Kerloud飞控系列教程（18）： PX4飞控开发基础 之硬件 在环仿真
原创：DASA论坛Kerloud飞控版块，https://discourse.cloudkernel.cn
1. 什么是硬件在环仿真
硬件在环仿真（Hardware-in-the-Loop Simulation，简称HIL Simulation）是一种用于测试和验证实时控制系统的方法。在HIL仿真中，系统的控制器（通常是嵌入式系统）被连接到仿真环境中，该环境模拟了系统的物理部分。这些物理部分通常是实际硬件，例如电机、传感器、执行器等。
HIL仿真的基本原理是将实际的控制器硬件与仿真环境相结合，以模拟系统的实际运行情况。控制器接收来自仿真环境的传感器数据，并根据仿真环境中的模型进行计算和控制。然后，控制器的输出被发送回仿真环境中，影响模拟系统的行为。
2. 怎样在PX4中实现HIL仿真
在PX4中使用HIL仿真可以实现Kerloud mini飞控对仿真无人机的自动控制效果，也可以通过遥控器手动控制仿真无人机，我们只讨论针对gazebo引擎的操作方法。
官方针对v1.10版本固件的HIL仿真说明参考：
https://dev.px4.io/v1.10_noredirect/en/simulation/hitl.html
简要而言，有几个步骤：
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在地面站中使能HITL仿真，对应参数SYS_HITL
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选择支持HIL的airframe类型，比如HIL quadrotor+
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关闭UDP的自动连接
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使用RC遥控器，完成RC校准
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在Kerloud mini飞控支持的代码中将四旋翼模型的HIL串口通信打开，设置通信端口
首先执行sitl编译，生成iris sdf模型，
cd <Firmware_clone>
DONT_RUN=1 make px4_sitl_default gazebo
位于Tools/sitl_gazebo/models/iris/iris.sdf：
然后执行仿真指令：
source Tools/setup_gazebo.bash $(pwd) $(pwd)/build/px4_sitl_default
gazebo Tools/sitl_gazebo/worlds/iris.world
3. HIL仿真的机理
HIL仿真的信号示意图参见上图，这里我们从代码层面说明下硬件在环仿真的相关软件实现：
（1）对于启动脚本rcs (ROMFS/px4fmu_common), 查看HIL对应部分，
if param greater SYS_HITL 0
then
set OUTPUT_MODE hil
sensors start -h
commander start -h
# disable GPS
param set GPS_1_CONFIG 0
# start the simulator in hardware if needed
if param compare SYS_HITL 2
then
sih start
fi
其中 SYS_HITL是我们在地面站里使能HIL的参数。对于OUTPUT_MODE为hil的情况，继续搜索启动脚本在rc.interface可以发现，会启动pwm_out_sim模块，该模块位于src/drivers/pwm_out_sim中，用于更新驱动器输出信号在混控器mixer的输出值（即actuator_output uorb 话题）
（2）我们查看src/modules/mavlink模块，在mavlink_message.cpp中可以看到在HIL模式下，飞控会向上位机发送HIL驱动器控制信号，对应class为MavlinkStreamHILActuatorControls。
（3）同时，在mavlink_receiver.cpp中，我们可以查看飞控接受仿真引擎HIL传感器等信号的函数，如handle_message_hil_sensor()等，由此实现了信号的闭环。
（4）在gazebo引擎中，针对mavlink通信部分的插件代码位于gazebo_mavlink_interface中，该插件用于gazebo和飞控之间的通信解析。
小伙伴们，这下你们清楚了硬件在环仿真的原理了吧，试着用Kerloud飞控玩玩吧。
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