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四轴飞行器1.8 通讯协议拟定、协议验证与飞控输出验证
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上个周末其实通讯协议就已经拟定完成了，这一个星期主要成了通讯协议的解析，然后通过通讯协议的实现，加入遥控器的控制和飞控信息的传递，从飞控传到遥控器，再从遥控器传到电脑上，通过matlab现实姿态信息和电机输出控制信息。这章会一步一步介绍实现的过程。
1：遥控和飞控之间的通讯。
2：通讯协议的拟定。
3：通讯协议的实现与解析。
4：通过遥控控制飞控并且飞控姿态通过nrf上传数据。
先上通过遥控控制飞控并且飞控姿态通过nrf上传数据的视频哈，看看效果，解释在后面；
视频发布中，发布了再加进来。
视频地址
1：遥控和飞控之间的通讯
有了上章的环形缓冲和通讯的基础，现在就验证下环形缓冲和通讯结合起来的工作效果。
有了环形缓冲，我们实现发送和接收就比较简单了，需要发送数据的时候，我们只要把数据push到缓冲里面，接收数据的时候在接受中断了里将数据push进缓冲。我们有一个专门通讯管理的task，用来判断缓冲里面是否有数据，如果发送缓冲里面有数据，就读取数据，发送，发送后然后将数据pop，如果接收缓冲里面有数据，就读取数据，并且根据协议解析，然后pop。
根据上面的说明，我们在遥控上面发送数据，然后飞控接到数据后会返回数据给遥控，如此往复。。具体通讯效果如下图。
上图左边是遥控器的串口输出信息，右边是飞控输出的信息。图中txds为收到ACK包，txed为发送完成，rxed为接受完成，trmax为重试了设定的次数还没收到ACK包，意味着发送失败。发送失败的还是有的哈，不过暂时没有做发送失败的处理，也没有判断。。我们可以失败了不pop，稍微等待个几毫秒再试着发送一次。。
2：通讯协议的拟定
通讯协议需要简单，尽量少的数据传输尽量多的信息。。。
首先我们将协议进行了分类，分为控制类，查询类，和主动上报类，一共三类，所以需要占用2位，一个字节里面占2位后还有6位，有64种组合，目前看应该够我们用了，然后后面就是根据各个命令来传输数据了。协议大致如下图：
根据协议我们定义了如下结构体：
1 typedef union 2 { 3 u8 mode; //飞行模式的mode参数 4 Com_Att_t Att; //姿态信息 5 u32 Height; //高度参数 6 Com_PID_t Pid; //PID信息 7 u8 RetPara; //返回信息 8 Com_Sensor_t Sensor; //传感器数据 9 u8 Battery; //电池电量10 }Comm_Para_tu;11 12 typedef struct13 {14 u8 Command:6; //0~5位为命令15 u8 ComType:2; //6~7位为命令类型16 }Order_t;17 18 19 typedef struct20 {21 u8 Len; //数据长度22 Order_t Order; //命令类型23 Comm_Para_tu Para; //参数24 }Comm_Data_ts;
Comm_Data_ts是我们通讯用到的结构体，根据协议，里面有数据长度，然后有命令类型和对应的命令，后面就跟着参数。发送数据只需要对这个结构体赋值，接收数据后解析只需要根据这个机构体的Order找到对应的命令，然后根据对应的参数读取数据就好了，这样在上层操作的时候，我们不需要管通讯协议的哪个字节存什么数据，只需要对结构体进行操作。
3：通讯协议的实现与解析
为了方便代码的实现，我们对每个命令写了一个解析函数。那我们是怎样找到这个函数的呢？我们创建一个结构体，里面有命令和命令对应的处理函数的函数指针，我们只需要进行命令匹配，匹配好后，就调用对应的函数指针调用对应的函数，这样就完成了解析。
结构体如下：
