ArduPilot开源代码之AP_IOMCU

1. 源由

之前我们讨论了FMU + IMU的硬件架构，该设计主要是由于STM32外设IO、MCU计算资源不够应付外设的情况下，采用的一种折中的方案。

-ArduPilot开源代码之FMU+IOMCU设计
-Ardupilot开源飞控之IOMCU设计细节

随着技术的日益发展，更高效，更多的IO资源的MCU芯片已经具备。当然在特殊应用领域或者方案，仍然可以考虑采用这一方案。

为此，我们研究下AP_IOMCU应用类：FMU与IOMCU通信实现。

注：参考Pixhawk4硬件飞控板。

2. 框架设计

hwdef.h头文件定义FMU端通信端口UART8.

#define HAL_UART_IOMCU_IDX 8
#define HAL_UART_IO_DRIVER ChibiOS::UARTDriver uart_io(HAL_UART_IOMCU_IDX)

libraries/AP_HAL_ChibiOS/HAL_ChibiOS_Class.cpp初始化FMU串口实例.

#if HAL_WITH_IO_MCU
HAL_UART_IO_DRIVER;
#include <AP_IOMCU/AP_IOMCU.h>
AP_IOMCU iomcu(uart_io);
#endif

2.1 启动代码

AP_Vehicle::setup
 └──> AP_BoardConfig::init
     └──> AP_BoardConfig::board_setup
         └──> hal.rcout->init();
             └──> AP_IOMCU::init
                 └──> !hal.scheduler->thread_create(FUNCTOR_BIND_MEMBER(&AP_IOMCU::thread_main, void)

2.2 初始化

采用1.5Mbps，默认(测试)确保，当前连接在无CTS/RTS的方式下进行通信无异常。

void AP_IOMCU::init(void)
{
    // uart runs at 1.5MBit, 不知道为何，因为后面`thread_main`里面仍然要初始化一遍。难道是为了`check_crc`
    uart.begin(1500*1000, 128, 128);
    uart.set_unbuffered_writes(true);

#if IOMCU_DEBUG_ENABLE
    crc_is_ok = true;
#else
    AP_BoardConfig *boardconfig = AP_BoardConfig::get_singleton();
    if ((!boardconfig || boardconfig->io_enabled() == 1) && !hal.util->was_watchdog_reset()) {
        check_crc();
    } else {
        crc_is_ok = true;
    }
#endif

    if (!hal.scheduler->thread_create(FUNCTOR_BIND_MEMBER(&AP_IOMCU::thread_main, void), "IOMCU",
                                      1024, AP_HAL::Scheduler::PRIORITY_BOOST, 1)) {
        AP_HAL::panic("Unable to allocate IOMCU thread");
    }
    initialised = true;
}

2.3 动态过程

AP_IOMCU::thread_main(void)
|
|-- 初始化部分
|   |-- thread_ctx = chThdGetSelfX()
|   |-- chEvtSignal(thread_ctx, initial_event_mask)
|   |-- uart.begin(1500*1000, 128, 128)
|   |-- uart.set_unbuffered_writes(true)
|
|-- 条件编译（DSHOT 相关配置）
|   |-- HAL_WITH_IO_MCU_BIDIR_DSHOT
|       |-- erpm_period_ms = 10
|       |-- HAVE_AP_BLHELI_SUPPORT
|           |-- blh = AP_BLHeli::get_singleton()
|           |-- erpm_period_ms = constrain_int16(1000 / blh->get_telemetry_rate(), 1, 1000)
|
|-- 触发初始化事件
|   |-- trigger_event(IOEVENT_INIT)
|
|-- 主循环
    |
    |-- 检查与 IOMCU 的通信
    |   |-- now_ms = AP_HAL::millis()
    |   |-- last_reg_access_ms 检查
    |       |-- INTERNAL_ERROR(AP_InternalError::error_t::iomcu_reset)
    |
    |-- 等待事件
    |   |-- mask = chEvtWaitAnyTimeout(~0, chTimeMS2I(10))
    |
    |-- 处理各类 IO 事件
        |
        |-- IOEVENT_SEND_PWM_OUT
        |   |-- send_servo_out()
        |
        |-- IOEVENT_INIT
        |   |-- 读取协议版本
        |       |-- read_registers()
        |       |-- is_chibios_backend 赋值
        |       |-- DEV_PRINTF
        |       |-- modify_register()
        |       |-- AP_IOMCU_FORCE_ENABLE_HEATER
        |           |-- modify_register()
        |
        |-- IOEVENT_MIXING
        |   |-- write_registers(PAGE_MIXING, ...)
        |
        |-- IOEVENT_FORCE_S