT - 30,
                         3000,
                         sdlog2_thread_main,
                         (char * const *)argv);
        return 0;
    }

    if (!strcmp(argv[1], "stop")) {
        if (!thread_running) {
            warnx("not started");
        }

        main_thread_should_exit = true;
        return 0;
    }

    /*添加测试代码start...*/
    if(!strcmp(argv[1],"hello")){
        printf("[YCM]hello world!\n");
    }
    /*添加测试代码end...*/

    if (!thread_running) {
        warnx("not started\n");
        return 1;
    }

    if (!strcmp(argv[1], "status")) {
        sdlog2_status();
        return 0;
    }

    if (!strcmp(argv[1], "on")) {
        struct vehicle_command_s cmd;
        cmd.command = VEHICLE_CMD_PREFLIGHT_STORAGE;
        cmd.param1 = -1;
        cmd.param2 = -1;
        cmd.param3 = 1;
        orb_advertise(ORB_ID(vehicle_command), &cmd);
        return 0;
    }

    if (!strcmp(argv[1], "off")) {
        struct vehicle_command_s cmd;
        cmd.command = VEHICLE_CMD_PREFLIGHT_STORAGE;
        cmd.param1 = -1;
        cmd.param2 = -1;
        cmd.param3 = 2;
        orb_advertise(ORB_ID(vehicle_command), &cmd);
        return 0;
    }

    sdlog2_usage("unrecognized command");
    return 1;
}

  编译固件并刷固件，如果你的代码有问题，那么会报错，终止编译，会有错误提示：

make upload px4fmu-v2_default

  从编译过程中打印信息，我们也可以知道这个submodule中什么改变了，就需要重新编译操作系统了。编译完，刷好了固件:

  再次连接TeraTerm，输入指令：

sdlog2 hello

  输出hello world!了。