# PX4 rcS 启动流程与实机准备

本文结合当前使用的 CUAV 7-Nano、PX4 v1.17.0 和尾座式 VTOL，说明 `rcS` 启动脚本的作用，并区分“飞控硬件已经适配”和“整机已经具备试飞条件”。

## 1. 先明确一个结论

CUAV 7-Nano 的板级设计和 PX4 板级代码已经绑定了飞控自身的基础硬件，包括：

- MCU 引脚和时钟
- SPI、I2C、CAN 和串口总线
- 板载 IMU、磁罗盘和气压计
- GPS、遥测、CAN、USB 等接口
- PWM、DShot 和安全按钮驱动
- 电池电压、电流采样接口
- 蜂鸣器和状态灯

因此，不需要从零编写飞控板卡驱动。但是，这只表示“飞控板能够运行 PX4 并访问这些接口”，不表示任意飞机装上电机、电池和 GPS 后就可以直接飞行。

实机是否具备飞行条件，还取决于：

- 机型是否正确
- 飞控安装方向是否正确
- 电机数量、位置和推力方向是否正确
- 电机编号和旋转方向是否正确
- 舵面类型、方向和行程是否正确
- 控制分配是否与真实机构一致
- 重心和结构强度是否符合设计
- 电源模块、电池和电调参数是否正确
- 传感器、遥控器和空速计是否正确校准
- failsafe 和返航行为是否经过验证
- 多旋翼、固定翼和 VTOL 过渡参数是否适合实际飞机

对于尾座式 VTOL，尤其不能跳过电机、舵面和过渡验证。

## 2. rcS 是什么

主启动脚本位于：

```text
simulation_ws/deps/PX4-Autopilot/ROMFS/px4fmu_common/init.d/rcS
```

`rcS` 是 PX4 在 NuttX 启动后执行的总启动脚本。它本身不执行姿态控制或导航计算，而是按顺序完成系统初始化，并启动各个 PX4 模块。

整体流程：

```text
飞控上电
  -> 打印版本与硬件信息
  -> 挂载 SD 卡
  -> 加载参数
  -> 加载板级默认配置
  -> 根据 SYS_AUTOSTART 加载机型
  -> 启动板载和外部传感器
  -> 启动 EKF2
  -> 启动遥控、Commander 和执行器输出
  -> 启动对应机型的控制器
  -> 启动串口、USB、MAVLink 和导航
  -> 启动日志和 DroneCAN
  -> 通知系统启动完成
```

## 3. 初始化启动变量

脚本首先设置路径和状态变量，例如：

```sh
set R /
set VEHICLE_TYPE none
set STORAGE_AVAILABLE no
set STARTUP_TUNE 1
```

其中：

- `R` 是 ROMFS 根路径
- `VEHICLE_TYPE` 保存最终加载的飞行器类别
- `STORAGE_AVAILABLE` 表示存储设备是否可用
- `STARTUP_TUNE` 决定启动提示音

