程序迭代记录

Gitee

https://gitee.com/WangXi_Chn/GlobalLocalization

应用版本V1.0

应用功能

  • 可与上位机通信（遵从板级串口通信模块的通信协议）
  • 支持与其他STM32单片机通信（遵从板级串口通信模块的通信协议）
  • 支持JC24B无线串口透传模块
  • 支持LED频闪显示自身ID
  • 支持陀螺仪芯片MPU9250驱动，计算获取偏航角
  • 支持Flash外置存储芯片驱动，文件操作系统

开发环境

  • CubeMX
  • MDK5 IDE
  • STM32F405芯片
  • RT-Thread操作系统
  • 面向对象模块接口设计
  • JC24B无线串口
  • MPU9250
  • W25Q256芯片

应用特性

  • 模块化设计自由裁剪
  • 多线程工作
  • 通信模块通用，分自身ID和目标ID，可迅速部署通信网络
  • 数据表大小0xFF个int类型数据
  • 内部集成Kalman滤波算法模块

API说明

补充说明

  • 项目基于硬件版本2.0
  • https://hitwhlc.yuque.com/hero-rc/zlndvo/sixk4b
  • 此应用程序为该系统核心功能
  • 目前陀螺仪测角功能正常，与其他部署相同板级通信系统的通信功能正常
  • 测角准确度还需配合测试装置调整
  • 目前尚未开发全部功能，等待后续扩展开发

应用版本V2.0

应用更新

  • 赋予项目名称 Albatross（信天翁）
  • 寓意长时间续航能力下定位准确
  • 支持通过无线串口发送信息至上位机、单片机等（遵从板级串口通信模块的通信协议）
  • 已通过MiniSpider项目中的OLED显示测试数据（通信链路测试）
  • 磁编码器里程计功能实现
  • 与陀螺仪数据融合得到定位数据初步功能实现（准确度待验证）
  • 支持通过RTT Finsh命令行修改自身ID（重新上电会重置为默认ID 0x01）
  • 支持通过RTT Finsh命令行给指定ID的设备发送帧（需要支持板级串口通信模块的通信协议）

补充说明

  • JC24B无线串口天线非全局定位原设计功能，对其中的串口接线修改适配功能
  • 测试过程中发现问题，磁编码器在仅ST下载器供电时无法读取数据，需要串口供电才可
  • 猜测此编码器的供电引脚与下载器电源接线部分存在问题

应用版本V3.0

应用更新

  • 因信道碰撞严重，放弃使用JC24B无线串口天线
  • 修改无线串口天线为AS13-TTL
  • 已与PC端上位机通信成功
  • 适配全局定位测试装置，放弃与测试控制台的通信，现只可与PC端上位机通信

补充说明

  • 项目移交
  • 现总结项目结构和程序说明

应用程序结构

【RT-Thread】平面全方位定位系统应用程序 - 图1

类

模块类

  • 所有的模块器件都被抽象成为类，使用C语言的结构体实现
  • 结构体中有成员变量，有成员函数
  • 与应用程序处于不同的代码仓库下，支持单独更新升级

  • https://gitee.com/WangXi_Chn/RttOs_ModuleLib

  • 以LED模块为例

  • 每个模块类的定义都在.h文件中 ```c struct _MODULE_LED { / Property / rt_base_t Property_pin; /*!< Specifies the LED module pins to be configured.

    1.                       This parameter is defined by function @ref GET_PIN(GPIOPORT, GPIO_PIN_NUM) */

    enum LED_MODE Property_Mode;

    rt_uint32_t LED_TIME_CYCLE; / if Property_Mode is FLASH_LED_MODE, must be defined/ rt_uint32_t LED_TIME_OUTPUT;

    / Value / rt_uint16_t last_time_show_cycle; // 状态查询时间 rt_uint16_t set_time_cycle; // 循环时间 rt_uint16_t set_last_time; // 上一次电平输出时间 rt_uint8_t curr_number; // 当前 rt_uint8_t next_number; // 下一个指示次数

    / Method / void (Method_Init)(struct _MODULE_LED module); void (Method_Handle)(struct _MODULE_LED module); void (Method_Set)(struct _MODULE_LED module,rt_uint8_t number);

}; typedef struct _MODULE_LED MODULE_LED;

