PX4自定义的uORB消息发送到QGC的MAVLink监视器中

Zhangwuji01

已于 2025-04-01 21:11:08 修改

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分类专栏： PX4 QGC 文章标签： c++ c语言

于 2025-03-06 17:47:21 首次发布

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/Cabbage6794/article/details/146073963

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本篇文章主要记录自己在开发PX4固件时解决问题的一些经历，主要用于自己往日回顾与学习参考。如有疏漏请大家见谅，也可以交流讨论！

0、主要实现目的：

1.自定义uORB消息，并运行在工作队列中（主要用AS5047P获取电机绝对角度）
2.自定义Mavlink消息，映射1中自定义的uORB消息
3.修改QGC相应源码，并使用QT编译生成新的自定义QGC界面，显示Mavlink消息

本文章主要参考了其他相关文章，主要为整理归纳，目的是方便自己往日参考，下面给出参考资料：

px4和QGC通过自定mavlink消息实现收发测试_qgc mavlink检测-优快云博客

PX4自定义UORB和Mavlink消息，并发送到QGC_mavlink inspector-优快云博客

这两篇我认为是讲的比较全面的文章。

一、自定义uORB消息，并并创建相应的函数执行消息的发布

关于uORB的了解，可以参考这篇文章：

PX4模块设计之二：uORB消息代理-优快云博客

首先，在这个路径下创建需要的自定义uORB message：PX4-Autopilot/msg/SensorAs5047p.m


uint64 timestamp                # time since system start (microseconds)

uint8 sinpwm_index_x        	# the sinpwm_index of the x axial(pitching motion)
uint8 sinpwm_index_y         	# the sinpwm_index of the y axial(rolling motion)

float64 ave_n			#the average angular velocity of motor(for calculate the work item interval time)
float64 abs_angle		#the absolute angle of motor(for calculate the sinpwm)

然后，在msg/CMakeLists.txt “set(msg_files”中添加自己定义的msg：

    WheelEncoders.msg
	Wind.msg
	YawEstimatorStatus.msg
	SensorAs5047p.msg
)

创建完自定义的uORB后，接下来要做的就是编写处理所需要的数据并将他们发布的函数（即uORB 的消息发布和订阅）：

这里我在src/modules/as5047p路径下创建了我自定义的角度获取和uORB处理发布函数，需要创建四个文件：

CMakeLists.txt：

px4_add_module() 方法根据模块描述生成静态库。

MODULE块是模块的唯一固件名称（按照惯例，模块名称的前缀是src之后的父路径）
MAIN块列出了模块的入口点，它将命令注册到 NuttX，以便可以从 PX4 shell 或 SITL 控制台调用它。

Kconfig：

Kconfig文件里面定义了：

任务的名称： as5047p
Kconfig符号：MODULES_AS5047P
默认选择：n
该任务的描述

cpp、hpp文件即函数实现：
class AS5047P : public ModuleBase<AS5047P>, public ModuleParams, public px4::ScheduledWorkItem,public device::SPI
这里我采用工作队列的实现方法，继承了ModuleBase、ModuleParams、px4::ScheduledWorkItem、device::SPI几个类来实现。
// Publications
uORB::Publication<sensor_as5047p_s> _sensor_as5047p_pub{ORB_ID(sensor_as5047p)};

void AS5047P::publish_params(double angle,double n)
{
	sensor_as5047p_s data{};

	data.abs_angle=angle;
	data.ave_n=n;//update ave_w

	data.timestamp = hrt_absolute_time();

	_sensor_as5047p_pub.publish(data);//publish the updated data

}
这是uORB发布的核心代码。

定义完该module后：在make的时候make holybro_durandal-v1_default boardconfig勾选自己定义的module。这样才能在Mavlink 控制台中运行。（或者可以直接通过在PX4-Autopilot/ROMFS/px4fmu_common/init.d/rcS文件中直接添加一行“as5047p start”这样该文件就会在设备气动时自动启动）

