Windows / Ubuntu操作系统下Pixhawk原生固件PX4的编译方法

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更新于2017.3.13

FAQ

本文说明针对 PX4 Firmware 1.6.0

• 问题 1： 找不到python jinja2模块

CMake Error at /usr/share/cmake-3.2/Modules/FindPackageHandleStandardArgs.cmake:138 (message):
  couldn't find python module jinja2:

  		

  for debian systems try: 		

  	sudo apt-get install python-jinja2 		

  or for all other OSs/debian: 		

  	pip install jinja2

   (missing:  PY_JINJA2) 
Call Stack (most recent call first):
  /usr/share/cmake-3.2/Modules/FindPackageHandleStandardArgs.cmake:374 (_FPHSA_FAILURE_MESSAGE)
  cmake/common/px4_base.cmake:1295 (find_package_handle_standard_args)
  CMakeLists.txt:276 (px4_find_python_module)


-- Configuring incomplete, errors occurred!

解决方案：缺什么安什么

Windows系统下：
pip install jinja2

Linux系统下：
sudo apt-get install python-jinja2

• 问题 2： Windows下出现rsync error错误

The source and destination cannot both be remote
rsync error: syntax or usage error (code 1) at /usr/src/rsync/rsync-3.0.8/main.c(1148) [receiver=3.0.8]
make[3]: *** [nuttx_copy_px4fmu-v2.stamp] Error 1
make[2]: *** [CMakeFiles/nuttx_copy_px4fmu-v2.dir/all] Error 2
make[2]: *** Waiting for unfilished jobs....
The source and destination cannot both be remote
rsync error: syntax or usage error (code 1) at /usr/src/rsync/rsync-3.0.8/main.c(1148) [receiver=3.0.8]
make[3]: *** [src/modules/px4iofirmware/nuttx_copy_px4fmu-v2.stamp] Error 1
make[2]: *** [src/modules/px4iofirmware/nuttx_copy_px4fmu-v2.dir/all] Error 2
make[1]: *** [all] Error 2
make[1]: *** [px4fmu-v2_default] Error 2

解决方案：cmake nuttx rsync 仅使用相对路径进行复制

对Firmware/cmake/nuttx/px4_impl_nuttx.cmake文件进行更改，点击传送门

• **问题 3：**内存溢出

collect2.exe:error:ld returned 1 exit status
make[3]: *** [src/firmware/nuttx/firmware_muttx] Error 1
make[2]: *** [src/firmware/nuttx/CMakeFiles/firmware_muttx.dir/all] Error 2
make[1]: *** [all] Error 2
make: *** [px4fmu-v2_default] Error 2

解决方案：移除不是必要的模块. 配置在这里. 为了移除一个模块, 可以直接注释掉它:
对于FMUv2(Pixhawk1)或者FMUv3(Pixhawk 2)硬件，找到Firmware/cmake/configs/nuttx_px4fmu-v2_default.cmake
修改为：

#drivers/trone

即可

• 问题 4： gcc 版本


解决方案：gcc 4.8.4 已经过时了，目前支持的是 4.9.4还有 5.4.3版本。


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正文

各个论坛以及QQ群中经常有人反应不知道怎么编译Pixhawk原生固件PX4，笔者也为这个问题苦恼了很久，最近一时兴起，想尝试下官网的写一个应用程序，但是原生代码都编译不过这可怎么能行，于是东查西试，解决了在Windows操作系统以及Ubuntu操作系统上编译PX4固件的问题。

Windows 7 64bit

软件安装

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首先，需要安装一些软件，CMake、32位的Java jdk以及PX4 Toolchain Installer。
CMake的话笔者使用的是CMake-3.3.2-win32-x86版本。
关于CMake的安装有一点需要注意，在第三步Install Options安装选项中，需要将CMake加入到系统路径中：

Java sdk：

Eclipse 需要 Java，用命令 java -version 来查看 Java 是否配置 成功。

接下来进行PX4固件相关的配置，安装PX4 Toolchain Installer，默认安装在C盘根目录下，笔者不服，非要安装在D盘，安装的时候一路下一步就行。

安装完以后在开始菜单会出现一套工具链包括，PX4Console、PX4Ecplise.

