PX4与Pixhawk关系
Pixhawk与PX4对比
概述
Pixhawk和PX4是无人机领域两个紧密相关但又完全不同的概念。Pixhawk是一套开源的自动驾驶仪硬件标准，而PX4是一个开源的飞行控制软件（固件）项目。
| 特性 | Pixhawk | PX4 |
|---|---|---|
| 定义 | 一套开源的飞行控制器（自动驾驶仪）硬件标准 | 一个开源的飞行控制软件（固件）项目 |
| 本质 | 物理设备 | 操作系统和应用程序 |
| 主要内容 | 处理器（如STM32系列）、传感器（IMU、磁力计等）、各种接口和电路设计 | 飞行控制算法、状态估计（如EKF2）、任务规划、通信协议（MAVLink）等 |
| 关系 | Pixhawk硬件是载体，可以运行多种飞控软件 | PX4是灵魂，最初专为Pixhawk硬件优化，但也可运行在其他兼容硬件上 |
基本概念与定义
Pixhawk
Pixhawk是一套开源的飞行控制器（自动驾驶仪）硬件设计规范[1](@ref)。它定义了无人机飞行控制器的硬件架构、接口和功能特性，确保了不同厂商产品之间的兼容性和互换性。典型的Pixhawk兼容硬件（例如Pixhawk 4, Pixhawk 6X, Cube Orange等）通常采用主协处理器设计，内置冗余传感器（双IMU），并配备丰富的接口（PWM, CAN, UART, I2C, SPI等），支持模块化扩展[1,5](@ref)。
PX4
PX4是一个开源的飞行控制软件项目（或称固件），提供了一套完整的无人机自动驾驶解决方案[1,3](@ref)。它包含飞行控制算法、状态估计（如EKF2）、导航、任务规划以及与外设通信（如MAVLink协议）的所有软件逻辑[1,3](@ref)。PX4支持多种无人机类型（多旋翼、固定翼、垂直起降等），并具备先进的故障安全机制[3](@ref)。
历史背景
PX4项目起源于苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）的PIXHawk项目，旨在为学术、爱好和工业团体提供一款低成本、高性能的高端自驾仪[1](@ref)。Pixhawk硬件则源于该大学的研究团队自2009年以来的工作[1](@ref)。2014年，3DR联合APM小组与PX4小组推出了PIXHawk飞控，成为PX4飞控的升级版本，它能够同时支持PX4和APM（ArduPilot）两套固件[1](@ref)。
技术架构与组成
Pixhawk硬件组成
Pixhawk兼容硬件通常包含以下关键组件：
- 处理器（CPU）：如STM32系列处理器[1](@ref)。
- 传感器：惯性测量单元（IMU，包含加速度计和陀螺仪）、磁力计、气压计等[1,5](@ref)。
- GPS模块：提供精确的位置信息。
- 通信接口：支持MAVLink协议的串口、USB接口等，用于地面站通信和数据交换[1](@ref)。
- 调试接口：用于系统调试和固件烧录[5](@ref)。
PX4软件架构
PX4采用模块化设计，其软件架构主要可分为四个层次[2](@ref)：
- 应用程序的API：为应用程序开发人员提供精简、扁平的接口。
- 应用程序框架：包含操作基础飞行控制的默认程序集（节点）。
- 库：包含所有的系统库和基本交通控制的函数。
- 操作系统：提供硬件驱动程序、网络、UAVCAN和故障安全系统[2](@ref)。
PX4的核心组件包括：
- uORB (Micro Object Request Broker)：一个非常重要的跨进程IPC（进程间通信）模块，肩负整个系统的数据传输任务。所有传感器数据、GPS、PPM信号等都要通过uORB传输到各个模块进行计算处理。它采用发布-订阅机制，进程通过命名的“主题”（topic）交换消息[2](@ref)。
- 飞行控制栈：包含导航、制导和控制算法的集合[3](@ref)。
- MAVLink协议栈：用于与地面站（如QGroundControl）或其他设备通信[1,3](@ref)。
- 参数系统：存储和管理系统配置参数。
关系与协作
Pixhawk和PX4共同构成一个完整的飞控系统：
- 硬件与软件的协同：PX4固件被刷写到Pixhawk硬件的存储器中，上电后硬件运行PX4软件，从而控制无人机。
- 地面站交互：用户通过地面站软件（如QGroundControl或Mission Planner）与运行在Pixhawk上的PX4固件进行交互，进行参数设置、任务规划和数据监控[1](@ref)。
- 并非强绑定：虽然PX4最初为Pixhawk硬件优化且高度集成，但它也可以运行在其他符合要求的飞行控制硬件上（如Linux计算机）[3](@ref)。反之，Pixhawk硬件也能运行ArduPilot等其他飞控固件[1](@ref)。
如何选择
- 若选择飞控硬件，需关注Pixhawk兼容硬件的处理器性能、传感器精度、接口是否满足需求以及连接器的可靠性（如采用JST GH接口的Pixhawk 4更可靠）[5](@ref)。
- 若选择飞控系统或进行软件开发，需评估PX4或ArduPilot等固件的功能、稳定性、社区支持及与项目的匹配度。
- Pixhawk硬件 + PX4固件是一个经过广泛验证、社区支持强大且高度灵活的经典组合[1](@ref)。