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QGC代码架构解析：MAVLink参数服务及QGC参数管理模块

发表于 更新于
作者 Roderick.Huang 6 分钟阅读

MAVLink参数服务网页：Parameter Protocol

1. 微服务：Parameter Protocol

基本流程为请求->响应返回。请求/消息列表：

  • PARAM_REQUEST_LIST：请求所有参数。随后远端会周期性发送所有参数，直到发送完毕。请求数据结构：
    • target_system（uint8_t）：System ID
    • target_component（uint8_t）：Component ID
  • PARAM_REQUEST_READ：请求单个参数。请求数据结构：
    • target_system（uint8_t）：System ID
    • target_component（uint8_t）：Component ID
    • param_id（char[16]）：参数名称，与param_index二选一
    • param_index（int16_t）：参数索引（-1表示忽略）
  • PARAM_SET：设置单个参数。请求数据结构：
    • target_system（uint8_t）：System ID
    • target_component（uint8_t）：Component ID
    • param_id（char[16]）：参数名称
    • param_value（float）：参数值
    • param_type（uint8_t）：参数数据类型枚举
  • PARAM_VALUE：参数值响应。响应数据结构（系统ID以及组件ID在mavlink_message_t中）：
    • param_id（char[16]）：参数名称
    • param_value（float）：参数值
    • param_type（uint8_t）：参数数据类型枚举
    • param_count（uint16_t）：参数总数
    • param_index（uint16_t）：当前参数索引

知识点总结：

  • 获取/设置所有子系统的参数：target_component设置为 MAV_COMP_ID_ALL（QGC就是采取这种方式）。
  • 参数响应消息中，带有参数总数和当前索引，QGC可以判断是否接收完毕。
  • param_value有两种格式存储参数值：转换为float类型；或者直接按照原始数据复制到param_value域。Ardupilot直接使用memcpy的方式（小端）。MAVLink参数协议中，定义了相应的标志位，表示使用哪种方式存储。
  • 当QGC发送设置命令PARAM_SET之后，飞机端会返回一个PARAM_VALUE消息作为确认：Parameter Protocol – Write Parameters。
  • PX4固件支持缓存机制，即通过返回名称为PARAM_HASH，值为哈希值的PARAM_VALUE消息，确认参数没有变化：Parameter Protocol – PX4。
  • 设置参数非法等原因导致飞机拒绝设置时，飞机端返回STATUS_TEXT消息。

1.1. 参数存储代码示例

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// 定义如下结构体，适用于原始字节流存储参数值（Bytewise）
// https://github.com/mavlink/c_library_v2/blob/master/mavlink_types.h
MAVPACKED(
typedef struct param_union {
	union {
		float param_float;
		int32_t param_int32;
		uint32_t param_uint32;
		int16_t param_int16;
		uint16_t param_uint16;
		int8_t param_int8;
		uint8_t param_uint8;
		uint8_t bytes[4];
	};
	uint8_t type;
}) mavlink_param_union_t;

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mavlink_param_union_t param;
int32_t integer = 20000;
param.param_int32 = integer;
param.type = MAV_PARAM_TYPE_INT32;

// Then send the param by providing the float bytes to the send function
mavlink_msg_param_set_send(xxx, xxx, param.param_float, param.type, xxx);

1.2. 协议限制及缺陷

  • 没有同步保证一致性机制，即发送修改命令，飞机端的参数可能已经更新了，跟QGC不一样了。安全的方式是：设置时，QGC将修改前的值带入，让飞机端进行比较。
  • 如果有多个关联参数需要一起设置的，没有原子操作机制。

新增的服务Extended Parameter Protocol，数据类型可以支持uint64_t以及字节流：

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MAVPACKED(
typedef struct {
    union {
        float       param_float;
        double      param_double;
        int64_t     param_int64;
        uint64_t    param_uint64;
        int32_t     param_int32;
        uint32_t    param_uint32;
        int16_t     param_int16;
        uint16_t    param_uint16;
        int8_t      param_int8;
        uint8_t     param_uint8;
        uint8_t     bytes[MAVLINK_MSG_PARAM_EXT_SET_FIELD_PARAM_VALUE_LEN];
    };
    uint8_t type;
}) param_ext_union_t;

1.3. 资料

2. QGC参数管理模块

参数管理模块ParameterManager主要提供参数的请求，缓存功能，以及参数的设置功能。以及对外提供参数访问接口（参数管理模块不直接对UI层提供参数列表，由各个AutoPilotPlugin中各个部件模块提供比较合理），故参数模块应该作为一个公共模块，提供给plugin使用。另外，还提供了离线参数加载功能，离线参数文件定义在FirmwarePlugin中。

下载的参数，存储在成员变量_mapCompId2FactMap中：

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QMap<int /* comp id */, QMap<QString /* parameter name */, Fact*>> _mapCompId2FactMap;

缓存的文件名格式为<系统ID>_<组件ID>.v2，存储目录定义在ParameterManager::parameterCacheDir()中。参数存储格式为：

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typedef QPair<int /* FactMetaData::ValueType_t */, QVariant /* Fact::rawValue */> ParamTypeVal;
typedef QMap<QString /* parameter name */, ParamTypeVal> CacheMapName2ParamTypeVal;

// 展开之后为
// QMap<QString, std::pair<int, QVariant>>
// 即 QMap<参数名称, <参数类型枚举, 参数值>>

2.1. 参数请求

在QGC初始化时，请求所有参数：

  • 从网站（不是飞控）下载参数文件，仅针对APM固件，入口：APMAirframeComponentController::loadParameters；
  • 使用FTP从飞控下载参数文件，入口函数refreshAllParameters；
  • 通过参数服务请求参数，入口函数refreshAllParameters。

请求完成之后，都需要调用_checkInitialLoadComplete。

在ParameterManager中，跟请求相关的主要的数据结构定义：

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QMap<int, int> _paramCountMap;                              ///< Key: Component id, Value: count of parameters in this component
QMap<int, QMap<int, int>> _waitingReadParamIndexMap;        ///< Key: Component id, Value: Map { Key: parameter index still waiting for, Value: retry count }
QMap<int, QList<int>> _failedReadParamIndexMap;             ///< Key: Component id, Value: failed parameter index

2.2. 参数设置

由于生成的参数列表，存在_mapCompId2FactMap中，及每个参数以Fact表示，使用Fact值变更的信号，设置单个参数。

QGC
qgc
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