使用 reComputer Jetson 控制 PX4

将高性能的伴随计算机 reComputer Mini J3010 (Jetson Orin Nano 4G) 与 PX4 飞控 搭配，可为自动驾驶汽车、船只和无人机等各类智能无人系统构建核心架构。这一强大组合在物流、科学研究、搜救以及精准农业等领域解锁了创新应用。

该方案支持在机载端执行视觉导航、目标跟踪与实时避障等复杂任务。而这两颗“大脑”之间的通信链路，则是影响系统整体性能与可靠性的关键。

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你将学到

• 如何将 Jetson 与 Pixhawk 进行物理连接。
• uXRCE-DDS、MAVSDK 与 MAVROS 的优缺点。
• 三种通信方式的逐步配置步骤。
• 如何验证连接并排查常见问题。

前置条件

开始前，请确认你具备以下条件：

• 硬件： 见下方“实验环境”表格中的所有设备。
• 软件： 全新安装的 Jetson Pack 6.2 与 ROS 2 Humble。
• 工具： 在 Jetson 上已安装 git 与 pip。
• 知识： 具备 Linux 命令行、ROS 2 基础（节点、话题）以及 QGroundControl 中 PX4 参数的基本认知。

系统配置

实验环境

组件	设备/软件	版本/型号
伴随计算机	设备	reComputer Mini J3010 (Jetson Orin Nano 4G)
	操作系统	Ubuntu 22.04 (JetPack 6.2)
	ROS	ROS 2 Humble
飞控	MCU	Pixhawk 4 Mini
	固件	PX4 v1.15
地面站 PC	操作系统	Ubuntu 22.04
	QGC	QGroundControl v5.0 或更高

硬件连接

我们强烈建议使用 Jetson 的原生 UART，以获得稳健连接且不占用 USB 接口。

• 布线：使用 4 针 JST-GH 线，将 Pixhawk 4 Mini 的 TELEM1 端口连接到 Jetson Orin Nano 的 UART1 引脚。
• 设备文件：该串口在 Jetson 系统中对应 /dev/ttyTHS1。

Pixhawk 4 Mini 端口与引脚详情（点击展开）

UART	设备节点	QGC 参数说明	飞控端口标注
UART1	/dev/ttyS0	GPS1	GPS Module
USART2	/dev/ttyS1	TELEM1	TELEM1
USART3	/dev/ttyS2	TELEM2	N/A
UART4	/dev/ttyS3	TELEM/SERIAL4	UART/I2C B
USART6	/dev/ttyS4	N/A	RC IN
UART7	/dev/ttyS5	N/A	Debug
UART8	/dev/ttyS6	N/A	未连接（无 PX4IO）

TELEM1、TELEM2 端口

引脚	信号	电压
1(红)	VCC	+5V
2(黑)	TX(出)	+3.3V
3(黑)	RX(入)	+3.3V
4(黑)	CTS(入)	+3.3V
5(黑)	RTS(出)	+3.3V
6(黑)	GND	GND

DSM RC 端口

引脚	信号	电压
1(空)	VDD_5V_SBUS_RC	+5V
2(黄)	SBUS*	+3.3V
3(空)	RSSI**	+3.3V
4(红)	VDD_3V3_SPEKTRUM	+3.3V
5(黑)	GND	GND

UART & I2C B 端口 *

引脚	信号	电压
1(红)	VCC	+5V
2(黑)	TX(出)	+3.3V
3(黑)	RX(入)	+3.3V
4(黑)	SCL2	+3.3V
5(黑)	SDA2	+3.3V
6(黑)	GND	GND

SBUS RC 端口

引脚	信号	电压
1(红)	VDD_5V_SBUS_RC	+5V
2(黄)	SBUS*	+3.3V
3(空)	RSSI**	+3.3V
4(空)	VDD_3V3_SPEKTRUM	+3.3V
5(黑)	GND	GND

---

脚注：

• （UART & I2C B 端口）： 备用端口，可连接支持串口或 I2C 的传感器，例如第二个 GPS 模块可接入此处。
• （SBUS 信号）： 在此连接 SBUS 或 DSM/Spektrum 接收机的信号线。
• （RSSI 信号）： 向自动驾驶仪发送 RC 信号强度信息。

