本文主要内容翻译自官方文档：https://dev.px4.io/en/middleware/uorb.html

在前一篇笔记中使用uORB完成消息传递，实现了一个简单示例程序，本文将对uORB进行系统学习。

uORB是一种异步发布(publish)/订阅(subscribe)机制的消息API，该机制用于在线程/进程之间通信。uORB在其他程序启动之前自动启动，因为其他很多程序依赖于他。

使用uorb start命令启动它，可以使用uorb_tests开始单元测试。

  • 加入一个新主题
    可以在msg/文件夹里新建一个.msg文件来创建一个新主题，并在msg/CMakeLists.txt中加入，则在编译时会自动生成对应的C/C++代码。
    例如下面是vehicle_attitude.msg中的内容：

    # This is similar to the mavlink message ATTITUDE_QUATERNION, but for onboard use
    
float32 rollspeed    # Angular velocity about body north axis (x) in rad/s
    
float32 pitchspeed    # Angular velocity about body east axis (y) in rad/s
    
float32 yawspeed    # Angular velocity about body down axis (z) in rad/s
    
float32[] q        # Quaternion (NED)

# TOPICS vehicle_attitude vehicle_attitude_groundtruth vehicle_vision_attitude

    在编译后，将在编译目录的src/modules/uORB/topics文件夹下生成vehicle_attitude.h头文件，内容如下：

    /****************************************************************************
    
 *
    
 *   Copyright (C) 2013-2016 PX4 Development Team. All rights reserved.
    
 *
    
 * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
    
 * modification, are permitted provided that the following conditions
    
 * are met:
    
 *
    
 * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
    
 *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
    
 * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
    
 *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in
    
 *    the documentation and/or other materials provided with the
    
 *    distribution.
    
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 *    used to endorse or promote products derived from this software
    
 *    without specific prior written permission.
    
 *
    
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 * BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS
    
 * OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED
    
 * AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
    
 * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN
    
 * ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE
    
 * POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
    
 *
    
 ****************************************************************************/

/* Auto-generated by genmsg_cpp from file /home/spy/src/Firmware/msg/vehicle_attitude.msg */

#pragma once

#include <stdint.h>
    
#ifdef __cplusplus
    
#include <cstring>
    
#else
    
#include <string.h>
    
#endif

#include <uORB/uORB.h>

#ifndef __cplusplus

#endif

#ifdef __cplusplus
    
struct __EXPORT vehicle_attitude_s {
    
#else
    
struct vehicle_attitude_s {
    
#endif
    
    uint64_t timestamp; // required for logger
    
    float roll;
    
    float pitch;
    
    float yaw;
    
    float q[];
    
    uint8_t _padding0[]; // required for logger

#ifdef __cplusplus

#endif
    
};

/* register this as object request broker structure */
    
ORB_DECLARE(vehicle_attitude);
    
ORB_DECLARE(vehicle_attitude_groundtruth);
    
ORB_DECLARE(vehicle_vision_attitude);

    对于生成的每个C/C++结构体，将会自动添加一个uint64_t timestamp成员，该成员用于logger模块记录数据，所以确保在发布消息时给该成员赋值。
    为了在代码里使用该主题，需要包含如下头文件：

    #include <uORB/topics/topic_name.h>

    在.msg的代码中加入如下行，则一条msg定义可以被多个独立的主题实例所使用：

    # TOPICS mission offboard_mission onboard_mission

    之后可以在代码中使用 ORB_ID(offboard_mission)来获取主题ID。　　

  • 发布主题
    可以在系统中的任何位置发布主题，包括中断内容中（hrt_call API调用的函数）。但是，只能在中断内容之外广播主题。必须同一进程中广播主题，以便随后发布他（不太理解这句话的意思）。
  • 列出和监听主题
    要列出所有的主题，使用 
    ls /obj

    笔者在飞控刚开机时使用qgroundcontrol的MAVLink控制台，得到所有主题列表如下图：

    nsh> ls /obj
    
/obj:
    
