Полетные контроллеры на F1, F3, F4 и F7. Какой выбрать?

naze32_lite2

При выборе полетного контроллера для коптера постоянно упоминаются значения F1, F3, F4 и F7. Всё это серии процессоров (микроконтроллеров) для ПК, и в этой статье мы расскажем про их отличия, а также поможем выбрать наиболее подходящий.

Содержание

Если вам не знакомы слова Betaflight (англ.), Cleanflight (англ.) и Raceflight (англ.) — тогда вначале прочтите эти статьи.

Если вы просто хотите выбрать один из лучших ПК, тогда читайте: Топ 5 лучших ПК по мнению нашего сообщества.

Что значит F1, F3, F4 и F7?

По сути F1, F3, F4 и F7 это 4 серии процессоров (микроконтроллеров) STM32. Этот STM32 процессор — мозг полетного контроллера, по сути, как процессор в вашем компьютере. В настоящее время существует 10 серий, по убыванию вычислительных мощностей: F7, F4, F3, F2, F1, F0, L4, L1, L0, W.

ПК на F1 появились в 2012 году, это были первые 32-битные ПК, F1 — самая медленная серия из всех рассматриваемых. Хороший пример контроллеров на F1 – это Naze32 и CC3D.

naze32

Полетный контроллер Naze32

Первые ПК на F3 появились в 2014 году, в настоящее время наиболее популярны: X-Racer, Betaflight F3, LUX V2, и KISS FC.

mini-quad-fc-flight-controller-betaflight-f3-fpvmodel

Полетный контроллер Betaflight F3

Вскоре после F3 появились ПК на F4. Они становятся все более популярными: Raceflight Revolt, BrainFPV RE1 и DemonRC Soul.

mini-quad-fc-flight-controller-raceflight-revolt-f4

Полетный контроллер Revolt F4

F7 — новейшее поколение микроконтроллеров. ПК на их основе пока не много. Вот, например: BG F7 FC.

f7-fc-flight-controller-mini-quad-fpv

Полетный контроллер BG F7 FC

Частота Число UART
F1 72 МГц 2
F3 72 МГц 3
F4 168 МГц 3
F7 216 МГц 8

Разница между контроллерами на F1 и F3

Кратко о преимуществах F3 над F1

  • Одна и та же частота, но более быстрые операции с плавающей запятой, благодаря отдельному модулю операций с плавающей запятой
  • Дополнительный UART порт (COM-порт), итого 3 против 2. Но у F3 имеется отдельный порт для USB, так что при подключении к компьютеру, UART1 будет свободен. На F1 для подключения по USB используется UART1, поэтому на F1 мы и не используем UART1 для периферии. Т.е. получается, что свободно 3, а не 1 порт
  • Некоторые новые контроллеры на F3 имеют более продуманный дизайн и больше фич по сравнению со старыми на F1
xracer-f303-flight-controller-top

Полетный контроллер XRacer F303

Производительность процессора

F1 и F3 имеют одинаковую максимальную частоту 72МГц, в то же время F4 – 180МГц.

Несмотря на то, что F1 и F3 имеют одну максимальную частоту, F3 выполняет операции с плавающей запятой быстрее благодаря математическому сопроцессору. F3 работает значительно быстрее, чем F1 при использовании PID контроллера LuxFloat. Однако нет никакого преимущества при выполнении целочисленных операций, например, у PID контроллера 1 – Rewrite (INTEGER в Betaflight), который основан именно на целочисленных расчетах.

Многие из вас уже знают, looptime = 2k — по сути максимум, чего можно добиться от Naze32 c Betaflight, это значение синхронно с частотой опроса гироскопов (2 кГц). Больше не получится, просто потому, что процессор не справится с нагрузкой (можно разогнать до 2,6 кГц, но результат будет нестабильным).

Платы на F3 могут использовать луптайм 4k как для целочисленных (Integer) ПИД контроллеров, так и для ПИД с плавающей запятой (Float), при этом можно запускать другие ресурсоемкие задачи — использование акселерометров, светодиодных полос, софтсериал (программная эмуляция последовательного порта). На F1 нам приходилось отказываться от многих фич, просто чтобы работать с частотой 2k.

Итого, с учетом ПИД контроллеров, числа последовательных портов, числа доп. каналов (Aux) и т.д. мы можем достичь следующих значений (допустим, что акселерометры отключены):

  • Платы на F1: 2k — 2,6k, CC3D — 4k/4k, CC3D-F3 может работать с 8k/8k
  • Большинство плат на F3 — 4k/2k, но при этом можно использовать Luxfloat
  • Платы на F3, но с подключение гироскопов по шине SPI: 8k/8k
  • F4 с Raceflight: 8k/8k, а при использовании MPU6500 или 9250 — до 32k/32k

Все эти ПК могут передавать данные на регуляторы с частотой 32k без каких-либо проблем. Всегда проверяйте нагрузку на процессор командой «status» в консоли (CLI). Я предпочитаю, чтобы в Betaflight загрузка была меньше 30%.

motolab-tornado-fc-flight-controller

MotoLab Tornado F3

 

Число последовательных портов

Помимо увеличения вычислительных мощностей и преимуществ looptime, серия F3 предоставляет больше последовательных портов (UART).