  2. - 注释/* Property */下的，为使用该结构体声明一个变量时（即类的例化），必须给出的初始值（即类的属性）
  3.    - 一般为与硬件或RTT的对应关系
  4. - 注释/* Value */下的，为一些变量，不必赋予初值，会在程序运行中发生变化
  5.    - 一般是一些中间计算结果，或者是输出结果
  6.    - 可用来观察，调用，调试
  7. - 注释/* Method */下的，为成员函数（即类的方法），该模块提供的一些程序段
  8.    - 使用 . 成员函数 即可实现对其的调用
  9.    - 所用的模块都对成员函数有固定含义的命名
  10.    - Method_Init 一般为对该模块的初始化，用户一般不直接使用该方法
  11.       - （在该模块的全局函数Config中自行运行）
  12.    - Method_Handle 一般为该模块的中断服务函数，用户一般需要将其放到一个线程中，会自行阻塞运行
  13.    - Method_Set 一般为该模块的参数设置，可根据模块功能和参数组成决定
  14.    - Method_Get 一般为获取该模块的某个数值
  16. **注意：由于这里是使用了函数指针作为结构体成员，代替实现了类似于方法的功能，但是还需要将实际的函数与函数指针完成映射，映射过程是在每个模块的全局函数 ****Module_XXX_Config 中实现的，同时模块的 .Init 方法也在这里被调用**
  17. ```c
  18. /* Global Method */
  19. rt_err_t Module_Led_Config(MODULE_LED *Dev_LED){
  20.     if(Dev_LED->Method_Init==NULL &&
  21.         Dev_LED->Method_Set==NULL &&
  22.         Dev_LED->Method_Handle==NULL
  24.     ){  
  25.         /* Link the Method */
  26.         Dev_LED->Method_Init = Module_LedInit;
  27.         Dev_LED->Method_Set = Module_LedSet;
  28.         Dev_LED->Method_Handle = Module_LedHandle;
  29.     }
  30.     else{
  31.         rt_kprintf("Warning: Module Led is Configed twice\n");
  32.         return RT_ERROR;
  33.     }
  35.     /* Device Init */
  36.     Dev_LED->Method_Init(Dev_LED);
  37.     return RT_EOK;
  38. }

因此在使用各个模块前必须调用该函数，实现对模块的初始化，否则会在RTT中报堆栈溢出的错误

应用类

  • 将整个应用程序也抽象成为了一个类 _APP_GLOBALPOS
  • 类的成员即为各个模块，实现类的嵌套（结构体嵌套）
  • 类的方法只有两个
    • Method_Init 应用程序初始化（不由用户调用，Config自行完成）
    • Method_Run 应用程序运行
  • 这两个方法仅在main中被调用，作为应用程序的入口
  • 对该应用类的例化（结构体变量声明）也在main中进行，成为该应用程序几乎唯一的全局变量

image.png

  • 在Debug中，将此变量添加在监视窗口，可观察所有模块的运行状态
    • 应用类的全局方法 APP_XXX_Config
  • 应用类成员函数的绑定

  • 应用类所有模块的Config

    1. void APP_GlobalPos_Config(APP_GLOBALPOS *Application)
    2. {
    3. if(    Application->Method_Init    ==    NULL &&
    4.    Application->Method_Run        ==    NULL
    6. ){  
    7.    /* Link the Method */
    8.    Application->Method_Init = APP_GlobalPosInit;
    9.    Application->Method_Run     = APP_GlobalPosRun;
    11. }
    12. else{
    13.    rt_kprintf("Warning: Module Led is Configed twice\n");
    14.    return;
    15. }
    17. /* Device Init */
    18. Application->Method_Init(Application);
    20. /* Module Config */
    21. Module_Led_Config(&(Application->dev_Led));
    22. Module_File_Config(&(Application->dev_SpiFile));
    23. Module_UartCom_Config(&(Application->dev_UartBsp));
    24. Module_MPU9250_Config(&(Application->dev_Mpu9250));
    25. Module_AS5048_Config(&(Application->dev_As5048_left));
    26. Module_AS5048_Config(&(Application->dev_As5048_right));
    28. return;
    29. }

  • 在应用类的Init方法中，实现对其所有模块的/ Property /变量的赋值 ```c static void APP_GlobalPosInit(APP_GLOBALPOS Application) { / Module param list ————————————————————————————————————- / / LED device / / Pin: PA10 Low power enable */ Application->dev_Led.Property_pin = GET_PIN(A, 10); Application->dev_Led.Property_Mode = FLASH_LED_MODE; Application->dev_Led.LED_TIME_CYCLE = 1500; Application->dev_Led.LED_TIME_OUTPUT = 150;

    ……

} ```

线程

基本组成

  • 应用类的方法中 Method_Run 是个一次性方法，其作用是
    • 创建线程
    • 创建调度线程的信号量等
  • 所有的应用程序根据实际需要基本上都有这样几个线程
    • XXXLed_thread
      • 系统状态灯线程，从其频闪中可以传达一定信息，而且可观察RTT是否运行正常
    • XXXUpdate_thread
      • 数据更新线程，一般是处于阻塞态线程，等待串口、CAN等缓存区释放信号量
    • XXXDeal_thread
      • 数据处理线程，处理应用程序中的数据运算
    • XXXShow_thread
      • 显示线程，一般外界OLED、串口屏等，发送显示信息
  • 各个模块相互作用的机会仅存在于应用线程这一层，除了这个地方，各个模块之间几乎没有数据交互的机会

    运行流程

    以全局定位为例
  1. 应用程序初始化（APP_Config）
    1. 应用程序类成员函数绑定
    2. 应用程序类初始化（Method_Init）
      1. 所属模块属性配置（/ Property /）
    3. 模块初始化（Module_Config）
      1. 模块类成员函数绑定
      2. 模块类初始化（Method_Init）
  2. 应用程序运行（Method_Run）
    1. 创建线程，创建信号量
  3. 各个线程运行

