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設(shè)備與工具項(xiàng)目介紹
Firmament (FMT) 是一款基于模型設(shè)計(jì) (Model Based Design, MBD) 的開源自駕儀，可被用來快速構(gòu)建無人機(jī)，車，船，機(jī)器人等的無人控制系統(tǒng)?；谀Ｐ驮O(shè)計(jì)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于汽車制造、航空航天等行業(yè)，當(dāng)前采用基于模型設(shè)計(jì)模式開發(fā)的飛控系統(tǒng)鳳毛麟角，而 FMT 就是為此而誕生。
FMT結(jié)合當(dāng)前最先進(jìn)的基于模型設(shè)計(jì)和3D仿真技術(shù)，致力于打造下一代的開源自駕儀系統(tǒng)。目前所有代碼均開源，歡迎Star！
FMT 項(xiàng)目主要由三部分構(gòu)成：
FMT-Firmware: 飛控嵌入式軟件框架。包含飛控的核心軟件，驅(qū)動(dòng)以及功能模塊。
FMT-Model: 飛控算法模型框架。包含了基于 Matlab/Simulink 實(shí)現(xiàn)的算法模型，如導(dǎo)航，控制，狀態(tài)機(jī)，被控對(duì)象模型等。算法模型通過自動(dòng)代碼生成可以合入到 FMT-FW中，從而構(gòu)成完整的飛控系統(tǒng)軟件。
FMT-Sim（開發(fā)中）: 基于3D引擎實(shí)現(xiàn)的模擬仿真環(huán)境，提供逼真的渲染效果和豐富的仿真場景。
區(qū)別于其它的開源飛控，F(xiàn)MT構(gòu)建了從嵌入式軟件，建模與仿真于一體的軟件開發(fā)平臺(tái)。
- C語言實(shí)現(xiàn)的輕量級(jí)、高實(shí)時(shí)、高性能的嵌入式軟件系統(tǒng)，支持C/C++混合編譯。
- 基于國產(chǎn)RTOS RT-Thread, 擁有活躍的開源社區(qū)以及豐富的第三方組件。
- 支持MBD（Model-based Design）全流程開發(fā)。MIL、SIL、HIL、SIH仿真支持。
- 基于Matlab/Simulink實(shí)現(xiàn)的算法和模型庫，圖形化編程，支持仿真和自動(dòng)代碼生成。
- 支持Mavlink協(xié)議以及開源地面站QGroundcontrol。
- 支持多種硬件平臺(tái)，如FMT飛控硬件ICF5，以及廣泛使用的開源硬件Pixhawk/Pixhawk4/雷迅V5+等。
- 采用跨平臺(tái)的開發(fā)工具鏈，支持Win/Linux/Mac等平臺(tái)的開發(fā)。
嵌入式軟件系統(tǒng)——FMT-Firmware
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FMT-Firmware系統(tǒng)框架
FMT-Firmware采用分層設(shè)計(jì)和高度模塊化的設(shè)計(jì)模式，算法和底層深度解耦，便于算法二次開發(fā)和替換。
- Target HW：目標(biāo)硬件BSP（Board Support Package），目前已支持多種硬件平臺(tái)，如ICF、Pixhawk4、CUAV-V5+、Hex Cubeorange和QEMU等；
- Driver：與板載芯片無關(guān)的通用驅(qū)動(dòng)軟件，如傳感器驅(qū)動(dòng)、存儲(chǔ)器驅(qū)動(dòng)、LED驅(qū)動(dòng)等；
- HAL：硬件抽象層，為上層提供統(tǒng)一的設(shè)備接口；
- RTOS：國產(chǎn)開源RT-Thread嵌入式操作系統(tǒng)；
- Middleware：中間層，包含系統(tǒng)組件Modules、算法模塊Models和軟件庫Libraries；
- Task：應(yīng)用層，包含系統(tǒng)頂層任務(wù)，如控制任務(wù)、通信任務(wù)、日志任務(wù)和狀態(tài)顯示任務(wù)等。
其中Models包含四類算法模塊，適用于大部分的被控對(duì)象平臺(tái)，如無人機(jī)、無人車、無人船、機(jī)器人等：
