自制基于UAVCAN（DroneCAN）的GNSS模块 - 怒飞垂云

本文为《无人机飞控固件开发教程》系列视频的辅助资料，已经在“网易云课堂”上线 ，链接如下： https://study.163.com/course/introduction/1209568864.htm?share=1&shareId=1448054983，无人机调试，飞控硬件定制、固件修改，日志分析，请QQ联系：3500985284

一、模块硬件介绍

GNSS模块：u-blox M9N，支持北斗、GPS、格洛纳斯和伽利略四系统并发处理
陶瓷天线：太盟PA025AZ009，支持北斗、GPS、格洛纳斯三系统。根据太盟的回复，25*25*4尺寸的陶瓷天线无法做到完美的四系统兼容，因此砍掉了国内不常用的伽利略系统支持，如果强行支持伽利略系统，会导致其他三系统的效果变差
主处理器：STM32F412，Cortex- M4内核
磁罗盘：IST8310
RGB LED：7个高亮度RGB LED环绕排列
对外接口：4pin GH连接器，CAN总线，UAVCAN协议（又名DroneCAN）
适配飞控固件：APM（ardupilot），已经在多旋翼、固定翼、无人车上测试过
开源资料下载地址：https://gitee.com/junzixing/nfcy-gnss

RGB LED运行效果：

测试环境：正北方向150米和正东方向100米处都是20层以上高楼。

测试效果：遮挡环境下轻松28颗星，空旷地带则最高观测到过32颗星

二、硬件设计注意事项

陶瓷天线底部大面积接地覆铜：保证覆铜的完整性
前端低噪声放大器的放大倍数并不是越大越好，参考文档：https://content.u-blox.com/sites/default/files/products/documents/GNSS-Antennas_AppNote_%28UBX-15030289%29.pdf
RGB LED控制信号电平转换：实测3.3V直接控制会导致灯时好时坏

三、固件移植

1、切换到外设稳定版分支

# 切换到最新的稳定版外设代码分支
git checkout -b My_AP_Periph-1.5.1 AP_Periph-1.5.1

# 更新子模块，这一步不能省！
git submodule update --init --recursive

已经切换好分支、更新好子模块、可以直接编译的代码压缩包：

链接：https://pan.baidu.com/s/1RnhJPWQkCa9P03TqBYymog
提取码：nfcy

2、代码结构

　a、顶层代码位置：ardupilot/Tools/AP_Periph文件夹

　b、主程序：AP_periph.cpp（代码不多，建议大家将AP_Periph文件夹下的代码都过一遍）

3、HW文件创建与修改

　a、HW文件的位置跟飞控HW文件的位置一样，都是ardupilot/libraries/AP_HAL_ChibiOS/hwdef

　b、HW文件的语法规则与飞控的HW文件相同

4、修改代码，解决RGB LED在等待分配CAN ID时不亮的问题

　正常情况下，从刚上电到飞控给GNSS模块分配CAN ID这段时间，GNSS模块上的RGB LED应该闪烁彩虹灯（持续1.5秒），但是由于代码有小bug，当RGB LED数量不为8时，此功能不生效，因此需要修改代码。

5、编译

# 你的编译环境大概率会缺几个python包，我们先安装一下
# 即使不缺，安装时也会提示，因此为了后面不出错，建议都安装一下。不要头铁，还是装一下吧
pip3 install empy -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple
pip3 install serial -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple
pip3 install pexpect -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple
pip3 install intelhex -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple

# 指定编译目标为怒飞垂云GNSS模块的BootLoader
./waf configure --board NFCY_GNSS --bootloader

# 编译BootLoader，这一步如果报错，请看本文最底部的“疑难解答”部分
./waf bootloader

# 将编译生成的BootLoader（ardupilot/build/NFCY_GNSS/bin/AP_Bootloader.bin这个文件）
# 放入ardupilot/Tools/bootloaders文件夹，然后重命名为NFCY_GNSS_bl.bin

# 清理之前的编译文件，为下一步编译固件做准备
./waf distclean

# 指定为编译怒飞垂云GNSS模块的固件
./waf configure --board NFCY_GNSS

# 编译怒飞垂云GNSS模块的固件
# 注意，这一步可能会提示缺少python包，处理方法见本章节底部的“疑难解答”的第一条
./waf AP_Periph

四、固件烧写

方法与“课时16”中烧写飞控固件的方法相同，教程里使用的是“正点原子Mini-Pro脱机下载器”。

五、飞控参数设置

CAN_P1_DRIVER：1（如果GNSS模块接到飞控的CAN1接口上）
CAN_P2_DRIVER：1（如果GNSS模块接到飞控的CAN2接口上）
NTF_LED_TYPES：双击原有值，在弹出小窗口中勾选“DroneCAN”
GPS_TYPE：9

注意：重新上电生效（USB拔掉，如果飞机电池也插着的话，电池也应该拔掉）

（容易出错的地方说100遍，此处省略97遍）

六、疑难解答

学员关于本节课提出的问题将逐步汇总到这里。

1、提示“ModuleNotFoundError: No module named ‘future’”

这个提示的意思是cygwin64这个环境内部缺少名为“future”的包，使用下面的命令安装即可。

注意：加-i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple是为了使用国内源，从而下载速度飞起

pip3 install future -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple

# 注意，缺包是正常的，缺啥装啥即可，不要担心
# 甚至安装这些包的过程中也会出错，那就重新安装这个包即可

2、提示“you need to install empy with ‘python -m pip install empy’”

这个提示跟上一条是类似的，指的是你的cygwin64环境内缺少名为“empy”的python包，使用如下命令安装即可。