PX4 与 FreeRTOS 源码笔记

读 PX4 飞控代码和 FreeRTOS 时攒下的零碎笔记，合并成一篇。另有《嵌入式实时操作系统 uCOS-II 原理及应用》（任哲）和 FreeRTOS 简介两份 PDF 存于原始目录，未收录进本文。

PX4 ModuleBase 类

ModuleBase 使用了 C++ 模板（见下文 C++ 模板笔记），两个关键点：

不支持多实例。
它允许在基类中有一个对每个模块类型都不同的静态对象，并从基类中调用静态方法。

ModuleBase 有两种使用模式：

模块自己有线程；
模块加入到工作队列。

两种情况下都使用 task_spawn 方法：

自己建线程时，先生成实例，再调用创建线程的函数。线程里有一个通用函数 run_trampoline，它是任务里实际运行的函数：run_trampoline 建立任务的基本框架，并调用子类的 run 函数。
工作队列模式下，在工作队列中创建任务。使用工作队列的子类还会继承 ScheduledWorkItem，这个类里需要实现 Run 函数。

原文此处附有两张类结构截图，未迁移。

工作队列（workqueue）

Zephyr 中的工作队列与 Linux 的工作队列功能类似，用于实现中断的底半部：ISR 中比较耗时的操作，放到工作队列里执行。

Zephyr 中工作队列基于线程实现：有一个线程一直等待工作队列 API 发来的工作项，有工作项（一个待执行的函数）就调用它，多个工作项按顺序处理，没有就休眠。

原始笔记整理自 CSDN 博主「搬砖-工人」的文章（CC BY-SA），原文链接：https://blog.csdn.net/My_CSDN_IT/article/details/117366057

PX4 bootloader 烧录协议笔记

对 PX4 bootloader flash 升级协议的分析，以及自定义协议的一点思考。

PX4 bootloader 协议的特点：

点对点；
主从模式；
通信链路上不能有其他数据干扰，无法跑多协议通讯；
无路由机制。

一个比较通用的协议应该：

支持点对点和网络拓扑，支持路由机制；
无主从机制，任何模块都可以发起通信（硬件层面有主从也没关系）；
简单清晰，编程模型简单。

命令格式：

<SOF><OPCODE><LEN><CRC8>xxxxxxxxxx<CRC16>

回复格式：

<SOF_RLY><OPCODE><LEN><CRC8>xxxxxxxxx<CRC16>

C++ 模板笔记

读 ModuleBase 时补的模板基础。参考：菜鸟教程 C++ 模板、Microsoft Docs 模板 (C++)。

定义和使用模板

template <typename T>
T minimum(const T& lhs, const T& rhs){
	return lhs < rhs ? lhs : rhs;
}

关键字 typename；T 称为类型参数，命名任意，但单个大写字符最常用。
调用时 T 被替换为用户指定或编译器推断的具体类型。编译器从模板生成类或函数的过程称为模板实例化。
模板实例化在编译过程中进行；模板可以用于类或函数。

调用时可以显式指定，也可以让编译器推断：

int i = minimum<int>(a, b); // 用户指定 T 为 int
int j = minimum(a, b);      // 编译器推断 T 是 int

类型参数

类型参数数量没有限制，多个参数用逗号分隔：template <typename T, typename U, typename V> class Foo{};
class 关键字等效于 typename。
可以用省略运算符定义任意数量类型参数的模板：

template <typename... Arguments>
class vtclass;

vtclass<> vtinstance1;
vtclass<int> vtinstance2;
vtclass<float, bool> vtinstance3;

任何内置类型或用户定义类型都可以用作类型参数。

非类型参数

C++ 模板支持非类型参数（值参数），典型应用是用常量整型定义数组长度：

template <typename T, size_t L>
class Array{
	T array[L];
};

L 在编译时传入，必须是 const 或 constexpr 表达式——模板实例化在编译阶段进行，所有模板参数都得能在编译阶段确定。

模板作为模板参数

模板本身也可以是模板参数：

template <typename T, int I>
class Arr{};

// 使用 Arr 模板作为模板参数
template<typename T, template <typename U, int I> class Arr>
class MyClass{};

默认模板参数与模板特化

类和函数模板可以有默认参数。模板特化可以针对专用类型生成特定实现，有点像函数重载：

// 通用模板
template <typename K, typename V>
class MyMap{};

// 专用模板
template <typename V>
class MyMap<string, V>{};

MyMap<int, float> a;    // 使用通用模板
MyMap<string, float> b; // 使用专用模板

explicit 关键字

用 explicit 修饰的构造函数只能被显式调用：

class ClassA
{
public:
	explicit ClassA(int a);
};

ClassA class1 = 10; // 无法使用
ClassA class2(10);  // 可以使用

FreeRTOS Event Groups

任务之间传递事件的方式有信号量（semaphores）和队列（queue），它们的特点是：

可以让一个任务进入 block 状态，等待一个事件发生；
事件发生时，可以 unblock 等待该事件的最高优先级任务。

Event Groups 是第三种方式，特点是：

可以让一个任务等待多个事件的发生；
可以让等待同一个事件或事件组合的多个任务都 unblock。

适用场景：同步多个任务、向多个任务广播一个事件、一个任务等待多个事件。Event Groups 一般可以替代二值信号量，减少一些内存占用。

Event Group 就是一个有多个 Event Flag 的变量，每个 Flag 是一个 bit，所以也叫 Event Bits——每个位都可以当一个事件的标志位。一个 Event Group 能表示的事件数有上限，根据 config 可设为 8 位或 24 位。

编程模式：暴露 event group 和 event bits 定义给对应任务调用；关心事件的模块创建一个任务，一直等待对应事件。

xEventGroupSync

EventBits_t xEventGroupSync( EventGroupHandle_t xEventGroup,
                             const EventBits_t uxBitsToSet,
                             const EventBits_t uxBitsToWaitFor,
                             TickType_t xTicksToWait );

这个函数等于 xEventGroupSetBits(uxBitsToSet) 和 xEventGroupGetBits(uxBitsToWaitFor) 两个函数连起来用。