通过以上的步骤就可以将我们采集到的数据发布到uORB中了。接下来就是如何使用该uORB消息。

二、自定义Mavlink消息，并将我们的自定义uORB消息与其映射

找到PX4源码中定义Mavlink消息的文件：src/modules/mavlink/mavlink/message_definitions/v1.0/common.xml。在其中自定义一条“AS5047P”消息：

<message id="666" name="AS5047P">
      <description> Show the parameters of sensor AS5047P(abs angle and angular velocity).</description>
      <field type="uint64_t" name="time_usec" units="us">Timestamp (synced to UNIX time or since system boot).</field>
      <field type="double" name="abs_angle">abs_angle.</field>
      <field type="double" name="ave_n">ave_n.</field>
    </message>

其中id不能与其他重复，make后可以在build/holybro_durandal-v1_default/mavlink/common/mavlink_msg_as5047p.h中查看：

#pragma once
// MESSAGE AS5047P PACKING

#define MAVLINK_MSG_ID_AS5047P 666


typedef struct __mavlink_as5047p_t {
 uint64_t time_usec; /*< [us] Timestamp (synced to UNIX time or since system boot).*/
 double abs_angle; /*<  abs_angle.*/
 double ave_n; /*<  ave_n.*/
} mavlink_as5047p_t;

#define MAVLINK_MSG_ID_AS5047P_LEN 24
#define MAVLINK_MSG_ID_AS5047P_MIN_LEN 24
#define MAVLINK_MSG_ID_666_LEN 24
#define MAVLINK_MSG_ID_666_MIN_LEN 24

#define MAVLINK_MSG_ID_AS5047P_CRC 147
#define MAVLINK_MSG_ID_666_CRC 147



#if MAVLINK_COMMAND_24BIT
#define MAVLINK_MESSAGE_INFO_AS5047P { \
    666, \
    "AS5047P", \
    3, \
    {  { "time_usec", NULL, MAVLINK_TYPE_UINT64_T, 0, 0, offsetof(mavlink_as5047p_t, time_usec) }, \
         { "abs_angle", NULL, MAVLINK_TYPE_DOUBLE, 0, 8, offsetof(mavlink_as5047p_t, abs_angle) }, \
         { "ave_n", NULL, MAVLINK_TYPE_DOUBLE, 0, 16, offsetof(mavlink_as5047p_t, ave_n) }, \
         } \
}
#else
#define MAVLINK_MESSAGE_INFO_AS5047P { \
    "AS5047P", \
    3, \
    {  { "time_usec", NULL, MAVLINK_TYPE_UINT64_T, 0, 0, offsetof(mavlink_as5047p_t, time_usec) }, \
         { "abs_angle", NULL, MAVLINK_TYPE_DOUBLE, 0, 8, offsetof(mavlink_as5047p_t, abs_angle) }, \
         { "ave_n", NULL, MAVLINK_TYPE_DOUBLE, 0, 16, offsetof(mavlink_as5047p_t, ave_n) }, \
         } \
}
#endif

/**
 * @brief Pack a as5047p message
 * @param system_id ID of this system
 * @param component_id ID of this component (e.g. 200 for IMU)
 * @param msg The MAVLink message to compress the data into
 *
 * @param time_usec [us] Timestamp (synced to UNIX time or since system boot).
 * @param abs_angle  abs_angle.
 * @param ave_n  ave_n.
 * @return length of the message in bytes (excluding serial stream start sign)
 */
static inline uint16_t mavlink_msg_as5047p_pack(uint8_t system_id, uint8_t component_id, mavlink_message_t* msg,
                               uint64_t time_usec, double abs_angle, double ave_n)
{
#if MAVLINK_NEED_BYTE_SWAP || !MAVLINK_ALIGNED_FIELDS
    char buf[MAVLINK_MSG_ID_AS5047P_LEN];
    _mav_put_uint64_t(buf, 0, time_usec);
    _mav_put_double(buf, 8, abs_angle);
    _mav_put_double(buf, 16, ave_n);

