用统计数据揭示BaseFlight开源飞控代码工程的全貌

1、背景

Baseflight是一款开源的飞行控制软件，最初是MultiWii项目的32位分支，旨在为多旋翼、固定翼和直升机等飞行器提供高效的飞行控制解决方案。Baseflight的发展历程可以追溯到MultiWii项目，它在性能和功能上进行了显著的优化和扩展，特别是在移植到更强大的32位处理器（如STM32）后，解决了早期8位单片机的性能瓶颈问题。

1.开源与社区支持

Baseflight是一个完全开源的项目，代码托管在GitHub上（https://github.com/multiwii/baseflight，下载其实几百k，纯c代码的空间都不大），获得了全球众多开发者和爱好者的贡献和支持。

2.兼容多种硬件平台：

Baseflight支持多种流行的飞行控制器硬件，例如NAZE32、SKYLINE32 Mini等，这些硬件具有高性价比和良好的性能表现（http://www.yinyanmodel.com/ch/ProductView.asp?ID=393）。

3.丰富的配置选项：

通过Baseflight Configurator图形用户界面，用户可以方便地调整飞控参数，如PID值、传感器校准等，以满足不同的飞行需求。

所谓调整飞控参数，就是调整源码中类似这种的变量：

float magneticDeclination = 0.0f; ? ? ? // calculated at startup from config

4.命令行CLI（command line）接口：

除了图形界面外，Baseflight还提供了命令行接口（CLI），允许用户直接通过串口进行高级设置和调试操作。

5.家族谱系：

Baseflight是Cleanflight和Betaflight等后续项目的前身。Cleanflight在其基础上增加了更多特性，而Betaflight则进一步提升了性能，成为目前FPV竞速无人机中最常用的固件之一https://oscarliang.com/baseflight-cleanflight-comparison/。

2、代码结构概述

三层架构：驱动-计算-工具

BaseFlight代码通常采用分层架构。最上层是与硬件交互的驱动层，负责采集传感器数据（如加速度计、陀螺仪、磁力计等）并将控制信号输出到电机驱动模块。中间层是核心控制算法层，包含姿态估计、导航和控制算法等。最下层是一些基础的工具函数库。

图1 笔者用source insight阅读baseflight全代码

主要文件的统计和解释

整个项目不过1.6w行，78个文件。最大的文件是cli.c超过一千行（包含大量的交互处理，所以代码多一点），其余文件均小于1k行，符合良好的c语言代码设计规范。数量最多的是drv_开头的驱动层程序。

其次是各种计算和控制文件，比如fw_nav,是前向导航的意思，也就是控制无人机往前飞。比如mixer是混合器，混合器是混合操控命令环境感知等等渠道的信息，形成最终的每个旋翼的电动机的控制命令。

最后是各种辅助文件，包含各种辅助函数，比如utils.c.h，比如printf.c.h。

还有一个不属于上面三类的重要文件makefile，是把baseflight编译成固件.bin的核心文件，一般不要去改。

图2 baseflight的简明项目报告

表1 全文件列表

里面的main.c，会把主循环拉起来。就像任何持续执行的嵌入式系统，都是靠一个无限循环来保证器件的无限执行的。

?// loopy?while?(1) {?//这里，main启动无限循环? ??loop();?#ifdef?SOFTSERIAL_LOOPBACK? ??if?(loopbackPort1) {? ? ? ??while?(serialTotalBytesWaiting(loopbackPort1)) {? ? ? ? ? ??uint8_t?b =?serialRead(loopbackPort1);? ? ? ? ? ??serialWrite(loopbackPort1, b);? ? ? ? ? ??//serialWrite(core.mainport, 0x01);? ? ? ? ? ??//serialWrite(core.mainport, b);? ? ? ? };? ? }? ??if?(loopbackPort2) {? ? ? ??while?(serialTotalBytesWaiting(loopbackPort2)) {? ? ? ? ? ??serialRead(loopbackPort2);? ? ? ? };? ? }#endif}

区区几行代码，其内容却很丰富：

1. 无限循环 (while (1))

while (1) 创建了一个无限循环，使得代码不断重复执行。后面会说如何终止无限循环。

2. 调用 loop() 函数

这个loop() 就是飞行的主要函数，不在main。c里面，而在mw.c里面。mw的意思就是main work。之所以分开无非是软件工程良好代码规范的需要：不要让单个文件太过庞大。

3. 条件编译 (#ifdef SOFTSERIAL_LOOPBACK)

a. #ifdef SOFTSERIAL_LOOPBACK 是一个预处理器指令，表示只有在定义了 SOFTSERIAL_LOOPBACK 宏的情况下，才会编译下面的代码块。

4. 处理 loopbackPort1

a. 如果 loopbackPort1 存在（即不为 NULL 或假值），则进入一个内部循环。

b. while (serialTotalBytesWaiting(loopbackPort1))：此循环将持续运行，直到 loopbackPort1 上没有任何数据等待读取为止。

c. uint8_t b = serialRead(loopbackPort1);：从 loopbackPort1 读取一个字节的数据并存储在变量 b 中。

d. serialWrite(loopbackPort1, b);：将刚刚读取到的数据再写回到 loopbackPort1，这实际上是在模拟一个回环（loopback）操作。

5. 处理 loopbackPort2

a. 如果 loopbackPort2 存在，则进入另一个内部循环。

b. while (serialTotalBytesWaiting(loopbackPort2))：此循环将持续运行，直到 loopbackPort2 上没有任何数据等待读取为止。

c. serialRead(loopbackPort2);：从 loopbackPort2 读取一个字节的数据，但没有将其存储或重新发送出去，因此这似乎只是简单地丢弃数据。

其中值得注意的几个点：

● 死循环：由于 while (1) 是一个死循环，除非通过外部中断或其他方式终止程序，否则这段代码会一直运行下去。

● 资源消耗：在没有数据可读的情况下，serialTotalBytesWaiting 函数会持续返回 false，导致循环快速结束。然而，如果端口上有大量数据等待读取，这可能会导致 CPU 资源的高占用率。

● 调试和测试：#ifdef SOFTSERIAL_LOOPBACK 指令使得这部分代码可以根据需要启用或禁用。这对于调试和测试不同的功能场景非常有用。

3、如何安装？

假设某一位读者花了很大力气根据自己的设备改写了baseflight的程序，而且这位读者可能就是某个无人机厂商的创始人或者总师，需要把自己的产品（这些改进就是你的产品）变现才能盈利，那么我们怎么把修改后的程序“注入”飞控里面。

Baseflight 主要运行在基于 STM32 系列微控制器 (MCU) 的硬件平台上。STM32 是一种广泛应用于无人机飞行控制器的 32 位 ARM Cortex-M 处理器，具有高性能和丰富的外设接口。具体来说，Baseflight 支持多种常见的飞控板，例如 Naze32、F3、CC3D 等 。

表2 安装 Baseflight 固件到硬件中

那么固件哪来的？baseflight都是源文件啊。

表3 baseflight固件生成

特别注意，除非你改变了源工程的文件结构，否则不要改原先的makefile文件。