第四部分 串行接口UART和Console



第四部分 串行接口UART和Console

详细参考：http://dev.ardupilot.com/wiki/learning-ardupilot-uarts-and-the-console/

UART很重要，用于调试输出，数传、GPS模块等。

1、5个UART

目前共定义了5个UART，他们的用途分别是：

uartA – 串行终端，通常是Micro USB接口，运行MAVLink协议。
uartB – GPS1模块。
uartC – 主数传接口，也就是Pixhawk telem1接口。
uartD – 次数传接口，也就是telem2接口。
uartE – GPS2模块。

有些UART具备双重角色，比如通过修改SERIAL2_PROTOCOL参数，可以将uartD的Mavlink telemetry数传更改为Frsky telemetry数传（中国江苏产数传）。

测试 libraries/AP_HAL/examples/UART_test目录下的 example sketch，分别对5个UART都输出hello 消息。使用USB转串口工具，可以测试。

2、调试终端Debug console

作为5个UART的补充，有些平台额外的还有一个debug console调试终端。你可以通过检查HAL_OS_POSIX_IO宏定义来判断，诸如：

#if HAL_OS_POSIX_IO

::printf("hello console\n");

#endif

如果定义了HAL_OS_POSIX_IO，可以试着查看AP_HAL/AP_HAL_Boards.h代码。

3、UART函数

每个UART都一系列基本操作函数，主要有：

1. printf – formatted print

2. printf_P – formatted print with progmem string (saves memory on AVR boards)

3. println – print and line feed

4. write – write a bunch of bytes

5. read – read some bytes

6. available – check if any bytes are waiting

7. txspace – check how much outgoing buffer space is available

8. get_flow_control – check if the UART has flow control capabilities

可以到AP_HAL中查看他们的定义，并使用UART_TEST进行测试。

4、UART接口说明

众多UART接口，众多名称，他们的对应关系，我总结如下，如有问题，欢迎发邮件至30175224@qq.com 新浪@WalkAnt，欢迎指正。

代码定义	PCB电路表述	飞控板接口	Serial标号	说明
APM代码中的表述	电路板上的表述	Pixhawk外壳上的标识	串口序号
uartA	Micro USB	USB	USB	接USB，支持MAVLink协议
uartB	UART4	GPS	Serial 3	接GPS模块，另CAN2接口
uartC	UART2	Telem1	Serial 1	接第1数传模块
uartD	UART3	Telem2	Serial 2	接第2数传模块
uartE	UART8	SERIAL4/5	Serial 4	一般接GPS2模块
/	UART7	SERIAL4/5	Serial 5	Debug Console用于程序调试

前面的文章：

Pixhawk源码笔记一：APM代码基本结构：http://blog.sina.com.cn/s/blog_402c071e0102v59r.html

Pixhawk源码笔记二：APM线程： http://blog.sina.com.cn/s/blog_402c071e0102v5br.html

经过对UART测试代码： libraries/AP_HAL/examples/UART_test）进行详细测试：

void loop(void)

{

// Micro USB口输出： Hello on UART uartA at 764.461 seconds

test_uart(hal.uartA, "uartA");

// GPS接口输出：Hello on UART uartB at 91.845 seconds

test_uart(hal.uartB, "uartB");

// 数传Telem1输出：Hello on UART uartC at 24.693 seconds

test_uart(hal.uartC, "uartC");

// 数传Telem2输出：Hello on UART uartD at 805.557 seconds

test_uart(hal.uartD, "uartD");

// SEIRAL 4口输出：Hello on UART uartE at 911.812 seconds

test_uart(hal.uartE, "uartE");

// also do a raw printf() on some platforms, which prints to the

// debug console

#if HAL_OS_POSIX_IO

// SEIRAL 5口输出: Hello on debug console at 976.857 seconds

::printf("Hello on debug console at %.3f seconds\n", hal.scheduler->millis()*0.001f);

#endif

hal.scheduler->delay(1000);

}

第五部分 学习RC Input and Output

参考：http://dev.ardupilot.com/wiki/learning-ardupilot-rc-input-output/

RC Input，也就是遥控输入，用于控制飞行方向、改变飞行模式、控制摄像头等外围装置。ArduPilot支持集中不同RC input（取决于具体的硬件飞控板）：