Такие вещи как MinimOSD, SBUS, SmartPort telemetry, Blackbox (при использовании openlog и SD карты), подключение к компу по USB, GPS и т.д. используют последовательные порты.

На контроллерах с F1, таких как Naze32, у нас было только 2 порта. Немного раздражает то, что вы не можете использовать blackbox, Sbus и MinimOSD одновременно, а это мой обычный конфиг. Платы на F3 имеют 1 дополнительный UART порт и это очень удобно.

Другие преимущества контроллеров на F3

Многие платы на F3 также имеют встроенный стабилизатор на 5В или даже встроенную PDB, так что, теоретически, вы можете питать контроллер напрямую от аккумулятора.

Платы на F3 также имеют встроенные аппаратные инверторы на последовательных портах, так что нет необходимости переделывать ваш приемник X4R-SB, чтобы подключить SBUS и SmartPort. Платы на F1 инвертеров не имеют, так что требуется переделка.

F3 практически полностью контакт-в-контакт совместим с серией F1, и некоторые писали в комментариях, что они успешно заменили чип F1 на F3 в плате CC3D, и используют looptime = 125 в квадриках (благодаря тому, что гиры подключены по шине SPI).

Отметим, что от процессора не зависит размер флеша для хранения данных. На самом деле размер определяется чипом памяти на плате.

RMRC-DODO-FC-flight-controller-f3

RMRC Dodo F3

Различия между F3 и F4

  • У F4 выше тактовая частота, 168 МГц против 72 МГц
  • У F4 обычно 3 последовательных порта, но иногда бывает и 4 (зависит от платы)
  • Большинство ПК на F4 используют шину SPI для подключения гир (чтобы можно было чаще обновлять данные)
  • Как правило новый, оригинальный дизайн, т.к. серия F4 значительно новее
  • ПК BrainFPV RE1 F4 имеет встроенную OSD (отрисовка идет за счет основного процессора!)
  • Большинство плат на F4 можно использовать как с Betaflight, так и с Raceflight.

Преимущества F7 над F3 и F4

  • Тактовая частота еще выше (216 МГц против 168 МГц)
  • Больше последовательных портов с аппаратной инверсией

На платах с процессорами F7 можно использовать луптайм до 32k. Но это не совсем честное время цикла, потому что данные от гир приходят реже. Частота опроса гир ограничена типом чипа. Например, MPU6000 можно опрашивать с частотой 8k, а ICM-20602 — 32k.

Время цикла — это тема отдельной статьи. Всегда ли большая частота — это хорошо (англ.)?

У F7 больше UART с аппаратной инверсией сигнала. Всю эту периферию мы можем использовать разом: SBUS, OSD, VTX SmartAudio, Smartport Telemetry, Blackbox. Может что-то еще появится в будущем.

Итак, какой выбрать? F1, F3, F4 или F7?

Конечно вы можете летать на коптере с платой на F1, но более быстрые F3 и F4 дают вам лучшую производительность и позволят использовать ресурсоемкие фичи. ПО для полетных контроллеров постоянно развивается, и скоро придется выкинуть платы на F1 потому, что их производительности не хватит.

Так что в настоящее время выбор сокращается до F3, F4 или F7.

Что касается ПК на F7, если вы не используете гиры с частотой 32k, и временем цикла тоже 32k, то единственным преимуществом F7 будет большее число последовательных портов (8 штук). На самом деле сейчас это не большое преимущество, но в будущем может пригодится. Единственный недостаток F7 — размер чипа, он крупнее чем F3 и F4, т.е. для прочих деталей, разъемов почти не остается места. Производителям нужно время чтобы оптимизировать дизайн плат, в будущем мы сможем использовать еще больше вычислительных мощностей.

Если бы я собирался купить новый контроллер завтра, я вероятнее всего купил бы F3 или F4, потому что у них есть весь необходимый мне функционал, а также очень продуманный дизайн и расположение элементов.

Вот список 5 лучших ПК по нашему мнению.

История редактирования

  • Октябрь 2015 — написана статья про F1 и F3
  • Октябрь 2016 — обновлена информация о F4
  • Май 2017 — обновлена информация о F7

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Лимит времени истёк. Пожалуйста, перезагрузите CAPTCHA.