基于Cortex-M7微處理器核心平臺的無人機(jī)飛控系統(tǒng).pdf

1、近年來，關(guān)于無人飛行機(jī)器的研究已經(jīng)達(dá)到了白熱化的程度。各種無人機(jī)系統(tǒng)架構(gòu)在近幾年都被爭相提出。作為無人機(jī)的控制核心，無人機(jī)飛控平臺肩負(fù)了眾多復(fù)雜且特殊的任務(wù)，如對各種傳感器外設(shè)的數(shù)據(jù)采集與上傳、對伺服控制器的操作，無人機(jī)飛行過程中日志記錄，與地面控制站進(jìn)行通信等。因此，一個功耗較低、性能足夠、可靠性高的無人機(jī)飛控平臺是無人機(jī)系統(tǒng)的重中之重。本文針對目前市面上已有的各類飛控的具體缺點(diǎn)，基于目前最新架構(gòu)Cortex-M7的SAMV71Q21

2、微處理器，以NUTTX嵌入式實(shí)時(shí)OS作為飛控軟件平臺架構(gòu)的底層基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了一整套無人機(jī)飛控軟硬件平臺。本設(shè)計(jì)旨在提供一個無人機(jī)飛控整體系統(tǒng)的搭載平臺，因此不涉及具體算法研究以及相應(yīng)模塊設(shè)計(jì)。
　　整個飛控平臺可以從硬件架構(gòu)和軟件設(shè)計(jì)兩個方面對其進(jìn)行闡述。在硬件架構(gòu)方面，由于要兼顧到低功耗、高性能以及接口豐富等特性的平衡統(tǒng)一，本文采用了ATMEL公司生產(chǎn)的基于Cortex-M7架構(gòu)的SAMV71Q21微處理器作為飛控硬件的核心，外圍

3、接口的設(shè)計(jì)過程中則考慮到了無人機(jī)飛控平臺中可能涉及到的各種接口，如RS485，I2C，SPI，CAN等，在硬件平臺上都有相關(guān)接口提供。傳感器模塊則主要包括MTI姿態(tài)測量組件以及MS5803高精度氣壓計(jì)。無線通信模塊方面提供SBUS接口，主要是用于接收SBUS遙控接收機(jī)信號以及輸出SBUS信號，對云臺進(jìn)行控制及紅外控制相機(jī)抓拍。同時(shí)還提供UART總線接口，用于飛控平臺與地面站之間數(shù)傳模塊與圖傳模塊的通信。
　　在軟件設(shè)計(jì)方面，考慮到

4、無人機(jī)對軟件平臺的可靠性、實(shí)時(shí)性的需求，本文采用了基于Nuttx實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)的軟件平臺設(shè)計(jì)方案。該系統(tǒng)采用類UNIX架構(gòu)，具有完整任務(wù)調(diào)度模塊、文件管理系統(tǒng)、內(nèi)存管理模塊，非常適合飛控平臺復(fù)雜的外設(shè)情景以及多樣化任務(wù)需求。同時(shí)引入解決進(jìn)程間數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性問題的微對象代理進(jìn)程間通信模塊，該進(jìn)程間通信系統(tǒng)為實(shí)時(shí)通信系統(tǒng)，承擔(dān)傳感器之間或傳感器與上層應(yīng)用之間的信息交互。這些措施使得軟件平臺能夠達(dá)到較好的實(shí)時(shí)性、可移植性以及可靠性。