F1, F3, F4, F7 и H7 - разные процессоры в полетных контроллерах квадрокоптера.
Данная статья объяснит в чем разница между этими MCU, в чем их преимущества, недостатки и поможет Вам выбрать какой полетный контроллер взять.
Что значит F1, F3, F4, F7 и H7 в полетных контроллерах?
F1, F3, F4, F7 и H7 - разные процессоры STM32 (MCU – MicroController Unit). Процессор - это мозг полетного контроллера (FC), аналогично процессору в компьютере.
STM32 F1, F3, F4 процессоры в полетных контроллерах
таблица
* Это внутренняя флеш-память в микросхеме процессора STM32, которая используется для хранения кодов прошивки полетного контроллера. Не путайте с флэш-памятью, которая используется для ведения черного ящика, которая представляет из себя отдельный чип на контроллере полета...
F1 FC
Первым 32-битным полетным контроллером использовавшимся на мини-квадрокоптерах был CC3D с процессором F1 (F103). Другим известным F1 FC был Naze32.
Полетные контроллеры F1 являются устаревшими, поскольку они больше не поддерживаются большинством прошивок, в том числе Betaflight (с 2017 года) из-за аппаратных ограничений: низкая тактовая частота, недостаточно памяти для хранения прошивки, отсутствие аппаратного ускорения и UART.
Naze32 FC
F3 FC
F3 процессор (F303) впервые был представлен в FC в 2014 году. Он мощнее, чем F103, и он был очевидным выбором для замены F103, т.к. совместим по выводам. Некоторые продвинутые пользователи даже заменили F1 на своем CC3D на чипы F3 для улучшения характеристик.
F3 MCU можно было найти во многих популярных FC в те времена X-Racer, Betaflight F3 и KISS FC V1.
Прошивка Betaflight продолжает развиваться и потому поддержка F3 FC была прекращена в 2019 году из-за недостатки мощностей.
Betaflight F3
F4 FC
F4 были представлены после F3 и стали популярными, благодаря вычислительной мощности. К сожалению, F4 FC плохо работает с приемниками Frsky, так как у них нет встроенных инверторов и поэтому для Frsky SBUS, SmartPort и F.Port требуется дополнительное оборудование (или самостоятельный хак).
В FC F4 используются два варианта - F405 и F411.
F405 мощнее, но больше по размеру. Обычно они встречаются в полетных контроллерах 30x30 мм.
F411 меньше по размеру и имеет ту же архитектуру, что и F405. Однако, у него более низкая частота процессора, меньше портов UART, дешевле. Обычно они встречаются в 20x20 мм или 16x16 мм.
Популярные FC с F405 Kakute F4 AIO, Mamba F405, Matek CTR AIO, FlightOne Revolt и BrainFPV RE1.
Matek CTR F4 FC
F7 FC
F7 FC более мощный, чем F4, и они постепенно захватывают рынок. У него больше вычислительной мощи оперативной памяти и флеш-памяти, чем нужно текущей версии Betaflight.
Множество портов UART со встроенными инверторами для всех UART, что хорошо для приемников Frsky.
Как и в F4, есть несколько различных вариантов MCU F7.
STM32F745 - это обычный процессор F7 в FC, приличная тактовая частота и память, если вы хотите иметь много функций в FC, F745, вероятно, не подойдет.
STM32F722 - это маленький микроконтроллер F7, но с меньшим объемом флэш-памяти и ОЗУ. Его достаточно для нынешней версии Betaflight. Фактически F722 является самым популярным чипом F7 в полетных контроллерах, поскольку он дешевле, чем F745.
STM32F65 - самый мощный процессор F7, используемый в FC почти во всех аспектах. Единственное, он больше и дороже F745, поэтому не так популярен.
Существует множество вариантов полетных контроллеров с F7, чем F4, например, Kakute F7, CLRacing F7, Betaflight F7 FC и SP Racing F7.
Забавный факт: ESC тоже переходят с 8-битных на 32-битные процессоры! STM32 F0 процессоры в настоящее время используются во многих 32-bit ESC’s.
H7 FC
Pro Racing первой выпустила полетный контроллер с процессором H7 - H7 EXTREME. Он основан на процессоре STM32H750, обеспечивающим тактовую частоту 480 МГц против 216 МГц у F7.
