AcmeIot-2-基于PX4硬件的Nuttx开发环境

2021-11-03 | 阅读：次

这一篇我们聊一下如何搭建使用PX4硬件的Nuttx的系统开发环境，这里我们脱离PX4的软件框架，单独搭建Nuttx的开发环境，使用Nuttx的make进行编译，并在Nuttx系统上编写应用程序。

搭建开发环境

前几年玩Nuttx的话搭建Nuttx的开发环境还是有点麻烦的，对新手不是很友好，这两年Nuttx加入apache开源基金会后，文档上有一些完善，提供了比较全面的入门教程，开发环境按照官方文档就没有什么问题，以下是官方文档：

https://nuttx.apache.org/docs/latest/quickstart/install.html

开发环境主要包括及部分

依赖库安装
配置工具安装

KConfig在ubuntu20上有包可以直接安装，在20版本之前的系统上需要手动编译，按照步骤来即可，当然很可能会出现编译错误，这里之前整理了遇到的问题，如果有需要可以在我的公众号回复 Nuttx配置环境获取，太长了不在这里展开。
安装编译工具链

对于stm32或者其他arm-m内核的单片机的工具链和PX4中使用的是一致的，可能不需要单独安装。如果要开发其它内核的单片机，可能需要单独安装对应的工具链，比如esp32，可以参考这一系列的上一篇文章
下载Nuttx源码

源码包括两部分，一部分是系统源码，另外一部分是App仓库。

App仓库是基于Nuttx的一些应用程序组件或者示例应用，这里面的程序都可以参考，去编写自己的应用程序，比如串口读写操作、socket操作、任务线程创建等等。

当然里面也有一些第三方组件的支持，比如图形UI组件 LVGL。

生成配置文件

Nuttx目前支持非常多的芯片和开发板，demo配置在nuttx/boards目录下，可以找到自己使用的开发板配置，比如常用的stm32f4开发板 nuttx/boards/arm/stm32/stm32f4discovery，在这个目录下的configs下放置了很多编译配置文件

.
├── configs
│   ├── canard
│   ├── cxxtest
│   ├── ipv6
│   ├── netnsh
│   ├── nsh

在nuttx根目录下运行./tools/configure.sh脚本

cd nuttx
./tools/configure.sh -l stm32f4discovery:nsh

该操作的目的是使用configs目录下nsh配置文件defconfig生成根目录下的.config文件，用于对系统进行配置

配置

创建了配置文件后，可以直接make，目前的系统已经由./tools/configure.sh按照stm32f4discovery/configs/nsh/defconfig文件配置完成。

当然也可以基于当前配置修复配置

cd nuttx/
make menuconfig

执行该指令后会调用上面安装的KConfig工具，进行图形化的配置，可以重新配置Nuttx使用的mcu、mcu开启的外设（串口、spi、gpio、iic、usb等）、系统组件、系统应用等等。

编译

配置完成后直接make即可完成编译，编译完成会在根目录下创建.bin的目标文件，即可进行烧录

PX4硬件的Nuttx配置

很多同学手上由PX4的飞控，也可以用于玩Nuttx的系统开发，它有丰富的外设接口和集成传感器，如果想深入学习Nuttx和飞控底层开发，基于PX4的硬件和Nuttx的系统，写一个简单的飞控程序也是学习飞控非常好的方式，自己动手写和只是看代码很多遍收获是不一样的。

使用PX4的硬件的方法简单讲分为几步，以PX4 fmu-v2版本，stm32f427单片机为例：

创建board目录

这里可以参考nuttx/boards/arm/stm32/stm32f4discovery，里面包括
- configs：编译配置文件，可以仅保留nsh一个配置
- src：系统底层外设的配置文件，Nuttx底层驱动调用这些文件完成外设的定制化配置，比如spi、sd卡、iic等外设的io配置，这里需要根据PX4的io定义做一些调整
- include：主要就是board.h文件，包括一些系统底层需要的宏配置
- scripts：链接脚本文件，基本不用修改直接使用即可
这里可以参考PX4/boards/px4目录下的文件，这是px4对nuttx的底层配置文件，不过不能直接移植使用，因为里面调用了很多px4的头文件和类。
创建.px4固件

为了将nuttx生成的bin固件通过px4的boot写入PX4硬件中，需要生成px4格式的固件，这里我们可以参考PX4项目中自带的格式转换工具

PX4/Tools/px_mkfw.py，并参考platforms/nuttx/CMakeLists.txt中调用方式：
```
${PYTHON_EXECUTABLE} ${PX4_SOURCE_DIR}/Tools/px_mkfw.py
--prototype ${PX4_SOURCE_DIR}/boards/${PX4_BOARD_VENDOR}/${PX4_BOARD_MODEL}/firmware.prototype
--git_identity ${PX4_SOURCE_DIR}
--parameter_xml ${PX4_BINARY_DIR}/parameters.xml
--airframe_xml ${PX4_BINARY_DIR}/airframes.xml
--image ${PX4_BINARY_DIR}/${PX4_BOARD}.bin > ${fw_package}
```
当然这里只是一个参考，需要修改px_mkfw.py去掉一些没有的内容，比如parameters.xml和airframes.xml，是PX4需要的文件，而Nuttx项目中不包含。这里还是会有一些坑，不过怎么能难倒身为开发爱好者的同学们呢。
烧录固件

生成了.px4固件以后，我们就可以使用px4的固件烧写脚本，和正常的px4固件一样写入飞控了，直接调用PX4/Tools/upload.sh

好了，这就是基本的步骤了，如果对Nuttx和PX4的底层不太熟悉的话这部分还是有一定难度的，不过如果能搭建起这样一个框架，那么对这个系统也就有了不少的认识吧。如果对这部分感兴趣的同学不妨动手试试吧。

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