代码编译

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打开PX4console，下载PX4固件，输入指令：

git clone https://github.com/PX4/Firmware.git

切换到Firmware文件夹，输入指令：

cd Firmware

之后输入指令：

git submodule update --init --recursive

（根据网速耗时有差异，耐心等待）

关键一步

在开始最后的编译之前，有一个步骤必不可少，将arm-none-eabi-gcc 4.7.4换成4.9.4或5.4.3，下载4.9.4版本的压缩文件，5.4.3版本。


解压后将这四个文件夹复制并替换到PX4Toolchain安装目录下的toolchain文件夹下，这里笔者替换到的文件夹为D:\px4\toolchain。

随后启动PX4 Console控制台进行编译，先进入Firmware文件夹，输入指令：

cd Firmware

进行编译

make px4fmu-v2_default

（漫长的等待，可能需要半个小时）

编译成功的界面如下：

如果在没有进行arm-none-eabi-gcc 4.7.4替换的情况下直接进行固件编译，则会出现如下所示的错误：

为时不晚，依然来得及将下载好的4.9.4版arm-none-eabi-gcc解压并替换掉Toolchain文件夹下的相应文件。

之后重启PX4Console控制台，首先还是先进入到Firmware文件夹下：

cd Firmware

输入指令：

make clean

清除上一次的编译，然后重新编译，输入指令：

make px4fmu-v2_default

（又是漫长的等待，但是等待都是值得的）

固件烧录

将飞控板通过USB连接电脑，输入以下指令即可完成固件的烧录：

make px4fmu-v2_default upload

烧录成功的界面如下图：

配置Eclipse

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现在控制台已经编译成功了，接下来就是进行Eclipse的配置了

• 打开PX4Eclipse。

第一次启动时，选择好workplace，并勾选Use this as the default and……。由于笔者以D盘作为工作目录，因此这里依然保持将workplace放置在D盘。

• 建立工程

File -> New -> Makefile Project with Existing Code。
然后点击Browse……到D:\px4\Firmware，并选择Cross GCC，点击Finish。

然后进入Workbench：

• 创建编译目标

可以在右边板块中Make Target（ 或者菜单 Window -> Show View -> Make Target 也可以打开）,选中根文件夹（Firmware），可以创建新的 make Target（绿色圆形按钮）。 如创建目标 px4fmu-v2_default

px4fmu-v2_default创建好如下：

同理创建目标：all,archives,clean,distclean,px4io-v2_default, px4fmu-v2_default upload

• 各 make target 说明
  • clean – 删除编译的固件相关文件，不会清除archives
  • px4fmu-v2_default—FMU 固件
  • px4fmu-v2_default upload – 烧录固件到飞控板

**提示：**与make有关的指令可以用Firmware/Makefile文件中查看

• 路径配置
  必须配置好Eclipse软件的路径才能进行编译，这一步至关重要。
  打开eclipse软件，打开目录栏的Project -> Priorities
  
  有点意思的是，你得先打开左边Firmware中的随便一个文件，否则Priorities这一项会是灰色的，无法进行操作。
  打开相应栏，更改CWD、PWD的路径：
  开始的路径（如果装在默认路径则为C：\px4）
  然后你的CWD路径为 C:\px4\Firmware
  这里将路径改为 /D/px4/Firmware
  差别不大，还望仔细，笔者当时在这个问题上可是纠结了特别久，无限的报错，not contain Cmakelists.txt。也是得到高人相助，开始人指出来笔者还根本看不出，然后仔细的发现原来是：“\”、“/”“这样的问题。
  然后再将PWD的路径也做相应的更改。

• 编译固件
  点击上述Target中的px4fmu-v2_default，即可进行编译。此操作与在Console控制台中输入make有同样的效果。

• 烧录固件
  固件的烧录可以直接使用QGC地面站进行。也可以在PX4 Console或者PX4 Eclipse中进行，编译成功后在PX4 Eclipse界面右侧点击Target中的px4fmu-v2_default upload即可进行固件的烧录。这样就可以将自己的算法加入到原生固件中了。

至此，在Windows环境下编译Pixhawk原生固件PX4的操作已经完成。

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Ubuntu 14.04 LTS

笔者同时也进行了Ubuntu上的环境搭建。跟随大流，笔者安装了Ubutnu 14.04 LTS虚拟机，64位操作系统。

在Ubuntu上搭建环境相对简单许多，按照PX4中文维基官网的教程即可。

工具链安装

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• 权限设置

把用户添加到用户组　“dialout”（如果这步没做，会导致很多用户权限问题）:

sudo usermod -a -G dialout $USER

然后注销后，重新登录，因为重新登录后所做的改变才会有效

• 安装CMake

sudo add-apt-repository ppa:george-edison55/cmake-3.x -y
sudo apt-get update
# 必备软件(python、git、qt)
sudo apt-get install python-argparse git-core wget zip \
    python-empy qtcreator cmake build-essential genromfs -y
# 仿真工具
sudo add-apt-repository ppa:openjdk-r/ppa
sudo apt-get update
sudo apt-get install openjdk-8-jre
sudo apt-get install ant protobuf-compiler libeigen3-dev libopencv-dev openjdk-8-jdk openjdk-8-jre clang-3.5 lldb-3.5 -y

