Pixhawk + Ardupilot + 交叉编译工具链 + QGC(AP)

参考资料:
老吴学长教程:http://www.nephen.com/arrange/archive.html
Ardupilot:http://ardupilot.org/copter/index.html
Pixhawk开发者:http://dev.px4.io/

Pixhawk

首先稍微介绍一下Pixhawk,它很贵，是的．国外原装的估计的是700多，国内某宝上有很多公司自己仿照它做的板子也得588.目前据我所知道的某宝上卖的最便宜的Pixhawk是梦创团队做的，由于是手工焊制因此还有待提高其工业水平．不扯淡了，想玩无人机的朋友应该都知道大疆这个公司，目前它的无人机市场占有率很高，详情可以搜一搜相关新闻．大疆也很贵(其实要想玩无人机还是得掏钱啊)，上次我们学校一老师让我们观看一下大疆的一款飞机，好像是”悟”系列的，说是从美国带回来的，20000RMB．~__~.所以对于我们一般的爱好者怎么办的？国外开源之王–Pixhawk是首选．硬件开源(为啥能够轻易仿制)，固件开源(降低二次开发难度)，上位机也开源(扩展高级功能)．基本上能够满足无人机平台各个专业的需求．以前它叫做PX4FMU+PX4IO,其实对应到真正的板子上就是一个是stm32f4的芯片，另一个是stm32f1的芯片，主要是它俩加起来搞在一块板子上就是Pixhawk．PX4FMU负责进行高级的浮点运算等，PX4IO负责低级的定时器输出PWM等，两者共同运行了一个叫做Nuttx的嵌入式实时操作系统．如果是买回来的套件，板子肯定已经上载好了bootloader，如果是自己制作，必须在焊接好之后用Jlink等工具首先将bootloader上载进去，而后再通过交叉编译工具链或者上位机用USB接口连接电脑和板子下固件到板子．基础的板子一般只能飞基础的功能，比如自稳模式，定高模式啦．如果要飞高级模式，比如悬停，留待，自动模式啥的得需要GPS或者光流计等可选的硬件设备．所以，还是得舍得花钱…其实说到开源飞控平台有很多，比如国内做得还可以的匿名团队，有兴趣的小伙伴可以去了解一下．下图是梦创的板子.

Ardupilot

这个是一个固件或者说是软件，相对于一般的用户来说就是固件，因为不去更改它．作为开发者来说就是一个软件平台，必须要进行二次更改或者移植去定制自己的功能．首先要说到APM团队，也是一个无人机开发团队，其实最早是PX4团队在Pixhawk上开发出了固件，然后APM也借助了他们的劳动成果在Pixhawk上加入了自己的一个应用程序ArduCopter，这个程序作为一个进程在Nuttx里面被nsh脚本启动．而后再进行各种运算和控制…可能玩过航模的童鞋知道ArduCopter,这玩意儿支持很多架构，不只多旋翼，还包括固定翼和小车等．因为APM团队早期是在基于Avr芯片的arduino板子上跑的软件APM2.x，后来发现低端的资源配置已经不能满足大量的运算了，正巧来了Pixhawk，因此APM团队仍然在完成移植和新功能的开发工作上面．我们为什么不用PX4的固件转而来学习APM的固件呢？答案是简单一些，功能上它们俩差不多，但是在功能的源码实现上不太一样．我们可以分别从各自的github仓库里面fork并clone代码到本地用编辑工具(如sublime等)打开查看就知道了．至于怎么分析代码架构，请先学好单片机等相关知识以及飞行器的基本原理，最好有很好的高数基础和信号滤波的概念．而后，学好C++,就可以开始你的DIY之旅了．如果英文够好的话直接去官网看开发者教程就可以了．下图可以看到ArduCopter也是支持很多硬件平台的，我们编译的时候键入make px4-v2即可．键入make px4-v2-upload即可上载代码．我的开发平台是ubuntu 16.04 amd64.

交叉编译工具链

熟悉嵌入式开发的筒子们肯定都知道，我们在写好代码编译后是需要借助第三方电路结构(例如Jlink,串口有时候也支持)将程序从PC下载到板子上去．这是主要是由于指令集不一样所以要进行交叉编译，除非板子上已经装好了系统了…具体到开发Pixhawk所用到的编译器就是arm-none-eabi-gcc家族,详情安装方式参考官网APM或者PX4都可以，也可以看我学长的教程,只要搭建好这个环境编译APM或者PX4原生固件都是可以的．建议开发平台为Linux，win上面可能会出很多问题，也不建议在win上装Linux虚拟机,因为我当时就出了问题一直木有解决…最好装个双系统啥的．再说，Linux足够安全(相对概念,具体看设计)，不是吗？下图是我的arm-none-eabi-gcc版本号.

上位机

一款好的飞控开发出来，如果没有易于调参的上位机很是麻烦．Ardupilot里面大大小小的参数百多个，最经典的几个PID参数必须要调的．当然运气好机架和参数恰好对应了就不必这么麻烦了．还有些可选的硬件，在上位机里面修改比取修改源码方便多了．Linux上推荐使用QGC和APMPlanner,QGC和APMPlanner都是基于Qt写出来的上位机，直接支持Linux,Win,Mac．APM Planner而且还可以分析飞控上SD卡的飞行记录数据．而Mission Planner是用.net写出来的，在Linux上的话需要安装mono环境才能跑．对于校准加速度计和磁力计的话MP特别麻烦，转很久可能都转不到某些点．而且这里面的上位机几款都是开源的．有兴趣的都可以研究一下mavlink协议以及图形渲染相关编程技术．下图是APMPlanner的截图．

总结

去年加入的实验室，学stm32f1基础知识，从定时器输出PWM控制电调和定时器输入捕获PWM获取遥控器量，到SPI总线协议收发射频信号，I2C协议获取IMU传感器数据，到基础互补滤波和姿态融合算法，串级PID算法控制PWM输出量．一路走来对飞行器有了基本的认识，今年寒假开始的Pixhawk学习，到近期的电赛结束，算是画上了一个简单的分号吧．感谢各位帮助过我的筒子们，加油吧，学弟学妹们，明年电赛好好干．