        memcpy(_MAV_PAYLOAD_NON_CONST(msg), buf, MAVLINK_MSG_ID_AS5047P_LEN);
#else
    mavlink_as5047p_t packet;
    packet.time_usec = time_usec;
    packet.abs_angle = abs_angle;
    packet.ave_n = ave_n;

        memcpy(_MAV_PAYLOAD_NON_CONST(msg), &packet, MAVLINK_MSG_ID_AS5047P_LEN);
#endif

    msg->msgid = MAVLINK_MSG_ID_AS5047P;
    return mavlink_finalize_message(msg, system_id, component_id, MAVLINK_MSG_ID_AS5047P_MIN_LEN, MAVLINK_MSG_ID_AS5047P_LEN, MAVLINK_MSG_ID_AS5047P_CRC);
}

/**
 * @brief Pack a as5047p message on a channel
 * @param system_id ID of this system
 * @param component_id ID of this component (e.g. 200 for IMU)
 * @param chan The MAVLink channel this message will be sent over
 * @param msg The MAVLink message to compress the data into
 * @param time_usec [us] Timestamp (synced to UNIX time or since system boot).
 * @param abs_angle  abs_angle.
 * @param ave_n  ave_n.
 * @return length of the message in bytes (excluding serial stream start sign)
 */
static inline uint16_t mavlink_msg_as5047p_pack_chan(uint8_t system_id, uint8_t component_id, uint8_t chan,
                               mavlink_message_t* msg,
                                   uint64_t time_usec,double abs_angle,double ave_n)
{
#if MAVLINK_NEED_BYTE_SWAP || !MAVLINK_ALIGNED_FIELDS
    char buf[MAVLINK_MSG_ID_AS5047P_LEN];
    _mav_put_uint64_t(buf, 0, time_usec);
    _mav_put_double(buf, 8, abs_angle);
    _mav_put_double(buf, 16, ave_n);

        memcpy(_MAV_PAYLOAD_NON_CONST(msg), buf, MAVLINK_MSG_ID_AS5047P_LEN);
#else
    mavlink_as5047p_t packet;
    packet.time_usec = time_usec;
    packet.abs_angle = abs_angle;
    packet.ave_n = ave_n;

        memcpy(_MAV_PAYLOAD_NON_CONST(msg), &packet, MAVLINK_MSG_ID_AS5047P_LEN);
#endif

    msg->msgid = MAVLINK_MSG_ID_AS5047P;
    return mavlink_finalize_message_chan(msg, system_id, component_id, chan, MAVLINK_MSG_ID_AS5047P_MIN_LEN, MAVLINK_MSG_ID_AS5047P_LEN, MAVLINK_MSG_ID_AS5047P_CRC);
}

/**
 * @brief Encode a as5047p struct
 *
 * @param system_id ID of this system
 * @param component_id ID of this component (e.g. 200 for IMU)
 * @param msg The MAVLink message to compress the data into
 * @param as5047p C-struct to read the message contents from
 */
static inline uint16_t mavlink_msg_as5047p_encode(uint8_t system_id, uint8_t component_id, mavlink_message_t* msg, const mavlink_as5047p_t* as5047p)
{
    return mavlink_msg_as5047p_pack(system_id, component_id, msg, as5047p->time_usec, as5047p->abs_angle, as5047p->ave_n);
}

/**
 * @brief Encode a as5047p struct on a channel
 *
 * @param system_id ID of this system
 * @param component_id ID of this component (e.g. 200 for IMU)
 * @param chan The MAVLink channel this message will be sent over
 * @param msg The MAVLink message to compress the data into
 * @param as5047p C-struct to read the message contents from
 */
static inline uint16_t mavlink_msg_as5047p_encode_chan(uint8_t system_id, uint8_t component_id, uint8_t chan, mavlink_message_t* msg, const mavlink_as5047p_t* as5047p)
{
    return mavlink_msg_as5047p_pack_chan(system_id, component_id, chan, msg, as5047p->time_usec, as5047p->abs_angle, as5047p->ave_n);
}

