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如何从源码编译SITL

2023-05-16

从源码编译SITL(Windows)

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SITL简介和适用情况

SITL = Software in the loop，是著名无人机开源社区ArduPilot打造的开源软件模拟器。用户可以在不依托任何硬件的情况下，对固定翼(Plane)、旋翼机(Copter)和车辆(Rover)进行模拟。除了进行路径规划测试、参数设置测试、控制代码调试以外，SITL还可模拟风力、地形等外部环境，安装模拟光流、激光雷达等传感器，与其他设备通过串口、网络通信等等。

在通常情况下，如果你成功安装了python和pip，不论你身处何种平台，都可以使用pip install dronekit-sitl命令安装SITL。

但是，有时我们会遇到不得不从源码生成SITL的情况，例如需要使用更新版本、或者是还在测试阶段的固件（本文写成时，SITL支持到ArduCopter3.3，而我需要使用3.4版本以上的固件）。如果你有类似的需要，本文将向你介绍如何从源代码编译SITL。

概述

测试环境

  • Windows10 14393-64bit
  • Python 2.7-32bit

步骤

下载安装MAVProxy

MAVProxy是一款基于命令行、全功能、轻量级的地面站。它很适合开发者使用。当然，你也可以使用其他地面站如Mission Planner，但是，我还是建议你安装MAVProxy，因为它真的很好用。

  1. 下载最新Windows版本的MAVProxy（链接在此）
  2. 运行.exe，建议采用默认设置安装，以避免不必要的麻烦

下载安装Cygwin

Cygwin提供了在Windows平台上运行的类UNIX环境。在一开始，SITL是在Linux平台开发的，但有了Cygwin，就能够在Windows上编译运行了。

  1. 下载、运行Cygwin 32-bit installer（64位版本没有测试过）
  2. 以默认设置安装，直到看到“Select Packages”对话框。左上角的“Search”框可以进行搜索。找到Package后，点击左边的“Skip”，当Skip变为版本号后，即为选中。
  3. 选中以下Package
名称类别 名称 介绍（名称和介绍与窗口中最右边内容对应）
autoconfDevel autoconf: Wrapper scripts for autoconf commands
automakeDevel automake: Wrapper scripts for automake and aclocal
ccacheDevel ccache: A C compiler cache for improving recompilation
g++Devel gcc-g++ GNU Compiler Collection (C++)
gitDevel git: Distributed version control system
libtoolDevel libtool: Generic library support script
makeDevel make: The GNU version of the ‘make’ utility
gawkInterpreters gawk: GNU awk, a pattern scanning and processing language
libexpatLibs libexpat-devel: Expat XML parser library (development files)
libxml2-develLibs libxml2-devel: Gnome XML library (development)
libxslt-develLibs libxslt-devel: XML template library (development files)
python-develPython python-devel: Python2 language interpreter (python3 does not work yet)
procpsSystem procps-ng: System and process monitoring utilities (required for pkill)

选择完毕后一路OK，等待Package下载完成即可。

在Cygwin中设置PATH

  1. 打开Cygwin Termianl窗口。
    该步骤会在Cygwin的home目录下初始化文件。如果你使用了默认设置，那么目录应该为 C:\cygwin\home\你的用户名\

  2. 前往C:\cygwin\home\你的用户名\ ，用文本编辑器打开.bashrc。

  3. 在.bashrc末尾加上
    export PATH=$PATH:$HOME/ardupilot/Tools/autotest

PATH会在你下一次启动Cygwin的时候自动加载。

安装Python包

已经在Windows版本的Python上安装了这些包？不要跳过此步骤！Cygwin相当于是一个虚拟环境，需要对这些包重新安装。
详见python的官方文档说明

打开Cygwin Terminal，运行

python -m ensurepip --user
python -m pip install --user future
python -m pip install --user lxml
python -m pip install --user uavcan

下载编译Ardupilot源码

在Cygwin Terminal中，进行以下操作

git clone git://github.com/ArduPilot/ardupilot.git
cd ardupilot
git submodule update --init --recursive

第三步的意义在于，ArduPilot项目内使用submodule方式包含了许多其他的开源项目。进行该操作可以下载所需的其他项目的源代码。该操作需要时间较长，请耐心等待。

一般而言，到这一步时，你正处在ArduPilot仓库的master分支。此时，版本通常是不稳定的测试版本；如果需要使用稳定的发布版本，需要切换分支。ArduPilot使用分支管理不同发布版本，在官方的GitHub页面可以查看分支。此处以Copter-3.5为例。

git fetch origin Copter-3.5: Copter-3.5
git checkout Copter-3.5

在终端（Terminal）中，切换到所需的目录，执行make操作。（此处以多旋翼ArduCopter为例。其他机型与此同理。但是，固定翼需要多做一步步骤。见http://ardupilot.org/dev/docs/sitl-native-on-windows.html#jsbsim-plane-only）

cd ~/ardupilot/ArduCopter
make sitl -j4

上述命令对4核的CPU最为适用。-j4中的4可以替换为你的电脑的CPU核心数，以获得最高性能。编译所需时间较长，需要耐心等待。

(可选)FlightGear 3D View

FlightGear 3D View能够提供可视化的3D模拟。见 http://ardupilot.org/dev/docs/sitl-native-on-windows.html#flightgear-3d-view-optional

此处略。

运行SITL和MAVProxy

此处使用MAVProxy作为地面站，对飞行器进行实时监控。同时，MAVProxy可以作为数据中介，将数据转发到其他地面站如Mission Planner，以及与用户编写的程序如Dronekit进行通信。

可以以如下方式运行SITL和MAVProxy（跟之前一样，-j后面的数字最好是你计算机CPU的核心数）：

cd ~/ardupilot/ArduCopter
sim_vehicle.py -j4 --map --console

以上做法会自动启动MAVProxy。如果你只想启动SITL，使用命令

./ArduCopter.elf --home -35,149,584,270 --model quad

启动SITL后，可以通过tcp:127.0.0.1:5760连接到SITL。

错误参考

  1. 因为不想占用太多C盘空间，我在进行git clone git://github.com/ArduPilot/ardupilot.git的时候，cd到了D盘的一个位置。但是，这会导致某些配置的错误（具体哪些配置有误未知），使得无法编译。

  2. 因为已经在Windows的Python 2.7中事先pip install了相关package，因此我在安装时，跳过了上文中的安装Python包的步骤。事实证明，这是必要的，因此我在文中作了特别提示。

参考文档

ArduPilot官方文档，ArduPilot文档中step by step的指南，实际上做的很好。本文是基于该指南翻译并撰写的。

Ensurepip，Ensurepip操作说明

版本信息

1.0 20170521 initial commit

1.1 20170603 add license

1.2 20170702 add notes on switching between versions

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