关键：设置串口权限

为避免每次执行串口命令都使用 sudo，你必须将当前用户加入 dialout 组。这是一次性的关键设置。

sudo usermod -a -G dialout $USER

必须重启 Jetson，变更才会生效！

选择你的方法：对比

在开始之前，先理解各方案的取舍。最合适的方法完全取决于你的项目目标。

特性	uXRCE-DDS（ROS 2 原生） 🚀	MAVSDK（高级 API） 🐍	MAVROS（ROS 桥） 🌉
架构	PX4 与 ROS 2 共享 DDS 数据空间，实现原生通信。	独立的 C++ 库（含封装），提供高级 API。	桥接/网关：将 MAVLink 协议转换为 ROS 话题/服务。
性能	最高。零拷贝数据传输，时延最低。	高。API 调用直接生成高效的 MAVLink 消息。	良好。由于 MAVLink→ROS 转换层存在少量开销。
易用性	中等。需要编译 Agent 与 px4_msgs。	最简单。函数式 API，适合快速原型。	学习曲线较陡，但与 ROS 生态的集成最深入。
灵活性	优秀。可直接访问所有 PX4 内部 uORB 话题。	有限。暴露常见动作（起飞、航点），不提供原始数据。	优秀。几乎可访问全部 MAVLink 消息、参数与服务。
ROS 集成	原生 ROS 2。官方、面向未来的方法。	与 ROS 无关。可用于任意项目，也易于封装为 ROS 节点。	以 ROS 为中心。ROS 1 事实标准，在 ROS 2 中也被广泛使用。
适用场景	对低时延与底层数据访问有要求的性能关键型 ROS 2 项目。	任务级脚本、快速原型、非 ROS 项目与教学。	与 Nav2、MoveIt 等 ROS 包深度集成的复杂机器人系统。

方法 1：uXRCE-DDS（ROS 2 原生集成）

这是 PX4 面向 ROS 2 的官方方案，将其内部 uORB 消息系统直接桥接到 ROS 2 网络，实现近乎零开销的通信。

步骤 1：编译 Micro XRCE-DDS Agent

Agent 是运行在 Jetson 上的小程序，作为飞控串口与 ROS 2 网络间的代理。

Terminal on Jetson

# 1. 克隆指定版本的 Agent 仓库
cd ~
git clone -b v2.4.2 https://github.com/eProsima/Micro-XRCE-DDS-Agent.git
cd Micro-XRCE-DDS-Agent

# 2. 重要：修补 Fast-DDS 依赖版本
# 供应商移除了 v2.12.x 标签，这里更新为可用版本。
sed -i 's/v2.12.x/v2.13.x/g' SuperBuild.cmake

# 3. 构建并安装 Agent
mkdir build && cd build
cmake ..
make
sudo make install # 将 MicroXRCEAgent 安装为系统可执行

步骤 2：构建 px4_msgs ROS 2 包

为让 ROS 2 理解 PX4 的话题，需要构建其消息定义。

Terminal on Jetson

# 1. 创建 ROS 2 工作空间
mkdir -p ~/px4_ros_ws/src
cd ~/px4_ros_ws/src

# 2. 克隆所需仓库
git clone https://github.com/PX4/px4_msgs.git
git clone https://github.com/PX4/px4_ros_com.git # 包含示例

# 3. 切换到与你的固件版本匹配的分支
cd px4_msgs
git checkout release/1.15

# 4. 构建工作空间
cd ~/px4_ros_ws
source /opt/ros/humble/setup.bash
colcon build

硬件兼容性（uXRCE-DDS）

px4_msgs 的版本必须与 PX4 固件版本一致，这是兼容性的关键。

此外，自 PX4 固件 v1.14 起，uXRCE-DDS 原生 ROS 2 支持成为标准，这需要具备 2MB 闪存 的飞控（如本指南使用的 Pixhawk 4 Mini）。

较老的经典硬件，例如常见的 Pixhawk 2.4.8（以及其他基于 FMUv2 的板卡）只有 1MB 闪存，无法运行该方法所需的标准预编译固件。虽然理论上可以通过定制、裁剪固件实现，但过程复杂。

如果你使用 Pixhawk 2.4.8 或其他 1MB 闪存的飞控，我们强烈建议跳过该方法，直接查看 方法 2（MAVSDK） 或 方法 3（MAVROS），这两种方法基于 MAVLink 协议，完全支持此类硬件。

info

px4_msgs 分支必须与 PX4 固件版本一致，以确保消息定义兼容。

步骤 3：配置 PX4 固件

连接 QGroundControl，并设置以下参数：

1. UXRCE_DDS_CFG：设为 TELEM1，在该端口启用 XRCE-DDS 客户端。
2. SER_TEL1_BAUD：设为 921600 8N1。
3. MAV_1_CONFIG：设为 Disabled，避免 MAVLink 与该端口冲突。
4. 保存参数并重启飞控。