/**
 * @brief Send a as5047p message
 * @param chan MAVLink channel to send the message
 *
 * @param time_usec [us] Timestamp (synced to UNIX time or since system boot).
 * @param abs_angle  abs_angle.
 * @param ave_n  ave_n.
 */
#ifdef MAVLINK_USE_CONVENIENCE_FUNCTIONS

static inline void mavlink_msg_as5047p_send(mavlink_channel_t chan, uint64_t time_usec, double abs_angle, double ave_n)
{
#if MAVLINK_NEED_BYTE_SWAP || !MAVLINK_ALIGNED_FIELDS
    char buf[MAVLINK_MSG_ID_AS5047P_LEN];
    _mav_put_uint64_t(buf, 0, time_usec);
    _mav_put_double(buf, 8, abs_angle);
    _mav_put_double(buf, 16, ave_n);

    _mav_finalize_message_chan_send(chan, MAVLINK_MSG_ID_AS5047P, buf, MAVLINK_MSG_ID_AS5047P_MIN_LEN, MAVLINK_MSG_ID_AS5047P_LEN, MAVLINK_MSG_ID_AS5047P_CRC);
#else
    mavlink_as5047p_t packet;
    packet.time_usec = time_usec;
    packet.abs_angle = abs_angle;
    packet.ave_n = ave_n;

    _mav_finalize_message_chan_send(chan, MAVLINK_MSG_ID_AS5047P, (const char *)&packet, MAVLINK_MSG_ID_AS5047P_MIN_LEN, MAVLINK_MSG_ID_AS5047P_LEN, MAVLINK_MSG_ID_AS5047P_CRC);
#endif
}

/**
 * @brief Send a as5047p message
 * @param chan MAVLink channel to send the message
 * @param struct The MAVLink struct to serialize
 */
static inline void mavlink_msg_as5047p_send_struct(mavlink_channel_t chan, const mavlink_as5047p_t* as5047p)
{
#if MAVLINK_NEED_BYTE_SWAP || !MAVLINK_ALIGNED_FIELDS
    mavlink_msg_as5047p_send(chan, as5047p->time_usec, as5047p->abs_angle, as5047p->ave_n);
#else
    _mav_finalize_message_chan_send(chan, MAVLINK_MSG_ID_AS5047P, (const char *)as5047p, MAVLINK_MSG_ID_AS5047P_MIN_LEN, MAVLINK_MSG_ID_AS5047P_LEN, MAVLINK_MSG_ID_AS5047P_CRC);
#endif
}

#if MAVLINK_MSG_ID_AS5047P_LEN <= MAVLINK_MAX_PAYLOAD_LEN
/*
  This variant of _send() can be used to save stack space by re-using
  memory from the receive buffer.  The caller provides a
  mavlink_message_t which is the size of a full mavlink message. This
  is usually the receive buffer for the channel, and allows a reply to an
  incoming message with minimum stack space usage.
 */
static inline void mavlink_msg_as5047p_send_buf(mavlink_message_t *msgbuf, mavlink_channel_t chan,  uint64_t time_usec, double abs_angle, double ave_n)
{
#if MAVLINK_NEED_BYTE_SWAP || !MAVLINK_ALIGNED_FIELDS
    char *buf = (char *)msgbuf;
    _mav_put_uint64_t(buf, 0, time_usec);
    _mav_put_double(buf, 8, abs_angle);
    _mav_put_double(buf, 16, ave_n);

    _mav_finalize_message_chan_send(chan, MAVLINK_MSG_ID_AS5047P, buf, MAVLINK_MSG_ID_AS5047P_MIN_LEN, MAVLINK_MSG_ID_AS5047P_LEN, MAVLINK_MSG_ID_AS5047P_CRC);
#else
    mavlink_as5047p_t *packet = (mavlink_as5047p_t *)msgbuf;
    packet->time_usec = time_usec;
    packet->abs_angle = abs_angle;
    packet->ave_n = ave_n;