1 /*命令回调结构*/ 2 typedef struct 3 { 4 void (*Comm_CallBack)(Comm_Data_ts *msg); 5 u8 command; 6 } SubComm_Fun; 7 8 9 typedef struct10 {11 const SubComm_Fun *SubComm; //指向子命令12 u8 ComType; //命令类型13 u8 Len; //子命令个数，优化搜索时间14 } Comm_Fun;
因为我们命令分两层，所以先对命令类型解析，然后搜索下一层命令，然后再运行对应的函数指针，打个比方，上面结构体的部分初始化如下：
1 //查询类命令于对应函数定义 2 //注意，一定要注意，一定要修改FLY_QUERY_FUN_LEN宏定义 3 const SubComm_Fun Fly_Query_Fun[]= 4 { 5 { 6 Fly_Query_Sensor, 7 FLY_QUERY_SENSOR 8 }, 9 10 {11 Fly_Query_Attitude,12 FLY_QUERY_ATTITUDE13 },14 15 {16 Fly_Query_System_Sta,17 FLY_QUERY_SYSTEM_STA18 },19 20 {21 Fly_Query_Battery,22 FLY_QUERY_BATTERY23 },24 };25 #define FLY_QUERY_FUN_LEN 426 27 28 //命令类型对子命令数定义29 //注意，一定要注意，一定要修改Comm_Fun_Len宏定义30 const Comm_Fun Fly_Fun[]=31 {32 {33 Fly_Ctrl_Fun,34 FLY_CTRL,35 FLY_CTRL_FUN_LEN36 },37 38 {39 Fly_Query_Fun,40 FLY_QUERY,41 FLY_QUERY_FUN_LEN42 },43 44 {45 Fly_Report_Fun,46 FLY_REPORT,47 FLY_REPORT_FUN_LEN48 },49 };
初始化上面的机构体后，我们就根据命令来解析，解析代码如下：
1 void Comm_Decode(Comm_Data_ts *msg) 2 { 3 u8 i,k; 4 5 for(i = 0 ; i < COMM_FUN_LEN; i++) 6 { 7 /*查询消息命令*/ 8 if(msg->Order.ComType == Fly_Fun[i].ComType) 9 {10 for(k = 0 ;k < Fly_Fun[i].Len; k++)11 {12 if(Fly_Fun[i].SubComm[k].command == msg->Order.Command)13 {14 Fly_Fun[i].SubComm[k].Comm_CallBack(msg);15 break;16 }17 }18 break;19 }20 21 }22 23 }
这样一是代码重用率很高，而且增加和删减命令很简单。不过我们可以将命令类型改成枚举类型，可以避免出现错误的命令可能。
解析的效果如下图:
上图左边为遥控器的nrf的debug信息，右边为遥控器接收到数据后的解析的debug信息。遥控器通过手柄的及格按键发送不同的命令进行测试，通过实际观察，运行良好。
4：通过遥控控制飞控并且飞控姿态通过nrf上传数据
将上面功能全部结合起来，同时实现无线姿态采集，都是通过协议实现的。
先说明下我们的运行方式：飞控定时给遥控器发送传感器信息和姿态信息，遥控通过串口发给matlab，并且进行实时现实。这里我们上传的信息添加了电机的控制信息，包括总油门和每个电机的单独油门，通过这个我们可以观察飞控对桨的操作逻辑是否正确。同时遥控可以发送遥控命令，命令飞控的目标姿态。效果图图下：
左边的柱状图12345分别为moto1，moto2，moto3，moto4和油门。
电机位置示意如下：
字很丑哈，随便画的当时，看不太明白的可以到如下网址看，电机的方位和角度的定义有点不同哈，但是原理是一样的。
网址：http://bbs.21ic.com/icview-605405-1-1.html
最后联机测试的视频见顶端，通过测试，电机输出逻辑正常，放心了哈。。后面加电调控制进去，调下PID，应该可以飞了。。
四轴飞行器1.8 通讯协议拟定、协议验证与飞控输出验证