 _obj_
    
 actuator_armed0
    
 actuator_controls_00
    
 actuator_controls_10
    
 actuator_controls_20
    
 actuator_controls_30
    
 actuator_outputs0
    
 actuator_outputs1
    
 adc_report0
    
 airspeed0
    
 att_pos_mocap0
    
 battery_status0
    
 camera_capture0
    
 camera_trigger0
    
 commander_state0
    
 control_state0
    
 cpuload0
    
 differential_pressure0
    
 distance_sensor0
    
 ekf2_innovations0
    
 ekf2_timestamps0
    
 esc_status0
    
 estimator_status0
    
 fw_pos_ctrl_status0
    
 geofence_result0
    
 gps_dump0
    
 gps_inject_data0
    
 home_position0
    
 input_rc0
    
 led_control0
    
 log_message0
    
 manual_control_setpoint0
    
 mavlink_log0
    
 mc_att_ctrl_status0
    
 mission_result0
    
 multirotor_motor_limits0
    
 multirotor_motor_limits1
    
 offboard_control_mode0
    
 offboard_mission0
    
 onboard_mission0
    
 optical_flow0
    
 parameter_update0
    
 position_setpoint_triplet0
    
 power_button_state0
    
 rc_channels0
    
 rc_parameter_map0
    
 safety0
    
 satellite_info0
    
 sensor_accel0
    
 sensor_accel1
    
 sensor_accel2
    
 sensor_baro0
    
 sensor_baro1
    
 sensor_combined0
    
 sensor_correction0
    
 sensor_gyro0
    
 sensor_gyro1
    
 sensor_gyro2
    
 sensor_mag0
    
 sensor_mag1
    
 sensor_mag2
    
 sensor_mag3
    
 sensor_preflight0
    
 sensor_selection0
    
 servorail_status0
    
 subsystem_info0
    
 system_power0
    
 task_stack_info0
    
 tecs_status0
    
 telemetry_status0
    
 uavcan_parameter_request0
    
 uavcan_parameter_value0
    
 vehicle_attitude0
    
 vehicle_attitude_setpoint0
    
 vehicle_command0
    
 vehicle_command_ack0
    
 vehicle_control_mode0
    
 vehicle_global_position0
    
 vehicle_gps_position0
    
 vehicle_land_detected0
    
 vehicle_local_position0
    
 vehicle_local_position_setpoint0
    
 vehicle_rates_setpoint0
    
 vehicle_status0
    
 vehicle_status_flags0
    
 vehicle_vision_attitude0
    
 vehicle_vision_position0
    
 vtol_vehicle_status0
    
 wind_estimate0

    使用 listener 可以监听主题：

    listener sensor_accel

    文档中给出listener只能在Pixracer中使用，不过笔者使用pixhawk2.1运行pixhawk固件，也可以运行listener命令
    结果如下：

    nsh> listener sensor_accel 

TOPIC: sensor_accel instance  #
    
timestamp:
    
integral_dt:
    
error_count:
    
x:   0.0126
    
y:   0.4502
    
z:  -9.7865
    
x_integral:   0.0001
    
y_integral:   0.0018
    
z_integral:  -0.0392
    
temperature:  44.7562
    
range_m_s2: 156.9064
    
scaling:   0.0048
    
x_raw:
    
y_raw: -
    
z_raw: -
    
temperature_raw:
    
device_id: 

TOPIC: sensor_accel instance  #
    
timestamp:
    
integral_dt:
    
error_count:
    
x:   0.0208
    
y:   0.4487
    
z:  -9.7956
    
x_integral:   0.0001
    
y_integral:   0.0018
    
z_integral:  -0.0390
    
temperature:  44.7424
    
range_m_s2: 156.9064
    
scaling:   0.0048
    
x_raw:
    
y_raw: -
    
z_raw: -
    
temperature_raw:
    
device_id: 

