PX4 uORB

uORB 是 PX4 中的一个多发布-多订阅（publish-subscribe）消息传递系统，它允许不同模块之间进行异步通信。

核心架构

核心组件：

• uORB.h/cpp - uORB 的主要接口和实现。uORB.h对外提供c风格使用接口，封装自uORBManager.hpp中Manager类接口
• uORBManager.hpp/cpp - uORB 系统的管理器
• uORBDeviceMaster.hpp/cpp - 设备主控制器
• uORBDeviceNode.hpp/cpp - 设备节点的实现

发布订阅机制：

• Publication.hpp - 消息发布相关
• PublicationMulti.hpp - 多重发布支持。封装自uORB.h和uORBManager.hpp的接口
• Subscription.hpp/cpp - 订阅相关实现
• SubscriptionCallback.hpp - 订阅回调机制
• SubscriptionInterval.hpp - 基于时间间隔的订阅
• SubscriptionBlocking.hpp - 阻塞式订阅
• SubscriptionMultiArray.hpp - 多重订阅数组，目的是为了高效管理同一 uORB 主题的多个实例订阅。

工具和辅助类：

• uORBUtils.hpp/cpp - 工具函数
• uORBCommon.hpp - 通用定义
• uORBTopics.h - 主题定义
• uORBMessageFields.hpp/cpp - 消息字段处理
• ORBSet.hpp - ORB 集合实现

测试相关：

• uORB_tests/ - 测试目录
• uORBMessageFieldsTest.cpp - 消息字段测试

uORB系统中的主要类及其关系：

Manager "1" --> "1" DeviceMaster : manages
DeviceMaster "1" --> "*" DeviceNode : creates/manages
DeviceNode "1" --> "1" orb_metadata : references
Publication --> orb_metadata : references
Subscription --> orb_metadata : references
Publication --> DeviceNode : publishes to
Subscription --> DeviceNode : subscribes to

1. Manager（管理器）

• 单例模式实现
• 管理整个uORB系统
• 提供主要的发布/订阅接口
• 管理DeviceMaster实例。作为DeviceMaster友元类，可以使用私有的构造接口创建实例

2. DeviceMaster（设备主控）

• 管理所有DeviceNode实例
• 管理主题实例。通过advertise接口，可以支持发布者、订阅者任意的启动顺序
• 维护统计信息

3. DeviceNode（设备节点）

• 代表一个具体的主题实例
• 处理数据的发布和订阅。
• 管理数据队列。存储该主题实例的对应的所有订阅回调。
• 与具体的orb_metadata关联

4. Publication（发布类）

• 提供发布者接口
• 管理发布句柄
• 简化发布操作

5. Subscription（订阅类）

• 提供订阅者接口
• 管理订阅句柄
• 简化订阅操作

6. SubscriptionCallback和SubscriptionCallbackWorkItem

• 异步处理机制：

• • 将 uORB 订阅与工作队列系统集成
• • 实现数据的异步处理
• • 避免阻塞主线程

• 事件驱动架构：

• • 当新数据到达时自动触发处理
• • 实现响应式编程模式
• • 提高系统实时性

• 资源管理：

• • 统一管理订阅和工作项
• • 自动处理资源分配和释放
• • 简化内存管理

7. orb_metadata（元数据）

• 定义主题的基本信息
• 包含主题名称、大小等属性
• 用于主题的标识和验证

主要关系：
Manager是整个系统的入口点，管理DeviceMaster
DeviceMaster创建和管理多个DeviceNode
DeviceNode与具体的主题元数据(orb_metadata)关联
Publication和Subscription通过DeviceNode进行数据交互
所有组件都依赖orb_metadata进行主题识别和验证

这种设计实现了一个高效的发布-订阅系统，支持：
多发布者-多订阅者模式（注：同一个topic的多发布者分别有自己一个实例，每个发布者使用不同的实例，通过实例ID来区分）
主题实例化
数据队列管理
统计信息收集
线程安全的数据交换

topic 头文件自动生成机制

如何将将topic msg生成对应头文件

这个过程是在构建阶段完成，核心处理逻辑位于msg/CMakeLists.txt，其最终通过Tools/msg/中的 Python 脚本处理，生成的uORB头文件和源文件文件位于build目录下。

核心cmake代码：

add_custom_command(
	OUTPUT
		${uorb_headers}
		${msg_out_path}/uORBTopics.hpp
	COMMAND ${PYTHON_EXECUTABLE} ${PX4_SOURCE_DIR}/Tools/msg/px_generate_uorb_topic_files.py
		--headers
		-f ${msg_files}
		-i ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}
		-o ${msg_out_path}
		-e ${PX4_SOURCE_DIR}/Tools/msg/templates/uorb
	DEPENDS
		${msg_files}
		${PX4_SOURCE_DIR}/Tools/msg/templates/uorb/msg.h.em 
		${PX4_SOURCE_DIR}/Tools/msg/templates/uorb/uORBTopics.hpp.em
		${PX4_SOURCE_DIR}/Tools/msg/px_generate_uorb_topic_files.py
		${PX4_SOURCE_DIR}/Tools/msg/px_generate_uorb_topic_helper.py
	COMMENT "Generating uORB topic headers"
	WORKING_DIRECTORY ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}
	VERBATIM
	)

.em 文件通常是指使用 empy（Embedded Python）模板引擎编写的模板文件。empy 是一种基于 Python 的模板系统，允许在文本文件中嵌入 Python 代码，以便动态生成内容。

px_generate_uorb_topic_files.py 核心为根据给定的模板文件和预定义的配置项来 调用empy解释器生成头文件和源文件。

生成的头文件和源文件最终会构成静态库uorb_msgs。

与px4_work_queue集成

platform/common/work_queue是一个跨平台（posix和nuttx平台）的抽象层，为上层应用提供了统一的工作队列接口。nuttx平台是直接使用nuttx内置的工作队列，而posix则是对接口进行了重新实现。

px4_work_queue是一个c++实现的工作队列模块,是否有使用os提供的队列 有待确认