軟件框架講解

作者：nieyong

飛控源代碼部分，都是屬於一磚一瓦敲出來的。沒有使用實時操作系統（RTOS），我們稱之為裸機代碼，托管在Github上，名字為crazepony-firmware-none，尾綴none表示未使用操作系統裸跑的意思。

那麽，現在就結合裸機代碼，來說說Crazepony的軟件框架。

本文檔以Crazepony 5.2版本為基礎。Crazepony 5.0版本及以前的代碼主要由馬駿（CamelGo）完成。貢獻者黃永祥在5.1版本中對飛控代碼進行了重構，將Crazepony的穩定性推向了一個新的高度。貢獻者Nieyong在5.2版本中對代碼進行了整理。

軟件流程圖

Crazepony軟件流程如下圖所示：

Craepony主控使用的是STM32芯片，沒有上實時操作系統，依靠中斷嵌套來完成整體功能。程序核心就是通過定時器，在主循環中通過不斷查詢判斷各個條件，這樣就產生了幾個大小不一樣的時間段，我們根據需要就可以完成以多大的頻率掃描一次遙控器指令、多久更新一次傳感器數據、多久更新一次控制等等飛控需要實現的功能，盡可能的利用主控的資源。

初始化

進入主函數之後就是STM32處理器及各個部分的初始化。

接下來就是進入主循環while(1)之中了，主循環也就是整個程序功能實現的關鍵，程序進入這裏面就循環在裏面運行了，當然中斷會打斷去運行中斷服務程序運行完之後再回到這裏運行。

主循環-100Hz循環

主循環體中首先有if(loop100HzCnt >= 10){}這個結構，其中loop100HzCnt這個變量是在TIM4中斷服務程序中累加的，1ms累加一次，也就是說定時每10ms就去完成一次其中的工作。

那麽100Hz需要做一次的工作是什麽呢？讀取mpu6050數據，氣壓計數據並進行整合。因為采用軟解姿態，讀取的數據為加速度計和陀螺儀的AD值，將數據進行標定、濾波、校正後通過四元素融合得到三軸歐拉角度。如下圖。

加速度傳感器采集數據容易失真，造成姿態解算出來的歐拉角錯誤，只用角度單環情況下，使系統很難穩定運行，因此可以加入角速度作為內環，角速度由陀螺儀采集數據輸出，采集值一般不存在受外界影響情況，抗幹擾能力強，並且角速度變化靈敏，當受外界幹擾時回復迅速增強了系統的魯棒性。

Crazepony采用雙閉環PID控制，如下圖所示。

角度作為外環，角速度作為內環，進行姿態雙環PID控制。角度環的輸出值作為角速度環的輸入建立自穩系統。

主循環-50Hz循環

在if(loop50HzFlag){}進入50Hz（20ms執行一次）循環。loop50HzFlag標誌位是在TIM4中斷中每20ms置位一次的，這裏解析了收到的遙控器無線發送過來的指令，結合當前的姿態計算更新這些控數據給核心控制算法輸出控制飛控，我們就可以控制飛控前進後退，上升下降等等操作了。如下圖。

主循環-10Hz循環

同樣的思路if(loop10HzFlag){}也就是以10Hz的頻率去執行下面功能。在這裏可以通過藍牙向我們的手機APP傳送一些飛控的姿態信息，然後查詢飛控的電量沒有足夠的話就讓飛控降落下來，查詢高度啊超出可控範圍也把飛控降下來，查詢是否和遙控器失聯啊，失聯就降下飛控等等安全飛行的控制。如下圖

最後就是if(pcCmdFlag)這個了，這是一個與上位機調試有關的東西，主循環查詢這個標誌位，標誌位是由上位機發送過來的指令置位的，它主要是處理pc機發送過來的指令，PID參數讀取，修改等等。

Crazypony四軸飛行器代碼框架