Более высокая тактовая частота никак не влияет на летные характеристики. У нас все еще есть возможности для роста F4 и F7, пригодится на будущее, когда начнем использовать 8 кГц с фильтрами RPM и другими функциями, требующими интенсивных вычислений.
Однако, SPR H7 Extreme использует самый дешевый и самый маленький чип H7 - STM32H750, который имеет только 128 КБ флеш-памяти (такой же, как у F1). Этого недостаточно для хранения текущих кодов Betaflight. Чтобы обойти это, они хранят код Betaflight во внешней памяти, то есть на SD-карте. Затем коды загружаются в оперативную память.
Чтобы обновить прошивку Betaflight, Вам просто нужно обновите файлы прошивки на SD-карте.
Он все еще находится в экспериментальном состоянии и потому не рекомендую покупать его. Лучше выберите F4 или F7.
Различия между F1 и F3
Подведем итоги:
F3 имеет следующие преимущества перед F1:
- Такая же тактовая частота (72 МГц), хотя F3 лучше справляется с вычислениями с плавающей запятой, благодаря FPU (также известному как «математический сопроцессор»). Это позволяет F3 запускать ПИД-регуляторы значительно быстрее, чем F1.
- Платы F1 имеют только 2 UART, по сравнению с 3-мя предлагаемыми F3. Серия F3 предоставляет порт USB. Для пользователей плат F1 было обычным делом избегать подключения каких-либо периферийных устройств к UART1, чтобы сохранить этот слот для подключения к ПК. На самом деле, это означает, что плата F1 имеет только 1 UART для дополнительного оборудования, тогда как плата F3 обычно может использовать все 3 UART для дополнительных устройств.
- Все UART на процессоре F3 имеют встроенную инверсию, что означает, что вы можете запускать SBUS и Smart Port напрямую, без каких-либо «хаков».
F3 по контактам почти совместим с серией STM32 F1, кто-то прокомментировал в моем блоге, что он успешно заменил чип F1 на F3 на своем CC3D и теперь использует на нем время цикла 8K (благодаря гироскопу SPI, используемый на этом FC).
Обратите внимание, что размер флэш-памяти, используемой для ведения журнала Blackbox, не зависит от процессора. Фактически он определяется отдельной микросхемой памяти на контроллере полета.
Различия между F4 и F5
- Скорость обработки процессора F4 вдвое выше, чем у F1 и F3 (72 МГц) при 180 МГц, при этом он также имеет выделенный FPU, что делает F3 более привлекательным, чем F1.
- Можно запустить 32 кГц Looptime на плате F4 по сравнению с макс. 8 кГц на плате F3.
- Платы F3 обычно имеют только 3 UART, некоторые F4 FC имеют до 5
- Новая функция Betaflight «Динамический фильтр» очень ресурсоемкая для процессора, что дает повышенную скорость F4 - еще одно явное преимущество.
- Процессоры F1 и F4 не имеют встроенной инверсии, как в F3 и F7. Без дополнительного оборудования на плате вам потребуется выполнить инверсию (неинвертированного сигнала), если вы хотите запустить Frsky SBUS или Smart Port
Быстрый Looptime лучше? Ну, это уже другая тема для разговор. Ознакомьтесь с этой статьей о том, что лучше с точки зрения производительности.
Почему F4 изначально не работает со SmartPort:
SmartPort - это полудуплексный протокол, то есть провод S.Port является двунаправленным. Данные отправляются и принимаются по одному и тому же проводу (не в одно и то же время).
F3 и F7 STM MCU могут обрабатывать полудуплексный протокол внутри самого чипа, поэтому вы можете напрямую подключать SmartPort к этим полетным контроллерам без каких-либо изменений, но у F4 такой возможности нет.
Хотя SmartPort также инвертируется, F3 и F7 могут инвертировать входящий или выходящий сигнал внутри, так что с этим проблем нет.
F4 также имеет возможность полудуплекса, но он не работает с инвертированным сигналом без внешней схемы, которая выполняет инверсию для него в двух направлениях.