脚本使用：

```sh
set +e
```

这表示单个命令失败时不会立即终止整个启动流程。因此，某个备用传感器探测失败后，PX4 仍可能继续启动。

## 4. 打印固件和硬件信息

启动时执行：

```sh
ver all
```

它会输出：

- PX4 版本
- Git commit
- 硬件架构
- NuttX 版本
- 编译时间和工具链

当前固件应报告：

```text
PX4 version: v1.17.0
HW arch: CUAV_7_NANO
```

## 5. 挂载和检查 SD 卡

`rcS` 尝试把 SD 卡挂载到：

```text
/fs/microsd
```

SD 卡主要用于：

- ULog 飞行日志
- 参数备份
- HardFault 崩溃日志
- 自定义启动脚本
- 外部 airframe 脚本

如果 SD 卡中存在 `.format` 文件，启动脚本会请求格式化 SD 卡。不要随意创建该文件。

## 6. 加载和恢复参数

脚本选择参数文件并执行：

```sh
param select $PARAM_FILE
param import
```

如果主参数文件损坏，它会尝试从以下文件恢复：

```text
/fs/microsd/parameters_backup.bson
```

这意味着刷写新固件后，旧参数有可能从内部存储或 SD 卡备份中恢复。更换固件版本或机型时，应检查参数是否仍然适用。

## 7. 加载 CUAV 7-Nano 板级默认值

`rcS` 会执行：

```text
boards/cuav/7-nano/init/rc.board_defaults
```

当前板级默认配置主要完成：

- 设置以太网 MAVLink 默认参数
- 设置电池电压和电流换算默认值
- 设置 USB MAVLink 模式
- 启动安全按钮

板级脚本多数使用：

```sh
param set-default
```

它只设置参数默认值，不会覆盖已经保存的用户值。`param set` 才会直接修改当前参数。

## 8. 根据 SYS_AUTOSTART 加载机型

`rcS` 调用自动生成的：

```text
/etc/init.d/rc.autostart
```

该脚本根据 `SYS_AUTOSTART` 查找机型文件。

当前通用尾座式 VTOL 应使用：

```text
SYS_AUTOSTART=13200
```

对应文件：

```text
ROMFS/px4fmu_common/init.d/airframes/13200_generic_vtol_tailsitter
```

它先调用 `rc.vtol_defaults`，将：

```sh
VEHICLE_TYPE=vtol
```

然后设置通用尾座式默认参数，例如：

```text
CA_AIRFRAME=4
CA_ROTOR_COUNT=2
CA_SV_CS_COUNT=2
VT_TYPE=0
VT_B_TRANS_DUR=5
```

这套通用机型默认是两电机、两舵面。如果真实飞机不是这种结构，必须重新配置控制分配。

`SYS_AUTOSTART=1002` 是 HIL Standard VTOL QuadPlane，只用于硬件在环仿真，不适用于实机。

如果找不到机型，`rcS` 会把 `SYS_AUTOSTART` 重置为 `0`，并报告：

```text
No airframe file found
No autostart ID found
```

## 9. 启动 7-Nano 板载传感器

`rcS` 执行：

```text
boards/cuav/7-nano/init/rc.board_sensors
```

该脚本尝试启动：

- IIM42652 IMU
- BMI088 IMU
- IIM42653 备用 IMU
- IST8310 或 IIS2MDC 磁罗盘
- BMP581 气压计
- ICP201xx 气压计
- GPS1/I2C1 接口上的外部磁罗盘
- 板载 ADC 或 ADS1115

部分设备采用“先尝试型号 A，失败后尝试型号 B”的兼容逻辑。因此，启动日志中单个 `no device on bus` 不一定意味着飞控损坏，需要结合后续是否成功启动备用设备判断。

随后通用传感器脚本还会启动：

```text
battery_status
sensors
```

## 10. 启动状态估计器

默认使用：

```sh
ekf2 start
```

EKF2 融合：

- 加速度计和陀螺仪
- GPS/GNSS
- 磁罗盘
- 气压计
- 空速计
- 可选的测距、光流和外部视觉数据

并输出姿态、位置和速度估计，供控制器使用。

## 11. 启动遥控、Commander 和输出驱动

遥控相关模块：

```sh
rc_update start
manual_control start
rc_input start
```

随后启动：

```sh
commander start
dshot start
pwm_out start
```

作用分别是：

- `commander`：解锁、飞行状态、健康检查、模式切换和 failsafe
- `dshot`：DShot 电调输出
- `pwm_out`：PWM 电机和舵机输出

驱动存在只代表飞控能够输出信号，不代表输出通道和真实执行器已经正确对应。

## 12. 启动 VTOL 控制链

机型脚本将 `VEHICLE_TYPE` 设为 `vtol` 后，`rc.vehicle_setup` 会执行：

```text
rc.vtol_apps
```

它同时启动多旋翼、固定翼和 VTOL 模块：

```text
control_allocator
airspeed_selector
vtol_att_control

mc_rate_control
mc_att_control
mc_pos_control
flight_mode_manager
mc_hover_thrust_estimator

fw_rate_control
fw_att_control
fw_mode_manager
fw_lat_lon_control

land_detector
```

其中：

- `mc_*` 负责垂直起降和悬停
- `fw_*` 负责固定翼前飞
- `vtol_att_control` 管理飞行形态和过渡
- `control_allocator` 将期望力和力矩分配给电机与舵面
- `airspeed_selector` 管理空速来源和有效性

