PX4學習（3）——資訊流淺析 uorb&mavlink
之前我們已經談到系統框架，之前談到了定製自己功能的兩部：新增模組和修改資訊流。
鑑於資訊流的重要性，我們在這裡重新複習整理一下：看完之後你應該做到三點:
1、掌握uorb基本函式的使用
2、能夠新增自己的uorb
3、嘗試去探究一下uorb和mavlink
下面開始先複習第一部分，uorb的基本函式：
uORB(Micro Object Request Broker,微物件請求代理器)是PX4/Pixhawk系統中非常重要且關鍵的一個模組，它肩負了整個系統的資料傳輸任務，所有的感測器資料、GPS、PPM訊號等都要從晶片獲取後通過uORB進行傳輸到各個模組進行計算處理。實際上uORB是一套跨「程序
Pixhawk使用的是NuttX實時ARM系統，uORB實際上是多個程序開啟同一個裝置檔案，程序間通過此檔案節點進行資料互動和共享。程序通過命名的「
匯流排」交換的訊息稱之為「主題」(topic)，在Pixhawk 中，一個主題僅包含一種訊息型別，通俗點就是資料型別。每個程序可以「訂閱」或者「釋出」主題，可以存在多個釋出者，或者一個程序可以訂閱多個主題，但是一條總線上始終只有一條訊息。（注意一條總線上始終只有一條訊息，後來的資訊總會覆蓋掉前面的訊息）
應用層中操作基礎飛行的應用之間都是隔離的，這樣提供了一種安保模式，以確保基礎操作獨立的高級別系統狀態的穩定性。而溝通它們的就是uORB。
下面是一些常用函式：
int orb_subscribe(const struct orb_metadata *meta)
功能：訂閱主題（topic）;
說明：即使訂閱的主題沒有被公告，但是也能訂閱成功；但是在這種情況下，卻得不到資料，直到主題被公告；
這就是為什麼釋出資料之前需要先公告，公告相當於註冊吧。在訊息主題中，控制代碼用的很多，都是對控制代碼直接操作的。控制代碼的初始化是放在程序的初始化部分的。
引數：
meta:uORB元物件，可以認為是主題id；
返回值：
正確返回一個控制代碼，控制代碼是你自己定義的，初始化為-1，如int my_topic_sub=-1；
int my_topic_sub = orb_subscribe(ORB_ID(my_topic));
注意：訂閱的控制代碼常常起名為_sub指的就是subscribe，看到不要以為是sub副的意思；而釋出的主題，字尾常常是_pub是publish的意思。
int orb_set_interval(int handle, unsigned interval)
功能：設定訂閱的最小時間間隔；
說明：如果設定了，則在這間隔內釋出的資料將訂閱不到；需要注意的是，設定後，第一次的資料訂閱還是由起初設定的頻率來獲取。handle控制代碼，訂閱主題返回的控制代碼，interval間隔時間，系統常設定的是33ms，就是30hz的更新頻率。
訂閱了訊息主題，如何檢查資料更新了嗎？下面就是兩種方式，區別自己比較吧，之前我提到過。
int poll(struct pollfd fds[], nfds_t nfds, int timeout)
功能：監控檔案描述符（多個）；
說明：timeout就是最大阻塞這麼長時間等待你的資料，因為我不可能一直等你，那樣豈不是什麼也幹不了，所以限制一個時間，就等這麼常時間。返回為0那就是時間都用完了也沒等到資料，>0就是時間內拿到了資料，<0那就是出錯了，看到沒有返回的是拿到你資料時我還剩多少阻塞時間。
輸入：
fds:struct pollfd結構型別的陣列，程序可以同時等待很多個主題資料，當有資料更新時，判斷一下是誰
nfds:用於標記陣列fds中的結構體元素的總數量；
timeout:是poll函式呼叫阻塞的時間，單位：毫秒；
返回值：
>0：阻塞時間內拿到了資料；
==0:抱歉時間都用完了，也沒能拿到資料;
-1:poll函式呼叫失敗；
int orb_check(int handle, bool *updated)
功能：檢查一個主題資料有沒有更新，更新了updated會被設定為true。但一旦呼叫ob_copy來接收、處理過後，updated會被自動設定為false，所以這種方式資料只能被第一個人檢測到，後面人再檢測到時updated已經是fals。
兩種方式檢查到資料已經更新了，怎麼取出，怎麼使用？
int orb_copy(const struct orb_metadata *meta, int handle, void *buffer)