    _mav_finalize_message_chan_send(chan, MAVLINK_MSG_ID_AS5047P, (const char *)packet, MAVLINK_MSG_ID_AS5047P_MIN_LEN, MAVLINK_MSG_ID_AS5047P_LEN, MAVLINK_MSG_ID_AS5047P_CRC);
#endif
}
#endif

#endif

// MESSAGE AS5047P UNPACKING


/**
 * @brief Get field time_usec from as5047p message
 *
 * @return [us] Timestamp (synced to UNIX time or since system boot).
 */
static inline uint64_t mavlink_msg_as5047p_get_time_usec(const mavlink_message_t* msg)
{
    return _MAV_RETURN_uint64_t(msg,  0);
}

/**
 * @brief Get field abs_angle from as5047p message
 *
 * @return  abs_angle.
 */
static inline double mavlink_msg_as5047p_get_abs_angle(const mavlink_message_t* msg)
{
    return _MAV_RETURN_double(msg,  8);
}

/**
 * @brief Get field ave_n from as5047p message
 *
 * @return  ave_n.
 */
static inline double mavlink_msg_as5047p_get_ave_n(const mavlink_message_t* msg)
{
    return _MAV_RETURN_double(msg,  16);
}

/**
 * @brief Decode a as5047p message into a struct
 *
 * @param msg The message to decode
 * @param as5047p C-struct to decode the message contents into
 */
static inline void mavlink_msg_as5047p_decode(const mavlink_message_t* msg, mavlink_as5047p_t* as5047p)
{
#if MAVLINK_NEED_BYTE_SWAP || !MAVLINK_ALIGNED_FIELDS
    as5047p->time_usec = mavlink_msg_as5047p_get_time_usec(msg);
    as5047p->abs_angle = mavlink_msg_as5047p_get_abs_angle(msg);
    as5047p->ave_n = mavlink_msg_as5047p_get_ave_n(msg);
#else
        uint8_t len = msg->len < MAVLINK_MSG_ID_AS5047P_LEN? msg->len : MAVLINK_MSG_ID_AS5047P_LEN;
        memset(as5047p, 0, MAVLINK_MSG_ID_AS5047P_LEN);
    memcpy(as5047p, _MAV_PAYLOAD(msg), len);
#endif
}

接下来在./src/modules/mavlink/streams/创建一个hpp文件，内容仿照其他文件就行，将其改写一下，主要作用就是将UORB消息中的内容复制到Mavlink结构体中：

/****************************************************************************
 *
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 *
 * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
 * modification, are permitted provided that the following conditions
 * are met:
 *
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 *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
 * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
 *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in
 *    the documentation and/or other materials provided with the
 *    distribution.
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 *    used to endorse or promote products derived from this software
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 * LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS
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 * COPYRIGHT OWNER OR CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
 * INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING,
 * BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS
 * OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED
 * AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
 * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN
 * ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE
 * POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
 *
 ****************************************************************************/

#ifndef AS5047P_HPP
#define AS5047P_HPP

#include <uORB/topics/sensor_as5047p.h>

class MavlinkStreamAS5047P : public MavlinkStream
{
public:
	static MavlinkStream *new_instance(Mavlink *mavlink) { return new MavlinkStreamAS5047P(mavlink); }

	static constexpr const char *get_name_static() { return "AS5047P"; }
	static constexpr uint16_t get_id_static() { return MAVLINK_MSG_ID_AS5047P; }

	const char *get_name() const override { return get_name_static(); }
	uint16_t get_id() override { return get_id_static(); }

	unsigned get_size() override
	{
		return _sensor_as5047p_sub.advertised() ? MAVLINK_MSG_ID_AS5047P_LEN + MAVLINK_NUM_NON_PAYLOAD_BYTES : 0;
	}

private:
	explicit MavlinkStreamAS5047P(Mavlink *mavlink) : MavlinkStream(mavlink) {}

	uORB::Subscription _sensor_as5047p_sub{ORB_ID(sensor_as5047p)};

	bool send() override
	{
		sensor_as5047p_s as5047p;