• 卸载模式管理器

Ubuntu配备了一系列代理管理，这会严重干扰任何机器人相关的串口（或usb串口），卸载掉它也不会有什么影响。

sudo apt-get remove modemmanager

• 更新包列表和安装下面的依赖包

sudo add-apt-repository ppa:terry.guo/gcc-arm-embedded -y
sudo add-apt-repository ppa:team-gcc-arm-embedded/ppa
sudo apt-get update
sudo apt-get install python-serial openocd \
    flex bison libncurses5-dev autoconf texinfo build-essential \
    libftdi-dev libtool zlib1g-dev \
    python-empy gcc-arm-none-eabi -y

代码编译

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根据PX4中文维基官网教程。

• 安装Git

sudo apt-get install git-all

• 下载代码

mkdir -p ~/src
cd ~/src
git clone https://github.com/PX4/Firmware.git

• 初始化
  先进入Firmware文件夹，进而进行初始化、更新子模块操作，耐心的等待……

cd Firmware
git submodule update --init --recursive

• 编译
  在上一步的操作结束之后，即可进行编译：

make px4fmu-v2_default

注意到“make”是一个字符命令编译工具，“px4fmu-v2”是硬件版本，“default”是默认配置，所有的PX4编译目标遵循这个规则。

与Windows环境中相同，这里也可能因为gcc-arm-none-eabi版本不对，需要进行版本升级到4.9.4，方法如下：

• 下载gcc-arm-none-eabi 4.9.4，对于的文件夹命名为arm-none-eabi-4_9-2014q3

wget https://launchpad.net/gcc-arm-embedded/4.9/4.9-2015-q3-update/+download/gcc-arm-none-eabi-4_9-2015q3-20150921-linux.tar.bz2

• 去旧迎新

pushd .
# => 卸载新版的gcc-arm-none-eabi
sudo apt-get remove gcc-arm-none-eabi
# => 安装下载好的gcc-arm-none-eabi
tar -jxf gcc-arm-none-eabi-4_9-2015q3-20150921-linux.tar.bz2
sudo mv gcc-arm-none-eabi-4_9-2015q3 /opt
exportline="export PATH=/opt/gcc-arm-none-eabi-4_9-2015q3/bin:\$PATH"
if grep -Fxq "$exportline" ~/.profile; then echo nothing to do ; else echo $exportline >> ~/.profile; fi
# => 使路径生效
. ~/.profile
popd

对于GCC5.4.3版本的下载：

wget https://launchpad.net/gcc-arm-embedded/5.0/5-2016-q2-update/+download/gcc-arm-none-eabi-5_4-2016q2-20160622-linux.tar.bz2

其余操作不再赘述

PX4 中文维基 同步更新。

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笔者装的是Ubuntu 64位系统，而上述arm-none-eabi是直接下载的编译好的32位，还需要安装一个东西

sudo apt-get install lsb-core

可以检查arm-none-eabi 4.９是否安装成功，输入以下指令：

arm-none-eabi-gcc --version

如果出现如下信息，交叉编译环境搭建就没有什么问题了

～$ arm-none-eabi-gcc --version
arm-none-eabi-gcc (GNU Tools for ARM Embedded Processors) 4.9.3 20150529 (release) [ARM/embedded-4_9-branch revision 227977]
Copyright (C) 2014 Free Software Foundation, Inc.
This is free software; see the source for copying conditions.  There is NO
warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.

• 编译

cd ~/src/Firmware
make px4fmu-v2_default

进入Firmware所在的文件夹，make成功后，显示如下：

Ninja

Ninja比Make更快，并且PX4的CMake生成器可以支持它。不幸的是，Ubuntu目前只支持一个非常过时的版本。

这里博主下载二进制文件并添加到系统路径来安装最新版本的Ninja：

mkdir -p $HOME/ninja
cd $HOME/ninja
wget https://github.com/martine/ninja/releases/download/v1.6.0/ninja-linux.zip
unzip ninja-linux.zip
rm ninja-linux.zip
exportline="export PATH=$HOME/ninja:\$PATH"
if grep -Fxq "$exportline" ~/.profile; then echo nothing to do ; else echo $exportline >> ~/.profile; fi
. ~/.profile