## 13. 启动通信、导航、日志和 CAN

后续启动内容包括：

- 串口设备和 GPS
- USB CDC/ACM
- MAVLink
- `navigator` 航点、任务和返航导航
- `logger` ULog 日志记录
- `uavcan` DroneCAN 设备

最后执行：

```sh
mavlink boot_complete
```

通知 QGroundControl 系统已完成启动。

## 14. 当前尾座式 VTOL 的完整启动链

```text
rcS
  -> rc.filepaths
  -> 参数导入和备份恢复
  -> rc.board_arch_defaults
  -> rc.board_defaults
  -> rc.autostart
  -> 13200_generic_vtol_tailsitter
  -> rc.vtol_defaults
  -> rc.board_sensors
  -> rc.sensors
  -> EKF2
  -> rc_update / manual_control
  -> Commander
  -> DShot / PWM
  -> rc.vehicle_setup
  -> rc.vtol_apps
  -> rc.serial / MAVLink
  -> Navigator
  -> Logger
  -> DroneCAN
  -> mavlink boot_complete
```

## 15. 从组装到首飞的正确流程

即使使用成熟飞控和现成整机设计，也建议按以下阶段验证。

### 阶段一：资料确认

- 确认飞控、载板和飞机结构的准确型号及版本
- 获取厂家接线图、参数文件和固件要求
- 确认机型 ID 和控制分配配置
- 确认电机、舵机、GPS、空速计和电源模块型号

### 阶段二：无桨上电

- 拆下所有螺旋桨
- 检查电源电压、电流量程和供电能力
- 确认 QGC 正确识别 PX4 v1.17.0 和 CUAV 7-Nano
- 确认 `SYS_AUTOSTART=13200` 或厂家指定机型
- 检查启动日志是否存在关键错误

### 阶段三：校准

- 加速度计校准
- 陀螺仪检查
- 磁罗盘校准
- 水平校准
- 遥控器校准
- 电源模块校准
- 空速计校准

### 阶段四：传感器方向检查

- 手动滚转飞机，确认 QGC 姿态同向变化
- 手动俯仰飞机，确认 QGC 姿态同向变化
- 转动机头，确认航向变化正确
- 检查 GPS 定位、卫星数和高度
- 检查静止时空速接近零

### 阶段五：无桨执行器检查

- 确认每个输出通道连接正确
- 确认每个电机编号正确
- 确认电机旋转方向正确
- 确认每个舵面方向正确
- 确认舵面中立位和最大行程合理
- 确认多旋翼和固定翼模式下的执行器行为
- 确认安全按钮、急停和失控保护

### 阶段六：动力与结构检查

- 检查螺旋桨型号和安装方向
- 检查电机、电调和电池电流余量
- 检查机架紧固、结构强度和振动
- 检查重心位置
- 检查尾座式起降支撑和地面稳定性

### 阶段七：分阶段飞行验证

```text
低功率动力测试
  -> 受控短时悬停
  -> 多旋翼模式稳定性验证
  -> 高度和位置模式验证
  -> 固定翼参数地面复核
  -> 足够高度下的前向过渡
  -> 固定翼飞行验证
  -> 反向过渡和垂直降落验证
```

第一次悬停成功不代表可以立即测试 VTOL 过渡。过渡涉及两套控制器、空速、舵面和姿态状态机，风险明显更高。

## 16. 首飞前最低检查清单

- [ ] 固件目标与 CUAV 7-Nano 匹配
- [ ] PX4 版本和 Git hash 正确
- [ ] 实机 airframe 正确，未选择 HIL 机型
- [ ] 飞控安装方向正确
- [ ] 所有必要传感器已校准
- [ ] GPS 和磁罗盘方向正确
- [ ] 空速计数据正常且管路未接反
- [ ] 电池电压和电流读数合理
- [ ] 遥控器通道和模式开关正确
- [ ] RC 丢失和数传丢失 failsafe 已验证
- [ ] 电机编号、旋向和推力方向正确
- [ ] 舵面通道、方向、中立位和行程正确
- [ ] 控制分配与真实机构一致
- [ ] 急停、上锁和安全按钮有效
- [ ] ULog 能正常写入 SD 卡
- [ ] 无桨执行器测试全部通过
- [ ] 首飞场地、隔离距离和接管方案已确定

只有这些项目通过后，才能进入低风险的首次悬停测试。