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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：

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：

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：

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：

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：

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：

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：

/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：

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：

/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：

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：

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：

/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：

SYS_AUTOSTART=13200

对应文件：

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

它先调用 rc.vtol_defaults，将：

VEHICLE_TYPE=vtol

然后设置通用尾座式默认参数，例如：

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：

No airframe file found
No autostart ID found

9. 启动 7-Nano 板载传感器

rcS 执行：

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：

battery_status
sensors

10. 启动状态估计器

默认使用：

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：

rc_update start
manual_control start
rc_input start

随后启动：

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：

rc.vtol_apps

它同时启动多旋翼、固定翼和 VTOL 模块：

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：

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

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

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。

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