Преимущества F7 FC перед F3 и F4
- F7 - быстрый процессор (216 МГц против 168 МГц у F4)
- Процессор F7 имеет суперскалярный конвейер и возможности DSP, а это означает, что F7 является лучшей платформой для будущей разработки программного обеспечения, что позволяет разработчикам дополнительно оптимизировать алгоритмы контроллера полета.
- Платы F7 позволяют использовать больше UART. Все со встроенной возможностью инверсии сигнала. Betaflight OSD, SmartAudio, SmartPort Telemetry, GPS, управление камерой и т. д., DJI OSD, ведение журнала Blackbox, больше UART!
Если вы хотите работать с частотой 32 кГЦ в Betaflight, нужно было разогнать F4. F7 достаточно мощный, чтобы обрабатывать 32 кГц без разгона.
Время цикла также ограничено типом гироскопа (IMU) и их максимальной частотой дискретизации. Например, MPU6000 имеет максимальную частоту дискретизации 8 кГц. Если вы хотите установить частоту 32 кГц, вам придется использовать IMU с более высокой максимальной частотой дискретизации, например, ICM-20602.
Некоторые производители решили установить в свои FC F7 два разных гироскопа. Один из них - это проверенный малошумящий гироскоп, такой как MPU6000, а другой - более быстрый гироскоп, который может работать с частотой 32 кГц, такой как ICM-20602. Это позволяет пилоту выбрать, какой гироскоп он будет использовать.
Итак, что мне брать: F1, F3, F4, F7 или H7 FC?
Короткий ответ: выбирайте F7 FC! Вот мои рекомендации FC.
Развернутый ответ.
Конечно, вы можете управлять своим квадрокоптером со старым F1, но вы наверняка захотите получить большую производительность и больше функций от современного полетного контроллера.
Технологии будут двигаться в сторону более мощных процессоров, которые предоставят возможности для более интересных функций и периферийных устройств, а также возможность запускать сложные фильтры и алгоритмы, которые действительно сделают наши квадрокоптеры более интересными в полетах!
По мере того, как микропрограммное обеспечение FC продолжат развиваться, ограниченные возможности более медленных процессоров будут упускать интересные функции, которые ждут нас в будущем.
Обновление (июнь 2017 г.) - Betaflight прекратил поддержку плат F1 из-за отсутствия флэш-памяти для хранения прошивки. Поэтому вам следует избегать покупки новых контроллеров полета F1, если вы хотите использовать последнюю версию прошивки Betaflight.
Обновление (февраль 2019 г.) - разработчики Betaflight объявили о прекращении поддержки F3 FC в Betaflight 4.0 из-за нехватки памяти.
Да, H7 - последний и лучший, но, на мой взгляд, он все еще немного сыроват, чтобы его выбирать. Я бы еще немного подождал, пока еще несколько производителей не начнут его выпускать и код Betaflight будет лучше оптимизирован для этой платформы. Пока нет никакой реальной пользы от использования H7.
На самом деле, решение теперь сводится к F4 и F7, и то, и другое сегодня хороший вариант, но F7 имеет следующие преимущества:
- F7 может обрабатывать лучше looptime, чем F4. При одновременном использовании динамического фильтра и фильтра RPM, а также других функций, требующих интенсивной обработки.
- На F7 больше UART, чем на F4 FC.
- Если вы пользователь Frsky, то берите лучше F7, потому что все UART поддерживают инвертированный сигнал, такой как SBUS и SmartPort. Настроить их проще, чем на F4.
- F7 имеет больше возможностей для будущих обновлений и улучшений прошивки (задел на будущее)
Я собрал спецификации всех FC для мини-квадрокоптеров в этой таблице, чтобы вы могли сравнить их.
Что случилось с F2, F5 и F6?
Чипы STM32, которые мы видели в полетных контроллерах, - это F1, 3, 4 и 7. У некоторых может возникнуть вопрос: "почему они пропустили F2, F5 и F6?"
F2 больше похож на старую версию F4 и не имеет встроенной инверсии сигнала. Это в сочетании с быстрым F3 сделало его очевидным выбором для разработчиков.
STM32 F5 и F6 просто не существуют.
Данная статья переведена с английского языка, первоисточником является oscarliang.com.