ArduPilot开源代码之OpticalFlow_backend

1. 源由

光流计是一种低成本定位传感器，所有的光流计设备传感驱动代码抽象公共部分统一由OpticalFlow_backend实现。设计的核心思想是将光流传感器的具体实现与其前端接口分离开来，通过纯虚函数和友元类的机制，实现了灵活且可扩展的架构。

2. Library设计

OpticalFlow_backend类是一个抽象基类，用于表示光流传感器的后端实现。它包含了一些基本的接口函数，如初始化、更新和消息处理函数。

1. 公共部分使用虚函数，根据不同硬件传感设备进行实现；

• init函数是一个虚函数，允许子类在必要时重写初始化过程。
• update函数是一个纯虚函数，强制所有子类必须实现自己的更新逻辑。
• handle_msg和handle_msp函数用于处理不同类型的消息，提供了默认的空实现，子类可以根据需要进行重写。

2. 保护部分直接抽象的公共部分的函数实现，如访问前端对象、更新前端状态、获取缩放参数、计算偏航角等。
3. AP_OpticalFlow类被声明为友元类，允许它访问OpticalFlow_backend的私有和保护成员。这表示AP_OpticalFlow可能是该后端类的管理类或控制类。
4. **CLASS_NO_COPY(OpticalFlow_backend)**是一个宏，用于禁止该类的拷贝构造和赋值操作，确保每个对象都是唯一的。

class OpticalFlow_backend
{// 将AP_OpticalFlow类声明为友元类，允许其访问OpticalFlow_backend的私有成员friend class AP_OpticalFlow;public:// 构造函数，接受一个AP_OpticalFlow对象的引用OpticalFlow_backend(AP_OpticalFlow &_frontend);// 虚析构函数，允许子类重写virtual ~OpticalFlow_backend(void);// 禁止拷贝构造和拷贝赋值操作CLASS_NO_COPY(OpticalFlow_backend);// 初始化传感器的函数，默认实现为空virtual void init() {}// 从传感器读取最新的值并填充x, y和totals的纯虚函数，必须在子类中实现virtual void update() = 0;// 处理光流的mavlink消息的虚函数，默认实现为空virtual void handle_msg(const mavlink_message_t &msg) {}#if HAL_MSP_OPTICALFLOW_ENABLED// 处理光流的msp消息的虚函数，默认实现为空virtual void handle_msp(const MSP::msp_opflow_data_message_t &pkt) {}
#endifprotected:// 前端对象的引用AP_OpticalFlow &frontend;// 更新前端状态的函数void _update_frontend(const struct AP_OpticalFlow::OpticalFlow_state &state);// 获取光流缩放参数的函数，返回一个包含X和Y轴缩放因子的向量Vector2f _flowScaler(void) const { return Vector2f(frontend._flowScalerX, frontend._flowScalerY); }// 获取以弧度表示的偏航角的函数float _yawAngleRad(void) const { return radians(float(frontend._yawAngle_cd) * 0.01f); }// 应用偏航角到一个向量上的函数void _applyYaw(Vector2f &v);// 获取ADDR参数值的函数uint8_t get_address(void) const { return frontend._address; }// 用于访问共享前端数据的信号量HAL_Semaphore _sem;
};

3. 重要例程

3.1 OpticalFlow_backend::_update_frontend

// update the frontend
void OpticalFlow_backend::_update_frontend(const struct AP_OpticalFlow::OpticalFlow_state &state)
{frontend.update_state(state);
}

3.2 OpticalFlow_backend::_applyYaw

// apply yaw angle to a vector
void OpticalFlow_backend::_applyYaw(Vector2f &v)
{float yawAngleRad = _yawAngleRad();if (is_zero(yawAngleRad)) {return;}v.rotate(yawAngleRad);
}

4. 总结

OpticalFlow_backend继承出来的硬件传感设备在Ardupilot上，目前有以下几类设备：

• AP_OpticalFlow_CXOF
• AP_OpticalFlow_HereFlow
• AP_OpticalFlow_MAV
• AP_OpticalFlow_MSP
• AP_OpticalFlow_Onboard
• AP_OpticalFlow_Pixart
• AP_OpticalFlow_PX4Flow
• AP_OpticalFlow_SITL
• AP_OpticalFlow_UPFLOW

MATEKSYS Optical Flow & LIDAR 3901-L0X是其中的一种。

• 传感模块：MATEKSYS Optical Flow & LIDAR 3901-L0X
• [ArduPilot开源代码之MatekSys Optical Flow 3901-L0X](ArduPilot开源代码之MatekSys Optical Flow 3901-L0X)
• ArduPilot开源飞控之AP_OpticalFlow

5. 参考资料

【1】ArduPilot开源飞控系统之简单介绍
【2】ArduPilot之开源代码Task介绍
【3】ArduPilot飞控启动&运行过程简介
【4】ArduPilot之开源代码Library&Sketches设计
【5】ArduPilot之开源代码Sensor Drivers设计