ArduPilot开源飞控系统之简单介绍

ArduPilot是一个可信赖的自动驾驶系统，为人们带来便利。为此，提供了一套全面的工具，几乎适用于任何车辆、无人机、潜艇、气球等设备。

作为一个开源项目，在用户社区的快速反馈的基础上不断发展。相应的开发团队与社区和商业合作伙伴合作，为ArduPilot添加惠及所有人的功能。

尽管ArduPilot不生产任何硬件，但ArduPilot固件可在各种不同的硬件上工作；加上地面控制软件，运行ArduPilot的无人驾驶设备可以具有高级功能，包括与操作员的实时通信。

1. 源由

在2022年5月份开始逐步尝试更多的了解飞控系统:

1. 从基于Betaflight的果冻F450
2. 后来基于iNavflight策划SnapDragonfly，打通技术链路，并规划编程无人机产品系统，更加紧密的结合Snap可视化编程和无人机应用

从商业角度看，其实比较成功的开源飞控系统，在大陆这边更多的是PX4。
主要原因是PX4是BSD 3-clause license，换句话说，就是修改代码可以不开源，从开源的角度，这个显然不利于技术的发展。

而与之相应的ArduPilot飞控系统是基于GPLv3。这个从技术发展的角度就非常友好，即修改了代码，必须开源出来。
当然规避方法不是没有，那就是Companion Computer通过标准协议接口进行解耦。这种就是非常好的技术与商业的二合一。

今天开始我们陆续的学习下的各个组成以及模块化设计实现的方法。

2. 了解&阅读

对于一个现有成熟系统，最好的了解方式：阅读代码、文档，以及上手使用该系统以获取第一手信息。

撰写这篇之前，我已经开始了一段时间的摸索：

1. 从ArduPilot飞控之DIY-F450计划起步
2. 目前已经可以手动stabilize模式下试飞

后续，计划是采用Mission Planner进行地面站的控制，进行轨迹巡航和自动降落等功能，当然里面还有很多好的内容，相信后续有时间逐步的研究，学习。

2.1 ArduPilot历史

关于ArduPilot的历史，官网上有非常详细的描述，这里就笔者比较关注的重点，特别列出，详见：History of ArduPilot

1. 2007年5月 Chris Anderson创办DIYDrones.com。
2. 2008年9月 Jordi制造了能够自主飞行的传统直升机无人机，并赢得了第一届Sparkfun AVC比赛。
3. 2009年 Chris Anderson和Jordi Munoz建立了3D Robotics。
4. 2012年 3D Robotics发布了APM2.5/2.6
5. 2013年1月 ArduPilot代码从google code搬迁到了github。
6. 2014年10月 DroneCode基金会成立。
7. 2016年3月 3DR因裁员而停止对ArduPilot社区的直接资助。同年，成立ardupilot.org非营利组织和新网站。

个人感觉前面这些历史变迁，值得回顾下，开源最后的好处就是大家都能使用到最先进的技术。

同时，大陆某宝上售卖的很多APM的版本都是2.6/2.8，大家看下就能知道，这个的水平基本上是2012年的，而现在已经是2023年了。10年的变迁，技术突飞猛进，所以建议大家买个相对靠近的飞控来学习。

这里有比较成熟且在官网有记录的硬件，详见：Autopilot Hardware Options

注：笔者这款就是Closed hardware里面的一个Holybro Kakute F7 AIO，点进去就能看到使用上述板子需要注意的配置项。

2.2 关于GPLv3

可能很多人并不太了解软件代码遵循的License是什么？其实换句话说，就是知识产权归属的问题。

这里强调一下，主要目的是更好的让大家理解该GPLv3的好处，同时也给需要应用规避的商业操作做了技术指导。

首先，根据ArduPilot项目的性质，可以根据许可证条款自由使用Github存储库中提供的所有代码和工具，而无需任何授权或参与。非常感谢那些将此软件纳入其产品中进行销售的公司和个人。相当多的人已经这样做了。但是，许可证需要指出一些内容：

