BetaFlight深入传感设计：传感模块设计框架

Posted 2022-11-11 lida2003

BetaFlight深入传感设计：传感模块设计框架

• 1. BetaFlight传感器简介
• 2. BetaFlight传感器嵌入式软件设计
• 3. HwPreInit/HwInit阶段
• 4. HwIo阶段
• 5. HwDataAnalysis阶段
• 6. 参考资料

之前我们从任务(task)角度出发，整理了一份【BetaFlight开源代码框架简介】是来分析BeteFlight模块。

这里我们将从传感器的视角，来理解如何将物理世界与软件控制逻辑紧密的结合起来。

注：这里我们把任务看做是一种机制或者类似OS的功能，其主要任务是将分类的业务逻辑串联起来。

1. BetaFlight传感器简介

BetaFlight主要是航模的飞控软件，因此对于传感器种类支持主要用于飞行控制。至于自动导航及障碍规避等复杂问题，需要通过其他伴飞电脑接入更多的传感器来协调处理。

目前，固件支持几大类传感器：

1. IMU: gyrometer, acclerometer
2. Barometer
3. Magnetometer
4. GPS
5. LIDAR
6. ESC

2. BetaFlight传感器嵌入式软件设计

嵌入式软件设计一般针对特定应用场景或者应用系统来定制开发，与Linux等大型软件系统(OS)的硬件驱动设计还是有很大差别的。

通常嵌入式软件设计与硬件相关的模块可以分几个步骤：

1. HwPreInit: 硬件准备或者总线配置，比如：SPI设备片选IO设置
2. HwInit(Init/ReInit): 硬件初始化、状态逻辑，比如：工作状态，寄存器配置
3. HwIo(Read/Write): 通过硬件总线(I2C, SPI, UART, OneWire等)对硬件进行读写操作
4. HwDataAnalysis: 数据分析(涉及物理特性，有效数据分析，决策等)
5. HwPreStop: 停止硬件工作前的一些软硬件预处理，比如：硬件中的缓存清空
6. HwStop: 停止硬件，比如：使能停止硬件芯片供电

那BetaFlight只是一个航模飞控系统，所以该嵌入式软件设计重点考虑: HwPreInit / HwInit / HwIo，而HwPreStop / HwStop在航模直接电池拔电的物理操作下，通常无法完成。

3. HwPreInit/HwInit阶段

通常的C代码入口是main，比如：Linux应用程序之Helloworld入门。这里BetaFlight嵌入式软件的入口亦是如此。

通过分析，我们可以看到【HwPreInit】【HwInit】分别标记了不同的阶段。

main
 ├──> init
 │   └──> configureSPIAndQuadSPI
 │       └──> sensorsPreInit
 │           ├──> 【HwPreInit】gyroPreInit
 │           ├──> 【HwPreInit】compassPreInit
 │           └──> 【HwPreInit】baroPreInit
 ├──> 【HwPreInit】adcInit
 ├──> sensorsAutodetect
 │   ├──> 【HwInit】gyroInit
 │   ├──> 【HwInit】accInit
 │   ├──> 【HwInit】compassInit
 │   ├──> 【HwInit】baroDetect
 │   ├──> 【HwInit】rangefinderInit
 │   └──> 【HwInit】adcInternalInit
 └──> 【HwInit】escSensorInit

4. HwIo阶段

HwIo阶段实际上就是我们前面任务视角的BetaFlight模块设计中进行轮询IO，详见下面链接：

1. BetaFlight模块设计之三：芯片温度&参考电压和电池监测模块分析
2. BetaFlight模块设计之四：ESC传感任务分析
3. BetaFlight模块设计之八：GPS任务分析
4. BetaFlight模块设计之九：气压计任务分析
5. BetaFlight模块设计之十：磁力计任务分析
6. BetaFlight模块设计之十一：Gyro&Acc任务分析
7. BetaFlight模块设计之十四：高度计算任务分析
8. BetaFlight模块设计之二十二：地面测距任务分析
9. BetaFlight模块设计之二十七：姿态更新任务分析
10. BetaFlight模块设计之十三：Gyro过滤任务分析

注：这些都仅仅是从任务视角，分析了硬件数据采集的入口，尚未真正从传感物理特性以及数据有效性的角度进行深度分析。

5. HwDataAnalysis阶段

HwDataAnalysis阶段是传感控制领域的重要内容，这里我们将深入物理世界，通过传感器数据来深入分析传感模块设计，从而加深对飞控系统设计的理解。

//不同传感器的模块设计后续将逐步给出文章进行介绍
【1】BetaFlight深入传感设计之一：Baro传感模块
【2】BetaFlight深入传感设计之二：Mag传感模块
【3】BetaFlight深入传感设计之三：IMU传感模块
【4】BetaFlight深入传感设计之四：GPS传感模块
【5】BetaFlight深入传感设计之五：MahonyAHRS & 方向余弦矩阵理论
【6】BetaFlight深入传感设计之六：四元数计算方法

请大家耐心，并提供宝贵建议和意见，以便我们进一步改善和完善，谢谢！！！

6. 参考资料

【1】BetaFlight开源代码框架简介
【2】BetaFlight模块设计之三：芯片温度&参考电压和电池监测模块分析
【3】BetaFlight模块设计之四：ESC传感任务分析
【4】BetaFlight模块设计之八：GPS任务分析
【5】BetaFlight模块设计之九：气压计任务分析
【6】BetaFlight模块设计之十：磁力计任务分析
【7】BetaFlight模块设计之十一：Gyro&Acc任务分析
【8】BetaFlight模块设计之十四：高度计算任务分析
【9】BetaFlight模块设计之二十二：地面测距任务分析
【10】 BetaFlight模块设计之二十七：姿态更新任务分析
【11】BetaFlight模块设计之十三：Gyro过滤任务分析
【12】BetaFlight, Supported-Sensors