TOPIC: sensor_accel instance  #
    
timestamp:
    
integral_dt:
    
error_count:
    
x:   0.0133
    
y:   0.4447
    
z:  -9.7794
    
x_integral:   0.0000
    
y_integral:   0.0018
    
z_integral:  -0.0391
    
temperature:  44.7368
    
range_m_s2: 156.9064
    
scaling:   0.0048
    
x_raw:
    
y_raw: -
    
z_raw: -
    
temperature_raw:
    
device_id: 

TOPIC: sensor_accel instance  #
    
timestamp:
    
integral_dt:
    
error_count:
    
x:   0.0179
    
y:   0.4408
    
z:  -9.7816
    
x_integral:   0.0000
    
y_integral:   0.0017
    
z_integral:  -0.0393
    
temperature:  44.7673
    
range_m_s2: 156.9064
    
scaling:   0.0048
    
x_raw:
    
y_raw: -
    
z_raw: -
    
temperature_raw:
    
device_id: 

TOPIC: sensor_accel instance  #
    
timestamp:
    
integral_dt:
    
error_count:
    
x:   0.0164
    
y:   0.4363
    
z:  -9.7636
    
x_integral:   0.0000
    
y_integral:   0.0018
    
z_integral:  -0.0390
    
temperature:  44.7645
    
range_m_s2: 156.9064
    
scaling:   0.0048
    
x_raw:
    
y_raw: -
    
z_raw: -
    
temperature_raw:
    
device_id:
  • uorb top 指令
    uorb top指令用来实时显示每个主题的发布频率，输出如下： 
    nsh> uorb top

update: 1s, num topics:
    
TOPIC NAME                    INST #SUB #MSG #LOST #QSIZE
    
sensor_baro
    
sensor_baro
    
sensor_mag
    
vehicle_gps_position
    
sensor_mag
    
sensor_accel
    
sensor_gyro
    
sensor_gyro
    
sensor_mag
    
sensor_accel
    
sensor_mag
    
sensor_accel
    
sensor_gyro
    
adc_report
    
system_power
    
vehicle_control_mode
    
actuator_controls_0
    
sensor_combined
    
sensor_preflight
    
battery_status
    
vehicle_status
    
actuator_armed
    
safety
    
vehicle_local_position
    
vehicle_attitude
    
vehicle_status_flags

    其中，每列分别是：主题名称，多实例索引，订阅者数量，发布频率，丢包数（所有订阅者合起来的）和队列大小。

  • 多实例
    uORB提供了一种通过orb_advertise_multi函数来发布同一个主题的多个独立实例的机制。该函数将会返回一个实例索引给发布者。订阅者必须使用orb_subscribe_multi函数并提供实例索引来指定订阅哪个实例（使用orb_subscribe可以订阅第一个实例）。拥有多个实例是十分有用的，比如系统存在多个同类型的传感器时。
    注意对于同一主题，不要混淆orb_advertise_multi和orb_advertise。
    完整的API在src/modules/uORB/uORBManager.hpp中给出。
  • 问题和陷阱
    下面是几种常见的问题和陷阱：
    • 主题没有被发布：确保每个ORB_ID()对应好。有一点比较重要的是必须在orb_publish函数所在的任务中调用orb_subscribe和orb_unsubscribe。
    • 必须使用orb_unsubscribe和orb_unadvertise来清理订阅和广播。
    • 成功调用orb_check或px4_poll后必须使用orb_copy()函数，否则下一个阻塞将会立即返回。
    • 在主题被广播之前就订阅该主题是没有任何问题的。
    • orb_check()和px4_poll()只对订阅后的信息发布返回true。这对不是规律性发布的主题是很重要的。如果一个订阅者需要使用前一组数据，则在orb_subscribe()之后调用orb_copy()即可（在主题没有被发布时，orb_copy()函数会执行失败）。

上文中的内容主要是官方文档里的，给出了uORB的概述，但是没有给出关键函数的解析，由于这部分比较重要，下一篇中笔者将结合代码和文档给出uORB流程和其中关键函数的解析。

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