PX4 開源飛控系統 v1.16 正式發布：雙向 DShot、地面車輛架構全面翻新、日誌加密等重大升級一次看

PX4 Autopilot v1.16 正式發布

PX4 Autopilot——這套廣受全球開發者與無人載具社群採用的開源飛控系統——正式發布最新穩定版本 v1.16.0。延續 v1.15 的發展動能，本次更新帶來了重大功能升級、新硬體支援，以及更深度的跨平台開發者整合。

在全球社群的共同貢獻下，PX4 v1.16 的核心新功能包括：雙向 ESC 協議、地面車輛（Rover）架構全面翻新、更可靠的模擬環境、更智慧的中介軟體工具，以及內建日誌加密機制。以下為各項重點摘要。

---

地面車輛（Rover）支援全面重寫

PX4 v1.16 從底層重新設計了地面車輛的支援架構，不再採用過去「一套通吃」的做法。現在針對機架 ID 50000-52000 的輪式機器人提供專屬的 Rover 韌體映像檔。PX4 內建了分別對應 Ackermann（阿克曼轉向）、差速（Differential）及麥克納姆輪（Mecanum）的獨立模組，並共享一套純追蹤（Pure Pursuit）導引函式庫，實現一致且可靠的路徑追蹤。

舊版 Rover 控制器仍保留以維持向下相容，但已被標記為棄用（deprecated）。每個驅動模式獨立於自己的模組中，維護、擴展和微調都更加簡單，避免了跨模組干擾。

啟動時，PX4 會讀取機架 ID 並載入對應的 Rover 模組，各模組提供手動、特技（Acro）、穩定、定位及自動等飛行模式，並依靠共享導引函式庫將航點轉換為轉向和速度設定值。導引函式庫使用前瞻圓演算法（Lookahead Circle Algorithm）計算側向與航向誤差，再送入 PX4 標準控制分配器。

---

雙向 DShot 支援

PX4 v1.16 帶來了由 ARK 贊助的原生雙向 DShot 支援。過去信號線只能單向傳送油門指令，現在 PX4 可以透過同一介面從 ESC 讀回轉速（RPM）數據——馬達終於可以「回話」告訴飛控它們的實際運轉狀態。

這項功能省去了額外的遙測接線，啟用閉迴路轉速控制，並讓任何支援 DShot 的 ESC 都能使用基於 RPM 的推力估算。啟用 DSHOT_BIDIR_EN 參數後，PX4 在開機時偵測可用的 DMA 通道與計時器，先以突發模式（Burst Mode）發送指令，再切換至捕獲比較模式（Capture-Compare Mode）記錄 ESC 遙測脈衝。在具備四個 DMA 通道的主板上，所有通道可並行捕獲；否則 PX4 會回退至輪詢捕獲方案。HRT 回呼會處理傳入的脈衝幀以計算 RPM，並發布至 uORB 的 ESC_STATUS 主題。

---

模擬環境升級至 Gazebo Harmonic LTS

在 v1.16 中，PX4 將預設模擬環境從 Gazebo Garden 替換為 Gazebo Harmonic（長期支援版本），避免了生命週期終止（End-of-Life）問題，並與上游 LTS 排程保持一致。預設安裝腳本和文件現在直接取用 Harmonic 套件，CI 工作流程也從該版本啟動 gzserver 和 gzclient。

使用者仍可照常執行 make px4_sitl gz_<vehicle>，享受穩定的 API、一致的物理引擎插件行為和持續的錯誤修復。SITL CMake 巨集已指向 Harmonic 分支，CI 使用的 Docker 映像檔也已以 Harmonic 相依套件重新建置，SDF 世界檔和插件路徑均已更新以確保完整相容性，支援 Ubuntu 22.04 及更新版本。

---

動態 ROS 2 訊息轉換節點

對於混用不同 PX4 版本或自定義訊息定義的系統，全新的 ROS 2 訊息轉換節點（Message Translation Node）可在執行時將 PX4 uORB 訊息從一個版本轉換為另一個版本。它位於 PX4 中介軟體與 ROS 2 網路之間，讓期望不同訊息結構的節點無須重新編譯或維護平行橋接器。