- INS慣性導(dǎo)航系統(tǒng)：通過多傳感器融合算法，獲得對(duì)象的姿態(tài)信息，如姿態(tài)、速度、位置等；
- FMS飛行管理系統(tǒng)：負(fù)責(zé)管理對(duì)象的狀態(tài)，如模式管理、安全管理、位置制導(dǎo)等功能；
- Controller控制系統(tǒng)：控制率算法，負(fù)責(zé)對(duì)象的底層控制，如姿態(tài)、速度控制等；
- Plant被控對(duì)象模型：被控對(duì)象的數(shù)學(xué)建模，包含動(dòng)力學(xué)建模、作動(dòng)器建模、環(huán)境建模和傳感器建模等（被控對(duì)象模型僅用于HIL和SIH等仿真用途）。
由于算法和底層深度解耦，只通過標(biāo)準(zhǔn)的模型接口進(jìn)行連接，所以可以像樂高積木那樣，通過嵌入不同的算法模型，來實(shí)現(xiàn)算法的替換以及對(duì)不同對(duì)象的控制。
算法模塊不僅支持Simulink代碼自動(dòng)生成，也可以使用傳統(tǒng)的C/C++編碼方式：
FMT-Firmware嵌入式軟件框架專為MBD設(shè)計(jì)，提供了許多功能強(qiáng)大的中間件模塊組件：
FMT中間件（1）——一種高效的跨線程通信模塊uMCNFMT中間件（2）——一種分布式參數(shù)模塊FMT中間件（3）——一種高實(shí)時(shí)的分布式日志模塊Mlog
FMT區(qū)別于其它傳統(tǒng)開源自駕儀的地方在于支持MBD基于模型設(shè)計(jì)的全流程設(shè)計(jì)，可以涵蓋V型設(shè)計(jì)模式的各個(gè)階段。
FMT-Model是基于MATLAB/Simulink所搭建的一套建模與仿真系統(tǒng)，可以提供算法設(shè)計(jì)階段的系統(tǒng)定義、需求定義、接口設(shè)計(jì)、算法建模和仿真等功能支持。
FMT-Model目前包含了多旋翼和固定器的全套算法模型，使用Simulink圖形化的建模方式，算法框架清晰，便于理解和二次開發(fā)，也可直接生成代碼合入嵌入式軟件中進(jìn)行實(shí)飛測試。
除了Simulink提供的基礎(chǔ)模塊以外，F(xiàn)MT-Model還提供一套FMT Toolbox，包含大量基礎(chǔ)數(shù)學(xué)模塊，來幫助快速搭建算法模型：
FMT-Model支持多種仿真模式，如模型在環(huán)仿真（Model-in-the-loop Simulation，MIL）和開環(huán)仿真（Openloop Simulation）。
FMT仿真——模型在環(huán)仿真FMT仿真——開環(huán)仿真支持硬件平臺(tái)
阿木實(shí)驗(yàn)室ICF5
合力兄弟 Pixhawk4
雷迅 V5+
赫星Cubeorange
測試視頻
航點(diǎn)任務(wù)模式飛行測試
Offboard離線控制模式繞飛行
定點(diǎn)飛行效果
定點(diǎn)模式下動(dòng)態(tài)飛行
FMT項(xiàng)目相關(guān)資源：
FMT項(xiàng)目地址：
https://github.com/Firmament-Autopilot
FMT用戶手冊(cè)：
https://firmament-autopilot.github.io/FMT-DOCS/#/content_ch/
項(xiàng)目公開課：
https://bbs.amovlab.com/plugin.php?id=zhanmishu_video:video&mod=video&cid=70
若希望進(jìn)一步交流，可添加客服微信（jiayue199506），申請(qǐng)進(jìn)入【FMT開發(fā)者交流群】。
近期我們推出的FMT首個(gè)自研飛控硬件——ICF5，正在火熱開售中，目前現(xiàn)貨庫存已不多，如您對(duì)該產(chǎn)品感興趣，請(qǐng)聯(lián)系客服（jiayue199506 或 yinyue199506）及時(shí)加購喲！
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