    下一步工作

    硬件

    修改现有问题

  • RS232 5V供电接口失败

image.png

  • 全局定位在车上的供电方式为由主控板的232串口通信线供电
  • 现从这里供电无反应，可排查是否是线路问题
    • 全局定位上的悬臂上的磁编码器PCB需要重新做

image.png

  • 原来的AS5048a芯片数据不好（可能是远距离运输导致）
  • 更换了模块，用双面胶贴上去的，距离磁钢较远，而且紧固螺丝不能完全旋入，会受影响

image.png

  • 重新做一块装上去，注意PCB的尺寸（为特殊形状）

    升级需要

  • 陀螺仪是否需要更换，可测试后讨论
    • 现在是MPU9250

  • 如果没有把握，建议单独留出一个接口，支持外接陀螺仪对比效果

    • 程序上很好处理，更换数据来源即可

      软件

      测试数据准确性

  • 将全局定位反馈数据（上位机或者RTT Finsh打印）与装置的实际位置对比

  • 有三种方法实现

      1. 手动读数，标记刻度，角度，对比数据
      1. 通过控制装置的电机，换算齿比后，得到装置位置，对比数据
      1. 装置上再加装东大的全局定位，读取返回数据，对比

        完善外设接口

  • RS232与主控的通信还没有写

  • 建议遵从东大全局定位的通信协议，实现适配，无需修改底盘主控的程序

  • 需要设置一个开关调整串口在不同场合下的输出，提升运算性能

    • 调试中，仅开启上位机串口和Finsh串口发送数据
    • 运行中，仅开启RS232串口发送数据

      加装外部校准手段

  • 磁力计

    • 如果可用磁力计校准，可以使用现已有的Flash文件系统，存取滤波参数
    • 考虑磁力计在现实情况下的表现

  • 激光校准

    • 设置开关，在某个情景下读取激光参数，作为陀螺仪数据，并旋转坐标矩阵

      写在最后

  • 从程序结构那个地方，可能看的比较费劲，因为每个人的实践经历不同，对同一件事的看法也不同

  • 这种写法也是我第一次，公开的，完整的描述
  • 之前从各个模块的编写中或多或少流露出这种组织思路
  • 但真正能形成一个整体，还是从组织成为一个应用程序开始
  • 最开始所有的想法都来源于一篇这样的文章

【编程之美】常用于单片机的接口适配器模式C语言实现.pdf

  • 读过之后就发现，这样可以解决我一直比较困惑的问题
    • 如何提升代码的复用性
  • 这种复用性不是说 复制然后粘贴 就好用的那种
  • 而是实实在在，可以成为积木，变成某个应用程序的一部分
  • 并且支持“热修复”
  • 这里的热修复指的是，三个应用程序使用了同一个模块，当我想要添加这个模块的功能，直接修改这个模块的文件即可，不必修改三个应用程序的三个地方
  • 而且模块接口尽可能简洁明了
  • 最重要的是，支持面向对象思想
  • C语言不像C++和C#那样，提供语法来支持类、对象、属性、方法这些概念
  • 但我们可以通过结构体等数据结构来模拟，来封装，极大程度上减少工作量
  • 最主要的是，我的单片机程序（RTT支持）有了一个固定的编程模板，通过这个模板可以清楚的理解每个应用在干什么
  • 不论是全局定位、测试装置还是分布小模块，他们的框架都是一样的
  • 不同之处仅在于，调用了不同的模块，进行了不同的计算
  • 这也是为什么我可以同时写三个工程而不觉得混乱，算上上位机，四台设备的通信调试也可以清楚分析
  • 这个框架是看了那篇文章后写了一个LED的模块，逐渐衍生出来的
  • 不是突然一下确定下来的，包括里面变量的命名、概念的区分，都是随着实践逐渐完善
  • 可以看到部分模块的命名并不是遵从上述规律，是因为时间久远
  • 最新的模块一定是符合上述标准的
  • 通过这种方式也形成了自己的代码风格，基本上能实现一看就认出是我写的
  • 后来因为毕业设计要学习Linux的内核源码
  • 发现其实Linux的设备驱动框架和这个思路差不多，那篇文章应该也是借鉴了Linux的写法
  • 所以一个大的工程、标准的工程，不只是功能的实现，它的结构，它的组织形式一定是考究的
  • 我们的机器人控制，当然控制算法很重要，但是有没有一种途径让控制算法保留成模块
  • 我们也写了很多驱动，但是有多少驱动是反复的写，反复的调试
  • 有了RTT，我们可以掩藏一些硬件细节，同样也对我们把各个功能集成为模块提供了契机
  • 所以，你可能不喜欢这种应用程序的写法，也可能不喜欢这种模块的组织形式
  • 但一定要有这种想法和趋势，来提升自己的效率，让曾经的工作积累为自己铺路