• 告知您的客户该软件是开源的，并提供产品中的实际源代码，或提供可以找到源代码的链接
• 与个人开发人员的贡献一样，如果您能通过电子邮件向我们通报包含该软件的产品，我们将不胜感激[email protected]。
• 此外，对于那些可能对更广泛的社区有用的更改，如果您可以使用pull请求将它们贡献回来，以考虑添加到原始代码库中，我们将不胜感激。

为什么我们选择这个许可证而不是其他许可证？

• 为项目贡献bug修复和增强（或者至少向最终客户提供这些修复）的需求增加了贡献者之间的合作。如果没有这一要求，参与者会倾向于对自己进行哪怕是微小的改进，以获得相对于其他贡献者的优势。有证据表明，这很快导致了项目中许多不兼容的分支，对所有人都不利。
• 许可证的“v3”部分确保购买设备的客户有权升级或更换飞行控制器上的ArduPilot版本。许可证并不要求它实际工作，只要求升级是可能的。这确保了即使制造商停止支持产品（这可能是出于非常合理的原因），如果所有者或开发社区决定获得支持，产品也可以继续发挥作用。ArduPilot已经出现了这样的例子。请注意，此要求仅适用于“用户产品”和制造商在技术上可以升级设备固件的产品。

可以集成封闭源代码（即专有）和开放源代码吗？

ArduPilot是开源的（GPLv3），但可以使用配套计算机运行封闭源代码，以方便将ArduPilet集成到您的系统中，或者添加更高级别的功能，使自己与竞争对手区别开来。建立在免费低级别飞行代码的可靠性之上，这样你就可以投资于更高级别的功能。我们相信ArduPilot与领先的封闭系统一样可靠，您不必受制于特定的制造商。以下是一家制造商如何做到这一点的图片。

2.3 ArduPilot系统组成

从整体上看下ArduPilot系统，其实不难发现主要组成归纳：

1. 设备(应用)：AntennaTracker/ArduCopter/ArduPlane/ArduSub/Rover/Blimp
2. 库(组件)：libraries
3. 模块(三方)：modules
4. 地面站软件：Mission Planner/APM Planner 2.0/QGroundControl
5. 标准协议：MAVLink/UAVCAN
6. SDK、工具：MAVProxy/DroneKit
7. 遥控接收机 + 遥控器
8. 外部传感器（GPS/Compass/Lidar etc）
9. 维测工具（调试工具，配置工具）
10. 视频系统（单独拎出来，其实视频/照片都是摇杆的一部分）

注：可能有偏颇，但是这里重点是想说明我们想要了解整个系统运作，就需要了解系统的组成结构。

2.4 ArduPilot代码结构

ArduPilot的基本结构分为5个主要部分：

1. 设备代码（AntennaTracker/ArduCopter/ArduPlane/ArduSub/Rover/Blimp）
2. 共享库
3. 硬件抽象层
4. 工具目录
5. 外部支持代码（即mavlink、dronekit）

.
├── AntennaTracker
├── ArduCopter
├── ArduPlane
├── ArduSub
├── Rover
├── Blimp
├── libraries
├── modules
└── Tools

注：MAVLink作为一种标准协议，将飞控从系统中独立出来，完成最为基本的飞行控制动作。

3. 后续

接下去，我们将逐步的基于现有DIY系统来逐步了解和学习ArduPilot系统，更新的章节会和Betaflight类似在此一并提供链接。

1. ArduPilot飞控之DIY-F450计划
2. ArduPilot Kakute F7 AIO DIYF450 without GPS配置
3. 持续更新中。。。。。。

注：如果大家有兴趣研究和学习的，可以通过Welcome to the ArduPilot Development Site进行学习，源代码链接github-ArduPilot。

4. 参考资料

【1】BetaFlight开源工程结构简明介绍
【2】BetaFlight开源代码框架简介
【3】四轴飞控DIY简明步骤介绍
【4】四轴飞控DIY Mark4 - 减震
【5】关于穿越机FPV视频果冻效应的讨论
【6】Snap4iNav_Project