PX4-Autopilot代码解析(1)-概述

PX4 自动驾驶仪是一款开源飞行控制软件栈,专为无人机、探测车、船舶和航天器等自动驾驶飞行器而设计。本文档详细介绍了 PX4 代码库架构及其核心子系统。

什么是 PX4 自动驾驶仪

PX4 自动驾驶仪是一套完整的飞行控制解决方案,提供驱动程序、中间件、控制算法、状态估计和通信协议,以实现各种飞行器类型的自主运行。

主要特点:

  • 多平台:支持 NuttX RTOS、Linux 和 macOS
  • 多飞行器:支持多旋翼飞行器、固定翼飞机、垂直起降飞机、漫游车、船只和实验车辆类型
  • 模块化架构:基于组件的设计,具有明确定义的接口
  • 实时能力:专为硬实时飞行控制应用而设计

支持的车辆类型:

车辆类型 描述 控制方法
多旋翼飞行器 多旋翼旋翼机 推力矢量位置/姿态控制
固定翼 传统飞机配置 基于能量的控制面
垂直起降 垂直起降飞机 具有模式转换的混合控制
罗孚 地面车辆 差速转向和速度控制
实验 船只、潜艇、宇宙飞船等 特定车辆的控制策略

系统架构

PX4 系统采用分层架构,硬件抽象、核心控制逻辑和外部接口之间清晰分离。中央通信主干是 uORB(微对象请求代理)消息总线,它实现了系统组件之间的松散耦合。

高级系统架构

关键子系统

模块组织

PX4 模块组织在src/modules目录下,每个模块实现飞行控制系统的一个特定方面。构建系统会根据目标配置自动发现并编译模块。

模块类别 关键模块 目的
状态估计 ekf2attitude_estimator_q 传感器融合和车辆状态估计
飞行控制 commander,,navigatorflight_mode_manager 高级控制逻辑和任务管理
车辆控制 mc_pos_control,,fw_pos_controlvtol_att_control 特定车辆的控制算法
沟通 mavlinkrc_update 外部通信和远程控制
模拟 simulatorgazebo 软件在环测试

数据流架构

构建系统和配置

PX4 使用基于 CMake 的构建系统,并使用 Kconfig 进行配置管理。这种方法允许跨不同的硬件平台和操作系统进行灵活的目标配置。

构建配置结构

关键构建系统组件:

成分 文件位置 目的
内核配置 [配置:1-219] 主配置定义系统
CMake 根目录 [CMakeLists.txt:102-497] 主要构建配置和模块编排
生成文件 [Makefile:1-588] 用户友好的构建目标界面
平台配置 platforms/${PX4_PLATFORM}/cmake/ 特定于平台的构建设置
主板配置 boards/*/default.px4board 特定于板的配置

系统启动过程

开发和测试基础设施

PX4 包括用于开发、测试和持续集成的综合工具。

开发工具:

模拟支持:

  • SITL(软件在环):Gazebo 集成,实现逼真的车辆模拟
  • 锁步调度程序CMakeLists.txt203-209- 确定性模拟时间
  • 硬件在环:支持使用模拟传感器进行硬件测试

有关模拟功能的详细信息,请参阅Gazebo 模拟硬件在环测试

相关推荐
Yuroo zhou7 小时前
破空驭风,智领未来 --5KG物流配送无人机展示飞行!
人工智能·算法·机器人·硬件工程·无人机
胖提莫8 小时前
无人机Remote ID Beacon 帧字段详解
无人机·remote id
lihongli00021 小时前
ros中的Navigation导航系统
自动驾驶·ros
康谋自动驾驶1 天前
拆解3D Gaussian Splatting:原理框架、实战 demo 与自驾仿真落地探索!
算法·数学建模·3d·自动驾驶·汽车
文火冰糖的硅基工坊1 天前
[嵌入式系统-143]:自动驾驶汽车与智能机器人的操作系统
机器人·自动驾驶·汽车
总有刁民想爱朕ha1 天前
YOLO目标检测:一种用于无人机的新型轻量级目标检测网络
yolo·目标检测·无人机
GIS数据转换器1 天前
2025无人机在农业生态中的应用实践
大数据·网络·人工智能·安全·无人机
无线图像传输研究探索1 天前
5G无人机用单兵图传设备 5G单兵图传 无线图传 无人机图传
5g·无人机·5g单兵图传·单兵图传·无人机图传
蜀中廖化1 天前
高压输电线背景下无人机检测输电线和周围树木以及计算两者之间的距离
无人机·双目摄像头测距·输电线检测·树木检测
应用市场1 天前
傅里叶变换在无人机振动分析中的应用详解
无人机