基于RT-Thread和i.MX RT1052的开源AutoQuad飞控 RTThread物联网操作系统

2018 年 8 月 2 日 无人机

本文为jiezhi320参与RT-Thread应用作品征集赛作品原创。只要你采用RT-Thread操作系统设计开发，不限硬件（每人可提交作品数不限）就有机会获得2000元现金大奖哦！投稿：andychen@rt-thread.com

【背景描述】

AutoQuad是德国的一款老牌开源飞控（硬件闭源），其旨在提供稳定、动态飞行和自动驾驶功能的飞控控制器。

由于AutoQuad硬件闭源的特性，国内的玩家很少，但AutoQuad 的ukf算法“独步天下”，绝对是一绝，我对其垂涎已久。15年时我自己做出了Autoquad的M4版本硬件（基于stm32f405rgt6），可以运行官方源码。

17年时我将Autoquad移植到mdk环境下并且将其rtos替换为RT-Thread。后续玩这个玩了蛮久时间，这个版本的AutoQuad有一个问题：由于UKF算法占用了很多cpu资源使得整个系统cpu占用率太高，再者就是片内ram资源捉襟见肘。

对于这个版本的AutoQuad目前有挺多模友想继续深入的开发，比如网名为“我的世界观”的网友想将L1自适应控制算法加入到其中，但这个L1自适应算法也是极耗费cpu资源的。在这个背景下我开始着手AutoQuad在imx-rt1052上的实现，以期留出足够的资源给大家来给模友们深入开发，同时我也借机熟悉下RT-Thread的3.x版本。

另外参加这个作品征集活动只是这个项目的开始，我后续会将成果放在github，欢迎大家一起来加入这个项目，继续延续AutoQuad的传奇。

【所用物料】

主控：

iMX-RT1052DVL6B

传感器：

ICM20602、SPL06、HMC5983

编译环境:

WIN10、MDK5.25

RT-Thread 版本：

3.0.4

实物图：

硬件板子目前基于野火1052 mini开发板，传感器是从马家买的现成模块，采用飞线的形式固定在开发板上（后期会重新设计一款小的适合飞控的板子）

主控+传感器

全部的连接都使用飞线（感谢火哥不杀之恩）

为了上盖能盖的下，将底板上的usb座和网络接口座去掉了（感谢火哥不杀之恩）

勉强能扣好

【硬件设计】

系统框图

硬件设计解析

A、传感器部分：

各个传感器接到IMX-RT1052的SPI3上，进行分时操作。

B、SBUS输入

由于SBUS信号是一个反向电平的串口信号，这里使用一个三级管搭了一个简单的反向电路，从而将信号正确到接入到处理器的串口输入端。

C、PWM 信号输出

用于控制ESC的PWM信号，使用主控上PWM1和PWM2中的AB通道，这里3的意思是使用submode3。

D、GPS

GPS模块是一个独立的单元，通过串口接到主控的串口5上，上图中的原理图是我早期时候设计的基于Ublox M8N的GPS模块，这里刚好用到。

【软件设计】

软件设计流程

整个AutoQuad源码是一个较大的系统，我这里抽丝剥茧，将其中的主脉络流程贴出来：

关键代码解析

此版和之前在stm32f405上的版本最大的区别在于加速度+陀螺仪传感器、磁力计、高度计的数据读取上。原版直接使用spi进行驱动，这个版本我使用了RT-Thread的SPI设备驱动框架来进行数据读取。

这里将加速度传感器&陀螺仪驱动源码列出来，进行一个简单解析：

1、将总线设备挂到总线上（配置CS引脚）

rt1050_spi_bus_attach_device("spi3", "spi32", 64);

此段代码表示将icm20602作为spi3上的第三个设备和spi总线进行关联，并使用 GPIO_AD_B1_05 作为其cs引脚（其中64代表 GPIO_AD_B1_05 ，即icm20602的cs引脚是 GPIO_AD_B1_05 ）。

2、配置SPI总线相关参数

struct rt_spi_configuration cfg;


    cfg.data_width = 8;

    cfg.mode = RT_SPI_MODE_0 | RT_SPI_MSB; /* SPI Compatible: Mode 0 and Mode 3 */

    cfg.max_hz = MPU6000_SPI_BAUD; /* 1M */

rt_spi_configure(spi_acc_gyro_device->rt_spi_device, &cfg);

3、对总线的互斥操作

为保证多个设备对spi3的互斥使用，需要对icm20602加入互斥锁操作：

static void sensor_lock(struct spi_acc_gyro_device * sensor_device)

{

    rt_mutex_take(sensor_device->lock, RT_WAITING_FOREVER);

}


static void sensor_unlock(struct spi_acc_gyro_device * sensor_device)

{

    rt_mutex_release(sensor_device->lock);

}

4、寄存器的读写操作

static void icm20602_write_reg(uint8_t reg, uint8_t value)

{

    uint8_t send_buffer[2];

    send_buffer[0] = reg&0x7f;

    send_buffer[1] = value;

    rt_spi_send(spi_acc_gyro_device->rt_spi_device, send_buffer, 2);

}
 

static uint8_t icm20602_read_reg(uint8_t reg)

{

    uint8_t rxBuf[2];

    uint8_t txBuf[2];

    txBuf[0] = reg|0x80;

    rt_spi_send_then_recv(spi_acc_gyro_device->rt_spi_device, txBuf, 1, rxBuf, 2);

    return rxBuf[0];

}


static uint8_t icm20602_read_buffer(uint8_t reg, uint8_t *buffer, uint16_t len)

{

    uint8_t txBuf[2];

    uint8_t rxBuf[20];

    sensor_lock(spi_acc_gyro_device);

    txBuf[0] = reg|0x80;

    rt_spi_send_then_recv(spi_acc_gyro_device->rt_spi_device, txBuf, 1, rxBuf, len);

    rt_memcpy(buffer, rxBuf, len);

    sensor_unlock(spi_acc_gyro_device);

    return 0;

}

因为使用SPI总线驱动架构，SPI部分的相关操作使用 rt_spi_send 和 rt_spi_send_then_recv 这两个API。

5、读取加速度和陀螺仪数据

static uint8_t icm20602_get_accel(int16_t *accel, int16_t *temp)

{

    uint8_t buf[10];

    icm20602_read_buffer(ICM20_ACCEL_XOUT_H,buf,8);

    accel[0] = ((int16_t)buf[0]<<8) + buf[1];

    accel[1] = ((int16_t)buf[2]<<8) + buf[3];

    accel[2] = ((int16_t)buf[4]<<8) + buf[5];

    *temp     = ((int16_t)buf[6]<<8) + buf[7];

    //ICM_TRACE("acc0=%d, acc1=%d, acc2=%d\r\n",accel[0],accel[1],accel[2]);

    return 0;
}

 

static uint8_t icm20602_get_gyro(int16_t *gyro)

{

    uint8_t buf[8];

    icm20602_read_buffer(ICM20_GYRO_XOUT_H,buf,8);

 

    gyro[0] = (buf[0]<<8) + buf[1];

    gyro[1] = (buf[2]<<8) + buf[3];

    gyro[2] = (buf[4]<<8) + buf[5];

 

    // ICM_TRACE("gyro0=%d, gyro1=%d, gyro2=%d\r\n",gyro[0],gyro[1],gyro[2]);

 

    return 0;

}

因为 icm20602_read_buffer 函数内部已经加入了互斥，所以读取时不再需要互斥操作。