功能：從訂閱的主題中獲取資料並將資料儲存到buffer中。meta訊息的ID，handle控制代碼，哪個控制代碼，你訂閱時返回的控制代碼，從訊息中拷貝資料放到buffer中。buffer是自己訊息的資料結構型別自己定義的。例：sensor_combined_s raw ；orb_copy(ORB_ID(sensor_combined), sensor_sub_fd, &raw);
前面說的都是訂閱，那麼怎麼釋出？
orb_advert_t orb_advertise(const struct orb_metadata *meta, const void *data)
功能：先公告主題，相當於註冊，只要一次就行了。meta公告的訊息ID，data公告的原始資料。
說明：在釋出主題之前是必須的；否則訂閱者雖然能訂閱，但是得不到資料；
int orb_publish(const struct orb_metadata *meta, orb_advert_t handle, const void *data)
功能：公告之後就可以釋出主題資料。meta公告的訊息ID，handle公告返回的控制代碼，這個控制代碼初始化為null，data釋出的資料，要釋出什麼資料，自己填充。
至於使用例程自己去官網看吧，例程很多。
2、能夠新增自己的uorb
下面講第二個問題，如何新增自己的主題。
1）在msg/下仿照其他檔案，寫自己的主題內容，msg的名字就是你訊息主題的名字
2）在cmakelist中新增你的msg檔名
之後再編譯，就會在build/src/moudle/uorb/topic中有你自定義的主題.h檔案。看看裡面的內容是不是和你自定義的msg內容一樣，還給你生成了主題的資料結構。當使用這個主題時，#include你的主題就可以使用它了。
3、探究一下uorb和mavlink
Mavlink是目前最常見的無人機飛控協議之一。PX4對Mavlink協議提供了良好的原生支援。該協議既可以用於地面站(GCS)對無人機(UAV)的控制，也可用於UAV對GCS的資訊反饋。其飛控場景一般是這樣的：
a) 手工飛控：GCS -> (MavLink) -> UAV
b) 資訊採集：GCS <- (Mavlink) <- UAV
c) 自治飛控：User App -> (MavLink) -> UAV
也就是說，如果你想實現地面站控制飛行，那麼由你的地面站使用Mavlink協議，通過射頻通道(或 wifi etc.)給無人機發送控制指令就可以了。如果你想實現無人機自主飛行，那麼就由你自己寫的應用（執行在無人機系統上）使用Mavlink協議給無人機發送本地的控制指令就可以了。
然而，為實現飛控架構的靈活性，避免對底層實現細節的依賴，在PX4中，並不鼓勵開發者在自定義飛控程式中直接使用Mavlink，而是鼓勵開發者使用一種名為uORB((Micro Object Request Broker，微物件請求代理)的訊息機制。其實uORB在概念上等同於posix裡面的命名管道(named pipe)，它本質上是一種程序間通訊機制。由於PX4實際使用的是NuttX實時ARM系統，因此uORB實際上相當於是多個程序（驅動級模組）開啟同一個裝置檔案，多個程序（驅動級模組）通過此檔案節點進行資料互動和共享。
在uORB機制中，交換的訊息被稱之為topic，一個topic僅包含一種message型別（即資料結構）。每個程序（或驅動模組）均可“訂閱”或“釋出”多個topic，一個topic可以存在多個釋出者，而且一個訂閱者可也訂閱多個topic。而正因為有了uORB機制的存在，上述飛控場景變成了：
a) 手工飛控：GCS -> (MavLink) -> (uORB topic) -> UAV
b) 資訊採集：GCS <- (Mavlink) <- (uORB topic) <- UAV
c) 自治飛控：User App -> (uORB topic) -> (MavLink) -> UAV
有了以上背景基礎，便可以自寫飛控邏輯了，僅需在PX4原始碼中，新增一個自定義module，然後使用uORB訂閱相關資訊（如感測器訊息等），併發布相關控制資訊（如飛航模式控制訊息等）即可。
最後值得一提的是，在PX4系統中，還提供了一個名為mavlink的專用module，原始碼在firmware的src/modules/mavlink中，這貨與linux的控制檯命令工具集相當相似，其既可以作為ntt控制檯下的命令使用，又可作為系統模組載入後臺執行。其所實現的功能包括：1）uORB訊息解析，將uORB訊息實際翻譯為具體的Mavlink底層指令，或反之。2）通過serial/射頻通訊介面獲取或傳送Mavlink訊息，既考慮到了使用者自寫程式的開發模式，也適用於類似linux的指令碼工具鏈開發模式，使用起來很靈活。
4、還可以通過mavlink修改資訊流，地面站就是走這個，這個有時間再整理。