目录

• 一. 引言
• 二. UCOS-III操作系统简介
• 三. 设计水下四旋翼的多任务系统
• 四. 硬件电路设计

一. 引言

上一篇我们写了四旋翼的飞行原理，这一篇我们继续做准备工作，主要是讲解一下操作系统，我们的代码是基于操作系统实现的。为什么要用操作系统呢电脑可以同时运行多个程序，得益于操作系统的运转。对于单片机来说是一样的，使用操作系统的单片机可以同时运行多个程序。你能忍受你的电脑同时只能运行Word或浏览器或其他什么东东的单个程序吗不能，那么为什么你可以忍受单片机只有一个main函数呢在此之前你的功能单一简单，或者是你不知道还有操作系统这个东西。如果你一直都让你心爱的板子裸奔的话，从今天开始希望你能给它装备上强大的武器——嵌入式操作系统，它可以最大限度的发挥CPU的性能，实现多任务运行，在实时性要求高的场合它是最为适用的。

如果之前没有操作系统基础的童鞋不要气馁，操作系统很难，但是你不需要纠结于难的部分，只把它当成一个工具就行了。就像你用电脑，你需要明白Win10系统内部怎么运行么要自己去实现win10系统么是不需要，会用就行了！手里边有STM32的板子的建议去学一下原子哥的FreeRTOS或UCOS-III操作系统的教程，边学边练。实在不会也没关系，后面的文章我会淡化操作系统，它只是一个框架，我们更关注的是核心代码部分。

二. UCOS-III操作系统简介

嵌入式操作系统有很多，常用的有FreeRTOS和UCOS-II、UCOS-III操作系统。笔者不做过多研究与讲解，只简单介绍它的使用。使用操作系统首先一件事是移植操作系统，移植的过程会稍微麻烦，不同的板子会不一样。本项目使用的自主开发的基于STM32F767IGT芯片的主控器，笔者直接使用了正点原子的阿波罗开发板移植好的工程模板，可以点击下载。

操作系统的知识点很多，我们重点需要理解任务的创建、挂起、删除，任务调度，任务优先级，时间片轮转调度等内容。在我的代码里面没有使用信 量与消息传递机制，使用的都是全局变量，实际上很不规范也不安全，这种设计方法不推荐使用。以笔者的体会，STM32的操作系统不好用，技术要求很高。使用嵌入式操作系统只是一个过渡，笔者后期将会将主要算法集中于树莓派、英伟达等高性能Linux主板上，将STM32作为驱动板。这种上下层控制器的好处是用户只需专注于应用与算法，不需要耗费过多精力于底层实现，当然硬件成本也会高出许多。

三. 设计水下四旋翼的多任务系统

下面我们设计水下四旋翼的多任务系统。四旋翼是一个典型的完整的机器人架构，包含了实现一个机器人所需的全部核心要素，从通信、传感、控制、电源到硬件电路、机械等，如果你从头到尾搭建起了一个四旋翼（包括自己写代码与调试），你将能够胜任一般的机器人设计应用场合了。

这里我们创建5个任务，开始任务（StartTask），通信任务（RadioLinkTask），传感任务(SensorTask），姿态控制任务（StabilizationTask），数据传输任务（TransmissionTask）。系统的层次如图所示，如我之前说的，操作系统只是一个工具，我们的核心是在应用层——应用程序。操作系统能够向下最大程度的发挥CPU的功能，向上最高效最稳定的实现用户的应用程序。开始任务负责创建其他所有任务，完事之后将自己挂起（就是自己不再起作用了）。通信任务（RadioLinkTask）负责与遥控器通讯，解析遥控器的数据、按照指令动作。传感任务(SensorTask）负责解析所有传感器的数据，包括原始数据读取、滤波、融合。姿态控制任务（StabilizationTask）负责三轴姿态角与高度环的PID计算，输出控制量并进行电机控制。数据传输任务（TransmissionTask）包括上传和下传——上传四旋翼的所有当前状态（姿态、油门、电量等信息），同时解析地面站下传的数据进行相应动作或调整参数。

四. 硬件电路设计

其实这一节应该放在上面，先设计硬件再设计软件，不过无所谓啦。硬件电路的介绍主要是列出使用的器件和使用的STM32的板载资源。如下表所示是使用的硬件清单。

硬件连接示意图如图所示。

从下一章开始我们开始写代码，依次实现遥控器通信、传感器数据融合、姿态控制、数据传输等功能。都看到这里了，点个赞再走呗！