PX4开源飞控--开发环境搭建 编译仿真及烧录_px4编译

目录

前言

一、PIXHAWK、PX4、APM 简述

1、概念介绍（PIXHAWK、PX4、APM）

2、PIXHAWK硬件接线调试说明

3、PX4开发编译仿真烧录流程

4、官方指导文档和源码地址汇总

二、ubuntu下搭建PX4开发编译仿真环境

1、下载px4源码

2、下载官方docker容器（集成了开发编译环境）

3、编译对应仿真环境的固件((jMAVSim、Gazebo 、AirSim仿真))

4、编译对应飞控板的固件（Pixhawk飞控板）

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前言

主要介绍过PX4开源飞控的开发环境搭建、编译、仿真及烧录，在仿真环节启动无人机模拟器，通过外部QGC地面站控制无人机或通过外部UDP服务器接收无人机数据。

一、PIXHAWK、PX4、APM 简述

1、概念介绍（PIXHAWK、PX4、APM）

PIXHAWK是应用较广的开源飞控硬件平台，PX4和APM都是开源飞控软件平台，均可以烧写到PIXHAWK这款硬件板上

PX4飞控软件平台（PX4专为PIXHAWK开发的），它提供了一个虚拟环境，可以用来验证无人机的飞控算法，也可以连接开源硬件PIXHAWK。

PX4地面控制站被称为QGroundControl（简称QGC），PX4与地面站之间的通信是用mavlink协议，QT可以对地面站进行二次开发

APM飞控软件平台专为Arduupilot开发的固件，也可以烧写到PIXHAWK上

APM地面控制站被称为Mission Planner（简称MP）

2、PIXHAWK硬件接线调试说明

硬件接口调试文档参考：接口说明 · GitBook

3、PX4开发编译仿真烧录流程

PX4的开发编译环境有Linux、window和MacOS系统这几种，在ubuntu系统下比较高效方便，搭建流程如下：

（1）下载PX4固件源码

（2）下载官方docker容器（集成了开发编译环境）

（3）编译对应仿真环境的固件

（4）编译对应飞控板的固件（Pixhawk飞控板）

4、官方指导文档和源码地址汇总

PX4官方使用者手册：PX4 Autopilot User Guide | PX4 Guide (main)

mavlink协议官方指导书：Guide · MAVLink Developer Guide

PX4源码网址：GitCode - 开发者的代码家园

原本的Firmware 已经更名为PX4-Autopilot

git可下载最新版本源码固件：

git clone https://github.com/PX4/PX4-Autopilot.git --recursive

二、ubuntu下搭建PX4开发编译仿真环境

        在ubuntu系统下比较高效方便，为了降低安装和使用过程中系统崩溃的风险，在本地电脑中安装VM虚拟机，虚拟机安装ubuntu 18.04或ubuntu 20.04系统，安装过程比较简单，本文不再赘述。在此，为了方便后期移植和系统维护，建议使用官方提供的docker容器，容器集成了开发编译仿真环境。

1、下载px4源码

mkdir px4
cd px4
git clone https://github.com/PX4/PX4-Autopilot.git --recursive

可能因为网络问题中止，那就删除之后，重新多下载几次，不行就翻墙。

PX4代码架构：

2、下载官方docker容器（集成了开发编译环境）

• ubuntu系统中安装docker

sudo apt update
sudo apt install docker-ce docker-ce-cli containerd.io

• 拉取官方docker镜像

docker pull px4io/px4-dev-ros2-foxy

注：上述使用的是ros2-foxy的容器，官方还提供了不同容器，如下所示，层层递进，在前一层的基础上进行构建，对应不同的仿真环境，体积也不一样，一般也可选择 px4io/px4-dev-simulation-focal ，这个容器是以`px4io/px4-dev-base-focal`为基础层构建的，其中加入了模拟仿真所需的环境和工具。

- px4io/px4-dev-base-focal
  - px4io/px4-dev-nuttx-focal
  - px4io/px4-dev-simulation-focal
    - px4io/px4-dev-ros-noetic
      - px4io/px4-dev-ros2-foxy
  - px4io/px4-dev-ros2-rolling
- px4io/px4-dev-base-jammy
  - px4io/px4-dev-nuttx-jammy

• 创建容器

# enable access to xhost from the container
xhost +
 
# Run docker
docker run -it --privileged \
-v /home/ubuntu/Downloads/px4/:/home/px4 \
-v /tmp/.X11-unix:/tmp/.X11-unix:ro \
-e DISPLAY=:0 \
--name=px4_test1 \
--net=host \
px4io/px4-dev-ros2-foxy:latest /bin/bash

特别说明：

“-v /home/ubuntu/Downloads/px4:/home/px4”：表示的是，将我ubuntu系统的/home/ubuntu/Downloads/px4/目录映射到容器里面的/home/px4/目录，PX4源码 PX4-Autopilot 这个文件夹，在我ubuntu系统的/home/ubuntu/Downloads/px4/下。

“--name=px4_test1”：表示的是给容器起的某个名字叫 px4_test1，可任意取。

3、编译对应仿真环境的固件((jMAVSim、Gazebo 、AirSim仿真))

• 初次编译px4（使用 jMAVSim 模拟器，较为简易）

#进入容器里面后，cd进入px4源码文件夹
cd /home/px4/PX4-Autopilot
make px4_sitl jmavsim

  编译最后出现错误：

BUILD SUCCESSFUL
Total time: 0 seconds
Picked up JAVA_TOOL_OPTIONS: -Dfile.encoding=UTF8
Unrecognized option: --add-exports
Error: Could not create the Java Virtual Machine.
Error: A fatal exception has occurred. Program will exit.