步骤 4：启动与验证

1. 在 Jetson 上启动 Agent（终端 1）：

   Terminal 1: Run Agent

   MicroXRCEAgent serial --dev /dev/ttyTHS1 -b 921600

2. 验证 ROS 2 话题（终端 2）：

   Terminal 2: Verify Topics

   # 每个新终端都需 source 工作空间
   source ~/px4_ros_ws/install/setup.bash
   
   # 你应能看到以 /fmu/ 开头的话题
   ros2 topic list | grep /fmu/
   
   # 回显某个话题，查看从飞控持续流入的数据
   ros2 topic echo /fmu/out/vehicle_odometry

---

方法 2：MAVSDK（高级 API）

MAVSDK 提供简洁、现代的编程接口来控制无人机，屏蔽 MAVLink 协议的复杂性，非常适合编写高层任务脚本。

步骤 1：配置 PX4 固件

在 QGroundControl 中，将端口配置从 DDS 调回 MAVLink 模式。

1. UXRCE_DDS_CFG：改回 Disabled。
2. MAV_1_CONFIG：设为 TELEM 1，将此端口分配给 MAVLink。
3. MAV_1_MODE：设为 Onboard，指定该链路用于伴随计算机。
4. SER_TEL1_BAUD：确保仍为 921600 8N1。
5. 保存参数并重启飞控。

步骤 2：安装 MAVSDK-Python

Terminal on Jetson

pip3 install mavsdk

步骤 3：编写并运行控制脚本

以下 Python 脚本将连接、起飞至 10 米、等待并降落。

takeoff_and_land.py

import asyncio
from mavsdk import System

async def run():
    # Create a drone object and connect to the flight controller
    drone = System()
    await drone.connect(system_address="serial:///dev/ttyTHS1:921600")

    print("Waiting for drone to connect...")
    # This is an asynchronous generator that yields connection state updates
    async for state in drone.core.connection_state():
        if state.is_connected:
            print("--> Drone discovered!")
            break

if __name__ == "__main__":
    # Run the asyncio event loop
    asyncio.run(run())

在终端中执行：python3 takeoff_and_land.py。

---

方法 3：MAVROS（功能强大的 ROS 桥）

MAVROS 是久经验证的 MAVLink→ROS 网关，功能全面、稳定性高，适用于复杂的 ROS 系统。

步骤 1：配置 PX4 固件

MAVROS 的 PX4 配置与 MAVSDK 完全相同。确保在 TELEM1 上将端口配置为 MAVLink 的 Onboard 模式。

步骤 2：安装 MAVROS 与依赖

Terminal on Jetson

sudo apt update
sudo apt install ros-humble-mavros ros-humble-mavros-msgs

避免常见崩溃！

MAVROS 需要地理数据集来进行坐标转换。缺少该数据集是启动时崩溃的常见原因。以下脚本可下载并安装它：

Terminal on Jetson

sudo bash /opt/ros/humble/lib/mavros/install_geographiclib_datasets.sh 

步骤 3：启动与验证

1. 启动 MAVROS 节点：

   Terminal 1: Launch MAVROS

   source /opt/ros/humble/setup.bash
   
   # 启动 mavros，并通过参数指定 FCU 串口
   ros2 launch mavros px4.launch fcu_url:="serial:///dev/ttyTHS1:921600"

2. 验证连接：

   在新终端中回显 MAVROS 状态话题。

   Terminal 2: Verify Connection

   ros2 topic echo /mavros/state

   观察输出。当 connected 字段变为 true 时，说明 MAVROS 已与 PX4 成功通信。

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常见问题排查

遇到问题时，先检查以下几点：

• 串口“Permission Denied”：你忘记将用户加入 dialout 组并重启。参见“硬件连接”部分。
• /dev/ttyTHS1 报 “No such file or directory”：检查物理连接。飞控是否供电？运行 ls /dev/ttyTHS* 确认设备名。
• MAVROS 启动即崩溃：很可能遗漏了 install_geographiclib_dataset.sh 步骤。按方法 3 的命令执行。
• colcon build 失败：确保已先 source /opt/ros/humble/setup.bash。若依赖更复杂，可执行 rosdep install --from-paths src --ignore-src -r -y。

最后

至此，你已经掌握了在 Jetson Orin 与 PX4 飞控之间建立通信的三种强大方法。最佳选择取决于项目架构、性能需求与开发效率。理解各自取舍后，你就能为任何自主无人机应用打下坚实基础。

祝飞行顺利！🚁

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