1. PPMSum – on PX4, Pixhawk, Linux and APM2

2. SBUS – on PX4, Pixhawk and Linux

3. Spektrum/DSM – on PX4, Pixhawk and Linux

4. PWM – on APM1 and APM2

5. RC Override (MAVLink) – all boards

其中SBUS and Spektrum/DSM是串行协议，SBUS为100kbps反UART协议，Spektrum/DSM为115200bps UART协议。对于PX4，这些协议是通过硬件UARTs实现的，而有些Linux系统是通过软件UARTs实现的。（原文：Some boards implement these using hardware UARTs (such as on PX4) and some implement them as bit-banged software UARTs
(on Linux).）

RC Output，是指飞控接受到RC输入后，再将其处理后，输出到伺服和电机（电调）上。RC Output默认50Hz PWM信号。对于ArduCopter多轴飞行器和直升机，输出频率为400Hz。

1、RCInput对象（AP_HAL）

RCInput 对象声明：

AP_HAL::RCInput* rcin;

相关例程： libraries/AP_HAL/examples/RCInput/RCInput.pde ，试着动动遥控器手柄，看看输出是否符合预期。

2、RCOutput对象（AP_HAL）

RCOutput对象声明：

AP_HAL::RCOutput* rcout;

不同的飞控，代码实现有所不同，可能包含了片上定时器、I2C、经由协处理器(PX4IO)输出等程序。

相关例程： libraries/AP_HAL/examples/RCOutput/RCOutput.pde 这段程序从1通道到14通道，控制电机从最小转速到最大转速逐级变化。

3、RC_Channel对象

hal.rcin和hal.rcout对象，为低层次调用。最常用的是使用更高级封装的RC_Channel 对象来实现RC input 和 output。它允许用户对参数进行配置，例如每个通道min/max/trim值，同时支持辅助AUX通道函数，还可对input output进行比例缩放处理等。

相关例程： libraries/RC_Channel/examples/RC_Channel/RC_Channel.pde例程教你如何setup、read、copy input to output。

4、RC_Channel奇怪的input/output 设置

看代码时，有些地方程序会让你感到奇怪，有一些是由于程序代码的不完善产生的，有一些则不是。

例如，很多变量作用在input和output上：

radio_out = (pwm_out * _reverse) + radio_trim;

上述代码中的radio_trim，是一个trim叠加，用来修正遥控器的值。

又例如，对于固定翼飞行器，roll（横滚）输入，成为了steer（转向 yaw）。对于ArduCopter中的多轴飞行器，在处于Drift模式（漂移模式）时，我们看到，pitch用于前飞，roll用于转向（而不是传统yaw用于转向）。以后，APM团队会将其纠正过来，将这两个概念分开。大家知道这么回事就OK了。

5、RC_Channel_aux 对象

另一个非常重要的类：RC_Channel_aux class，它是RC_Channel的子类。它有很多特点可供用户使用。这个会有一点比较难以理解，举个例子：

用户想要使用通道6(Channel 6)对航拍设备的横向稳定进行控制，那么他可以将FUNCTION设置为21，枚举变量类型为” k_rudder”（偏航，偏转，转向的意思）。如下：

AP_GROUPINFO("FUNCTION", 1, RC_Channel_aux, function, 21),

AP_GROUPEND

如果程序中调用此代码，RC_Channel_aux::set_servo_out(RC_Channel_aux::k_rudder, 4500);，那么所有FUNCTION设为21(k_rudder)的通道(channel)都将输出满偏(4500就是满偏最大值)。

在相应的update_aux_servo_function()代码中，

case RC_Channel_aux::k_rudder:

_aux_channels[i]->set_angle(4500);// 设置最大角度。

break;

注意这是一对多的设置。就我的理解，其实也就是我们常说的混控输出。比如在辅助通道6中，我们可以将其他通道设置为使用function = 21。那么其他使用了21的通道，将会被通道6混控。（这个很复杂，我也没太明白，对这个有更好理解的，请一定告诉我，相互学习：30175224@qq.com。当然如果日后我能有更好的理解，我会更新本博客。）

下图，RC_Channel共4个通道，RC_Channel_aux共10个通道。

第一组：1、2、3、4、5、6、7、8、10、11（共10通道）

第二组：9、12

第三组：13、14