这个错误表明在运行jMAVSim时，Java虚拟机(JVM)无法识别`--add-exports`选项。这个问题通常与使用的Java版本有关。`--add-exports`是Java 9引入的一个新选项，用于配置模块之间的访问权限。如果你使用的Java版本低于9，你将会遇到此错误。

检查Java版本， 如果你看到的版本是低于9（比如1.8），那么你需要升级Java版本：

java -version

升级一下java即可：

apt-get update
apt-get install -y openjdk-11-jdk

完成Java版本更新后，尝试再次编译并运行jMAVSim仿真：

#设置飞行速度
export PX4_SIM_SPEED_FACTOR=10
 
#编译
make px4_sitl jmavsim

注：也可以编译其它模拟器的仿真环境，如 Gazebo, Gazebo Classic 和 AirSim，（Gazebo取代了旧的 Gazebo Classic 模拟器）

#例如 Gazebo：
make px4_sitl gazebo
 
#例如 Gazebo Classic：
make px4_sitl gazebo-classic

• 启动仿真模拟器：

编译成功后系统将自动打开 jMAVSim模拟器，这时无人机仿真环境就出现了。

输入起飞指令：

pxh> commander takeoff

• 启动地面站

当然，使用地面控制台进行模拟飞行更接近真实操作，下载地面站模拟器（QGroundControl），不同系统对应不同安装包，软件下载地址如下：

Download and Install | QGC Guide (master)

我选择在Windows系统安装QGC，因此下载QGroundControl-installer.exe，双击即可安装，就可以用 QGroundControl 模拟器来控制虚拟无人机了，如起飞、设置高度、航点等。

地面站一直是处于断开连接状态：

• 启动仿真模拟器的mavlink，在局域网和QGC通信

PX4内部UDP端口说明：

地面站（监听本地UDP端口14550），接收PX4数据

外部开发人员API监听PX4的UDP端口：14540。对于多个目标模拟，PX4按顺序为14540到14549的每个实例分配一个单独的远程端口（其他实例都使用端口14549）。

输入：

mavlink start -p -u 14556 -o 14550

-u表示的是绑定的本地端口，-o表示的是远程连接对方端口

也可以使用-t命令和特定的IP通信. ：mavlink start -p -u 14556 -t 192.168.x.x -o 14550

已经和远端的模拟器连接上了

• 启动仿真模拟器的mavlink，在局域网和自己的UDP服务器通信

在上面的步骤中，在终端窗口启动了一个mavlink和QGC通信，那么如何使自己的UDP服务器像QGC一样接收PX4的数据呢？操作如下：

先停止之前的所有通信：

mavlink stop-all

启动仿真模拟器的mavlink和QGC通信：（我的QGC安装在本地电脑上）

mavlink start -p -u 14556 -t 127.0.0.1 -o 14550

启动仿真模拟器的mavlink和UDP服务器通信，端口不能和QGC通信的端口冲突：

UDP服务器自己手写了一个， ip是10.10.151.211，端口14540

mavlink start -p -u 14557 -t 10.10.151.211 -o 14540

可以看到udp服务器接收到了一堆数据，这些就是mavlink协议数据了，mavlink协议参照官方指导书：Guide · MAVLink Developer Guide

4、编译对应飞控板的固件（Pixhawk飞控板）

• 编译

不同版本的开发板对应指令如上，我是为Pixhawk 2.4.8编译的，因此指令如下：

cd PX4-Autopilot
make px4_fmu-v3_default

注：也可以通过指令来查看对应开发板的指令：make list_config_targets

编译完成后会在 build/nuttx_px4fmu-v3_default/ 目录下生成一个叫 px4fmu-v3_default.px4 的文件，这个文件就是我们需要烧写到Pixhawk中的固件程序。

• 将固件烧录到飞控板

必须要通过有线连接的方式进行固件的烧录。

PX4固件代码的烧入方式1（ubuntu终端窗口命令行烧录）：

将Pixhaw使用USB线接入到计算机上，在ubuntu系统的/dev/目录下会有一个叫作ACM0的设备文件，即是Pixhawk飞控。通过终端，使用不同的命令针对不同的硬件和型号进行Cmake编译，例如：

make px4_fmu-v3_default upload

PX4固件代码的烧入方式2 （QGC地面站升级）：

通过USB连接电脑启动QGC地面站中的自定义固件类型进行烧入，

启动QGC地面站，在固件位置 → 重新插拔USB→选择高级设置→自定义固件文件 → 找到PX4-Autopilot中的build中的 .px4文件即可。