什么是 ARDUPILOT？

ArduPilot 是一種專為無人機構建的開源自動駕駛儀軟件程序。該軟件程序由開發人員和愛好者組成的龐大群體不斷更新和改進。從最初為開源 Arduino 微處理器構建的相當簡單的軟件起步，不斷壯大和復雜化，APM 項目如今已經兼容眾多無人機平臺。目前，該程序內含超過 70 萬行代碼，是一種非常精細的飛行控制系統。

該代碼分為兩個部分：高層次層和硬件抽象層 (HAL)。高層次層負責調度任務及根據輸入的數據做出決策。HAL 是用于訪問硬件的存儲器的低層次代碼。只需調整用于平臺專用存儲器訪問的 HAL，這種代碼結構劃分就能將整個系統移植到其他平臺。 而且，不管采用什么樣的平臺，上層次的代碼只負責以相同的方式從 HAL 中提取數據。

隨著開源社區為 APM 項目添加的內容越來越多，ArduPilot 飛行控制系統日趨復雜。因此，行業已經達到硬件的極限，正期待新一代能夠推動持續增長的平臺問世。

顯著改進

將 ArduPilot 移植到 Zynq SoC 的初步工作（由谷歌無人機討論組的 John Williams 牽頭）于 2014 年完成，該工作為將 APM 移植到同一賽靈思平臺上鋪平了道路。隨著無人機令人驚嘆的新世界的開啟，Williams 注意到 Zynq SoC 在提供定制 I/O 和實時圖像處理方面的巨大潛力。有趣的是，Williams 是開發 PetaLinux 初始工具的公司 PetaLogix 的創始人。

賽靈思于 2012 年收購了這家公司。

Aerotenna 團隊從硬件和固件兩個方向繼續推動這些設計工作，并于 2015 年 10 月完成采用 Zynq SoC 的 ArduPilot 的首飛。Aerotenna 團隊在 PetaLinux 操作系統上運行 ArduPilot 飛行控制軟件。 這一驚世壯舉標志著無人機技術和功能的一次飛躍。

在處理能力和 I/O 功能方面，Aerotenna 團隊的飛行控制解決方案遠遠領先于同類的其他無人機解決方案，這都歸功于 Zynq SoC 中的雙 ARM 內核。這一飛躍將為眾多需要更強計算能力的新無人機應用打開大門。借助于為愛好者以及開發人員構建的充足硬件接口，Aerotenna 團隊旨在確保提供切實的改進。無人機平臺是在 Linux 操作系統上運行的，由于 Linux 的可編程性和多功能性，這種平臺容納多種類型應用的靈活性更高。作為最為強大的用戶可編程操作系統之一，Linux 讓 Aerotenna 團隊得以按照自己的需要精確地定制系統。

Aerotenna 團隊在商用現成的 DJI F550 機身上完成了首次飛行測試，并計劃在更多機身上測試其基于 Zynq SoC 的飛行控制器。Aerotenna 團隊準備以八角片上駕駛儀 (OcPoC) 平臺構成部分的形式推出這款平臺。

任重道遠的征程

全新打造一套定制化飛行控制平臺是一次任重道遠的征程，這不僅需要理想的工程人員團隊，還需要完成大量的學習，才能完成。從無到有，需要對該系統做出大量的決策。為了運行飛行控制程序，必須使用操作系統。實時操作系統 (RTOS) 即時處理進入的數據，造成的緩存延遲可忽略不計。因此，RTOS 非常適用于運行飛行控制等時間敏感型任務。其缺陷在于難以將這類系統與 ArduPilot 接口，因為部分數據處理任務需要在操作系統自身重新實現。

這就是 Aerotenna 團隊轉而選擇 Linux 操作系統的原因。雖然 Linux 操作系統不是實時系統，但實現軟硬件聯合設計要容易得多，進而能將系統的多功能性最大化。賽靈思提供名為 PetaLinux 的強大嵌入式 Linux 操作系統，該系統可與 Zynq SoC 及其他賽靈思器件兼容的。

由于多軸飛行器天性不穩定，測量機身的慣性和高度是實現穩定的關鍵。

建造并運行這個系統的路線圖看起來相當復雜，Aerotenna 團隊必須克服重重嚴峻的挑戰。這個過程的第一步是使用 FPGA 開發軟件來開發系統設計，并為驅動器接口編寫和創建全新的 IP。核心是位于硬件層且能以極快速度處理數據的嵌入式流程。隨后，必須使用定制系統設計來部署 PetaLinux。最后，Aerotenna 團隊編譯并修改了 ArduPilot 系統，使之能夠在 PetaLinux 和新平臺上運行。

Aerotenna 團隊分階段解決這個問題，實現了概念驗證。Aerotenna 團隊的工作首先是接收和檢測 RC 信號，然后為單個電機供電。在最后演示該概念設計后，Aerotenna 團隊著手擴展 ArduPilot 賴以運行的 OcPoC 與傳感器間的接口。全新編寫自己的設備驅動程序是一個重大挑戰。實現成功飛行最關鍵的傳感器包括加速計、陀螺儀和氣壓計。由于多軸飛行器天性不穩定，
測量機身的慣性和高度對穩定性至關重要。所有這些都必須