【无人机】1.从零编译Betaflight/Cleanflight固件：针对STM32F103的实战指南

1. 为什么需要自己编译固件？

如果你手头有一块基于STM32F103的飞控板，比如经典的NAZE32，可能会发现最新的Betaflight固件已经不再支持这个老旧的芯片了。而Cleanflight虽然最后一个版本还支持F103，但项目早已停止更新。这时候自己动手编译固件就成了唯一的选择。

我去年就遇到过这种情况，手头有几块闲置的NAZE32飞控，想用来做个小项目，结果发现官方固件要么不支持，要么功能不全。经过一番折腾，终于搞定了从源码编译的全过程。下面就把我的经验分享给大家，让你也能给老飞控注入新生命。

2. 搭建编译环境

2.1 准备Ubuntu系统

编译Cleanflight/Betaflight固件最好在Linux环境下进行。我推荐使用Ubuntu 20.04 LTS，这个版本比较稳定，社区支持也好。你可以选择：

1. 直接在物理机安装Ubuntu
2. 使用虚拟机（VMware或VirtualBox）
3. 通过WSL在Windows下运行Ubuntu

我个人习惯用虚拟机，因为可以随时做快照，遇到问题能快速回滚。安装好系统后，记得先更新软件包：

sudo apt update && sudo apt upgrade -y

2.2 安装必要的工具链

编译需要安装一些基础开发工具：

sudo apt install -y git make gcc python3 python3-pip

然后是ARM交叉编译工具链。Cleanflight官方推荐使用特定的gcc版本，我们可以直接从他们提供的链接获取：

wget https://developer.arm.com/-/media/Files/downloads/gnu-rm/7-2018q2/gcc-arm-none-eabi-7-2018-q2-update-linux.tar.bz2 sudo tar -xjf gcc-arm-none-eabi-7-2018-q2-update-linux.tar.bz2 -C /opt

最后把工具链路径加入环境变量：

echo 'export PATH=$PATH:/opt/gcc-arm-none-eabi-7-2018-q2-update/bin' >> ~/.bashrc source ~/.bashrc

3. 获取和准备源码

3.1 下载源代码

Cleanflight的最后一个正式版本是3.2.0，我们可以直接从GitHub克隆：

git clone https://github.com/cleanflight/cleanflight.git cd cleanflight git checkout 3.2.0

如果你想尝试Betaflight的老版本（比如4.2.x，最后一个支持F103的版本），可以用类似的命令：

git clone https://github.com/betaflight/betaflight.git cd betaflight git checkout 4.2.x

3.2 理解代码结构

Cleanflight的代码结构很清晰，几个关键目录：

• src/main：核心飞控代码
• src/main/target：不同飞控板的配置文件
• make：编译相关的Makefile
• lib：依赖的库文件

对于NAZE32飞控，我们需要重点关注src/main/target/NAZE目录下的文件，特别是target.h和target.c。

4. 配置和编译固件

4.1 选择目标板

编译前需要指定目标板类型。对于NAZE32：

make TARGET=NAZE

第一次编译可能会遇到各种依赖问题，常见的有：

1. Python包缺失：用pip3 install -r requirements.txt解决
2. 工具链路径不对：检查.bashrc中的PATH设置
3. 权限问题：确保/opt目录有读写权限

4.2 解决Flash空间不足

STM32F103C8T6只有64KB Flash，很容易就超了。我第一次编译时就遇到了这个问题：

region `flash' overflowed by 1232 bytes

解决方法是在target.h中注释掉不需要的功能。比如：

// 注释掉不用的传感器 // #define USE_BARO // #define USE_MAG // 关闭不必要的外设 // #define USE_SOFTSERIAL1 // #define USE_SOFTSERIAL2

我的经验是，先保留最基本的功能（接收机、电机控制），等编译通过后再逐步添加其他功能。每次修改后都要执行：

make clean TARGET=NAZE make TARGET=NAZE

4.3 生成最终固件

编译成功后，会在obj目录下生成.hex和.bin文件。注意：

• _naked.hex：不带元数据的精简版本
• .hex：标准Intel HEX格式
• .bin：原始二进制文件，适合某些烧录工具

我一般使用.bin文件，因为体积最小，烧录也快。

5. 烧录和测试

5.1 烧录固件到飞控

有几种常用的烧录方法：

1. ST-Link：最可靠的方式

   st-flash write obj/cleanflight_NAZE.bin 0x8000000

2. DFU模式：需要先按住Bootloader键上电

   dfu-util -a 0 -D obj/cleanflight_NAZE.bin -s 0x08000000

3. 串口：通过USB转TTL工具（如CH340）

   python3 -m serial.tools.miniterm /dev/ttyUSB0 115200

5.2 连接地面站

烧录完成后，用USB连接飞控，打开Cleanflight Configurator：

1. 选择正确的串口（通常是/dev/ttyACM0或COMx）
2. 点击连接，如果成功会显示飞控信息
3. 检查各传感器是否工作正常

如果连接不上，可能是以下原因：

• 驱动没装好（Linux一般免驱，Windows可能需要装驱动）
• 串口被其他程序占用
• 固件配置错误（比如串口功能没开启）

5.3 功能测试

建议按以下顺序测试：

1. 接收机输入：打杆看通道数据是否变化
2. 电机输出：拆桨测试，检查电机转向和顺序
3. 传感器数据：晃动飞控看陀螺仪数据变化
4. 模式切换：测试ARM/DISARM和其他飞行模式

6. 高级定制技巧

6.1 添加自定义功能

如果你想添加自己的代码，比如特殊的混控逻辑，可以：

1. 在src/main下新建你的模块
2. 修改target.h启用相关功能
3. 在main.c中初始化你的模块

记得每次修改后都要重新编译和测试。

6.2 优化性能

对于资源紧张的F103，可以尝试：

1. 降低主循环频率（修改target.h中的LOOP_TIME）
2. 关闭调试输出（#define DEBUG OFF）
3. 使用更高效的算法（比如快速平方根近似）

6.3 解决常见问题

我遇到过的一些坑：

1. 电机不转：检查PWM输出配置，确保resource分配正确
2. 传感器数据异常：可能是I2C地址冲突，检查target.h中的定义
3. 随机重启：可能是堆栈溢出，尝试减少任务数量

7. 后续维护建议

虽然F103已经老旧，但通过固件定制还是能发挥余热。我的几点建议：

1. 定期备份你的定制配置（特别是target.h）
2. 关注社区动态，有时会有针对老硬件的优化补丁
3. 考虑逐步迁移到新硬件，F4/F7系列的性能提升非常明显

最后提醒一点，老飞控的硬件可靠性可能下降，飞行前务必做好充分测试，特别是失控保护等安全功能。