		// send a MAVLink message whether or not the data changed
		if (_sensor_as5047p_sub.copy(&as5047p)) {
			mavlink_as5047p_t msg{};
			msg.time_usec = as5047p.timestamp;
			msg.abs_angle = as5047p.abs_angle;
			msg.ave_n = as5047p.ave_n;

			mavlink_msg_as5047p_send_struct(_mavlink->get_channel(), &msg);

			return true;
		}

		return false;
	}
};

#endif // AS5047P_HPP

其中的：

uORB::Subscription _sensor_as5047p_sub{ORB_ID(sensor_as5047p)};

sensor_as5047p_s as5047p;

		// send a MAVLink message whether or not the data changed
		if (_sensor_as5047p_sub.copy(&as5047p)) {

即订阅我们刚刚发布的uORB消息。

接着找到./src/modules/mavlink/mavlink_messages.cpp文件，对其进行两处修改：

#include "streams/AS5047P.hpp"//包含头文件

#if defined(AS5047P_HPP)
	create_stream_list_item<MavlinkStreamAS5047P>(),
#endif // AS5047P_HPP

最后找到./src/modules/mavlink/mavlink_main.cpp文件，在“switch (_mode)”语句的上方增加一行，配置mavlink消息的发送速率：（我这里是100Hz）

configure_stream_local("AS5047P",100.0f);

至此，PX4部分的源码修改已经全部完成，只需将编译好的源码烧入飞控即可。

三、修改QGC源码，在地面站界面中显示自定义Mavlink消息

这部分内容主要参考这篇文章：

PX4自定义UORB和Mavlink消息，并发送到QGC_mavlink inspector-优快云博客

其中包括几个部分，我本人也不是专业的就不展开将了，主要讲一下我在这个过程中遇到的一些问题和经验分析：

Windows下的QT编译环境搭建：

参考：【无标题】_qgc二次开发-优快云博客

注意：

1.QT版本与后续需要编译的QGC源码版本要匹配。（我的QGC版本为v4.3.0，对应的QT版本为5.15.18）

2.一定要添加环境变量

3.构建时后的一些tips参考：QGC使用Qt构建，一些注意事项-优快云博客

4.我在QGC debug编译的时候没报错，release编译的时候报错了300多行（参考了：windos10安装QGC4.2编译环境_qgc windows 环境-优快云博客），该部分内容还没解决，现在只能debug。

QGC源码下载：

最好（建议只使用git下载，包括缺失的模块git）使用Git下载：参考WIN10源码编译安装QGC-V3.4_qgc编译-优快云博客

或者找其他人下载好的：QGC4.4稳定版二次开发环境搭建windows_qgc开发环境搭建-优快云博客

（给了链接）

不适用Git下载会出现很多文件没有下载的错误，处理起来很麻烦（不要问我为什么知道的，一言难尽0.0）

但有些文件还是会缺失，具体操作参考：Ubuntu20.04安装QGroundcontrol开发环境_ubuntu20.04打开qgc-优快云博客

对于该问题：

下载文件后在QGCExternalLibs.pri中添加：
INCLUDEPATH += libs/libevents/libevents/libs/cpp/parse/nlohmann_json/include
INCLUDEPATH += libs/airmapd/include

其余步骤参考：PX4自定义UORB和Mavlink消息，并发送到QGC_mavlink inspector-优快云博客进行没什么大问题，最后在QT中编译构建修改后的QGC源码就行。

（我在编译过程中遇到了这种错误，将对于没有调用的代码注释后解决了，其他问题可以参考其他文章中给出的解决方案）

最终，打开编译后的QGC地面站，连接飞控，可以在“Analyze Tools - Mavlink Inspector”中查看Mavlink列表：

因为我是吧我的文件直接写入启动文件了（文件自动执行），如果没有进行（或者可以直接通过在PX4-Autopilot/ROMFS/px4fmu_common/init.d/rcS文件中直接添加一行“as5047p start”这样该文件就会在设备气动时自动启动）这部操作的话需要先通过Mavlink Console启动线程，就可以看到消息了。

以上是本篇文章所有内容，欢迎大家找我交流！