實際使用時，只需在正常的 PX4 ROS 2 介面旁啟動轉換器，並指向一個 YAML 映射檔，定義欄位如何重新命名、新增或移除。底層利用 ROS 2 的型別內省（Type Introspection）和 rmw 實作的 DynamicMessage 功能，訂閱原始主題、解包為通用容器、套用欄位映射規則，再重新封裝為目標訊息定義後發布至新主題——全程無需程式碼產生或插件，完全在執行時處理。來源訂閱的 QoS 設定會自動套用至轉換後的發布者，以保持可靠性與期限保證。

---

無縫日誌加密

PX4 v1.16 整合了基於 ChaCha20 的日誌加密機制，並搭配 RSA 金鑰封裝（Key Wrapping），簡化安全資料處理流程。這是一套直覺且動態的雙重鎖定系統，可保護敏感日誌資料免於攔截或墜機後被非授權下載破解。

飛行開始時，PX4 產生隨機 ChaCha20 金鑰，搭配已儲存的 nonce 加密所有日誌封包，確保機密性與完整性。該 ChaCha20 金鑰再以使用者的公開 RSA 金鑰透過 OAEP 加密後置入日誌標頭。解密時，私密 RSA 金鑰先解封 ChaCha20 金鑰，再由其解密日誌內容。這種自包含設計無需額外金鑰檔案，減少手動金鑰管理，並可直接整合至自動化安全日誌處理流程。

---

擴展硬體與感測器支援

v1.16 透過與硬體夥伴的密切合作，大幅擴展了飛控板支援：

• Auterion Skynode S — 整合機載運算、感測器與安全連線的緊湊型一體化方案
• ARK FPV FC — 基於 ARKV6X 的競速級飛控，提供進階調校選項
• NXP Semiconductor Tropic VMU — Teensy 4.1 專用板，實現高效率 MCU 整合與低延遲 I/O
• ZeroOne x6 — 適用於快速原型開發與彈性酬載介面
• CUAV 7-Nano 及 MicroAir 變體 — 增強 GNSS 能力的新板卡
• BlueRobotics Navigator — 支援水下載具控制的全新板卡
• 3DR Control Zero H7 OEM Rev G — 專為量產級部署設計
• Feikong Technology Corvon743v1 及 X-MAV AP-H743v2 — 擴展飛控市場選擇

感測器方面的重要新增：

• AUAV 絕對與差壓感測器，提供高精度流量與高度數據
• Texas Instruments INA228/INA238 溫度監控器
• Bosch BMP581 氣壓計與 BMM350 磁力計
• Murata SCH16T IMU 與 ST IIS2MDC 磁力計
• Asahi Kasei Microdevices AK09915 數位羅盤
• Ublox ZED-F9P-15B 多星系 GNSS 接收器

距離感測器數據現可直接流入 DDS 主題，更新後的羅盤校正功能會在偵測到外部羅盤時自動停用機載羅盤，降低雜訊與誤報。

---

飛行測試驗證

PX4 v1.16 經歷了由 Ascend Engineering 團隊主導、社群協力支援的大規模飛行測試活動。從最初的 1.16-alpha 版本到 1.16-rc3 候選版本，團隊收集並分析了超過 70 筆飛行日誌，涵蓋多種載具與配置。

這樣的實際驗證規模有助於及早發現退化問題、微調效能，並確保所有使用者獲得穩定的發行版本。

---

社群貢獻與取得方式

在 v1.16 開發週期中，PX4 社群共產出 1,557 筆 commit，來自 122 位貢獻者。其中 45 位開發者 是首次提交 PX4 的 Pull Request，顯示這個專案持續成長並吸引新血加入。

提交次數前十名貢獻者

貢獻者	提交次數
Matthias Grob	155
Daniel Agar	148
Silvan Fuhrer	148
Mathieu Bresciani	147
Julian Oes	79
Jacob Dahl	75
Christian Friedrich	62
Hamish Willee	55
Ramón Roche	47
Peter van der Perk	44

使用者可前往 PX4 官方文件入口閱讀完整發行說明，並從 GitHub 發行頁面下載 v1.16.0 韌體。透過 QGroundControl 刷寫或從原始碼建置的步驟與過往相同。歡迎在 GitHub 上回報問題與提供意見。

---

原文來源： 查看原文