按上面的方法配置好ninja之后，以后每次一make都会调用它，这样编译速度会更快。

如果不想使用ninja的话，可以将其从’~/.profile’中注释掉。

#export PATH=/home/fantasy/ninja:$PATH

Qt Creator

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Qt Creator是官方唯一支持的IDE，在Ubuntu上针对PX4固件使用，便于看代码的同时也可以进行编译烧录。

• 安装Qt

sudo apt-get install qtcreator

Qt Creator的常见功能如下：

在打开Qt之前，应该创建project文件：

cd ~/src/Firmware
mkdir ../Firmware-build
cd ../Firmware-build
cmake ../Firmware -G "CodeBlocks - Unix Makefiles"
#可以发现Firmware-build目录生成了一些文件

提个醒： 按照官网上面最后一行的命令，当前使用Qt编译得到的将是build px4 ，因为默认的编译指令是make posix_sitl_default，这不是大家所期待的结果。

解决方案：对于，Pixhawk硬件，将最后一行改成
cmake ../Firmware -G "CodeBlocks - Unix Makefiles" -DCONFIG=nuttx_px4fmu-v2_default

其他例如使用FMUv4的用户请根据需求进行替换。

• 打开Qt
  
  Ubuntu用户只要导入主文件夹里的CMakeLists.txt文件就可以了，打开Qt，通过File -> Open File or Project -> 选择CMakeLists.txt (默认位置在Firmware文件夹根目录下)
  

• 项目配置
  选择src/Firmware-build作为构建目录
  
  运行设置
  

• 编译
  

• 上传

笔者刚开始的时候发现Qt中默认显示的固件不全，很多文件都没有显示，如下图所示

进行下面的操作就哦可了

Eclipse on Ubuntu


在Windows下习惯了使用Eclipse的用户也可以直接在Ubuntu下使用Eclipse进行开发，与Qt一样，这也是一款跨平台的IDE。
就是Java配置有点复杂，用起来却是非常方便的，除了不用更改环境设置，其他的都与Ｗｉｎｄｏｗｓ下无异，此处不在赘述。

一个很棒的特点就是Ｕｂｕｎｔｕ下的Ｅｃｌｉｐｓｅ可以直接加中文注释，这是别的编译器没有的，我尝试了用Ｓｕｂｌｉｍｅ看代码，定义跳转不太给力，Ｑｔ打开工程很慢。

目前为止最好的方法还是虚拟机，Ｗｉｎｄｏｗｓ改一行代码编译上传可能需要五分钟，非常费劲，但是Ｕｂｕｎｔｕ可以说是极速。但是Ｗｉｎｄｏｗｓ下有很多好用的工具便于调试，Ｓｏｕｒｃｅ　Ｉｎｓｉｇｈｔ看代码也是很给力。虚拟机完美。

至此，在Windows已经Ubuntu下的环境搭建已经全部搭建成功。

现在是2016.7.26 19:37 为了确保方法的有效性，笔者已经在都装有Ubuntu虚拟机的笔记本和台式机上用上述方法完成了两种系统下环境搭建、代码编译的复现，亲测有效。

Tips

下载特定版本的固件

PX4Firmware有非常多的发行版，可以从这里看到。


也可以在这里进行选择：


其实下载链接都是https://github.com/PX4/Firmware.git。

~$:cd ~/src/Firmware
# 查看标签（版本）
~$:git tag
...
v1.4.0rc1
v1.4.0rc2
v1.4.0rc3
v1.4.0rc4
v1.4.1rc1
v1.4.1rc2
...
# 新建一个工作分区并切换到目标版本
git checkout -b branch_name tag_name

这样就可以使用你想要的任意版本固件进行开发了。（因为可能有的版本确实不太稳定）

Makefile

# Don't be afraid of this makefile, it is just passing
# arguments to cmake to allow us to keep the wiki pages etc.
# that describe how to build the px4 firmware
# the same even when using cmake instead of make.

Makefile只是将参数传递给cmake。所有与make相关的指令都可以在这里找到，也可以自定义编译指令，比如

#  explicity set default build target
fantasy: px4fmu-v2_default

于是博主编译固件变成下面这个样子：

~$:~/src/Firmware $ make fantasy
PX4 CONFIG: px4fmu-v2_default
ninja: no work to do.

做这些只为让遇到相同问题的人少走弯路，专注核心问题，这也是笔者开展PX4中文维基汉化项目的初衷。
还望志同道合的你们多多支持！~

Just Enjoy It .

                                          By Fantasy