ArduPilot CSKY GaN DroneCAN PMU：硬件规格、硬件定义与固件升级全解析

ArduPilot CSKY GaN DroneCAN PMU：硬件规格、硬件定义与固件升级全解析

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本文基于 ArduPilot 仓库中libraries/AP_HAL_ChibiOS/hwdef/CSKY_PMU/目录下的官方硬件定义文档展开，完整覆盖 CSKY GaN DroneCAN PMU 的电气规格、接口定义、状态灯含义与固件加载方式，并结合同目录的hwdef.dat、hwdef-bl.dat、defaults.parm三个配置文件，逐行印证这款 200A 级 GaN 功率管理单元在 ChibiOS HAL 层的引脚分配、INA239 电流传感器接入、ADC 温度采样与 CAN 升级通道实现，帮助集成商和开发者在无人机平台中正确选型、接线并刷写该 PMU。

一、产品定位与核心规格

CSKY_PMU 是 CSKY（晨羽）推出的 GaN（氮化镓）功率管理单元（PMU），在 ArduPilot 生态中作为 DroneCAN 从设备挂载，负责动力电池电压/电流采集、电池温度监测与机载电源分配。官方文档 README.md 给出的完整功能规格如下：

其中两点值得强调：

• “无需校准（Calibration: No need）”：意味着出厂即完成传感标定，集成时无需在 Mission Planner 中配置BATTx_系列校准参数，降低了交付复杂度；
• “CAN 固件升级：支持”：与下方第五、六节的 bootloader 硬件定义相互印证，该板支持不接触板载 USB/SWD 接口、直接通过 CAN 总线升级固件，这对已成型的飞控整机尤其重要。

机械与接口规格

文档同时给出了接口形式与机械尺寸，接线与结构设计时需直接引用：

接口类型

机械规格

• 尺寸：57.5mm × 57.5mm × 17.1mm（不含线缆）；
• 重量：140g（含线缆）。

从电源 1 与 CAN 复用同一个 Molex CLIK-Mate 6Pin 接口可以推断，板载 CAN 收发器由 5V/3A 电源口供电，整机部署时只需一条 6Pin 线即可完成“电源 + 通信”双功能连接，这是 DroneCAN PMU 常见的紧凑设计。

二、状态 LED 指示

README.md 定义了状态 LED 的三种闪烁模式，可用于现场快速判断设备所处阶段：

这与hwdef-bl.dat中 bootloader 的引脚分配直接对应：

PB14 LED_BOOTLOADER OUTPUT HIGH define HAL_LED_ON 0

即 bootloader 与主固件共用的 PB14 引脚被标记为LED_BOOTLOADER，HAL_LED_ON 0表示低电平点亮。bootloader 阶段“快速闪烁”即由该引脚驱动；进入主固件后，该引脚转由 AP_Periph 的 Notify 模块接管（见下文 PB14 = LED_R 的定义），呈现“等待 CAN / 已连接”的两种节奏。因此维修排障时，观察 LED 即可区分设备卡在了 bootloader、未上 CAN 还是已正常挂载，无需连接地面站。

三、hwdef.dat：主固件硬件定义逐段解读

hwdef.dat 是 ChibiOS 构建系统（chibios_pins.py处理）使用的硬件描述文件，它把 README 中的纸面规格翻译成了可构建的引脚与宏定义：

3.1 MCU 与 Flash 布局

MCU STM32F4xx STM32F412Rx FLASH_RESERVE_START_KB 64 STORAGE_FLASH_PAGE 2 define HAL_STORAGE_SIZE 8192 APJ_BOARD_ID AP_HW_CSKY_PMU env AP_PERIPH 1 OSCILLATOR_HZ 8000000 FLASH_SIZE_KB 512

• STM32F412Rx与文档中“STM32F412 100MHz”一致；FLASH_SIZE_KB 512注释写明“assume 512k flash part”，即按 512KB 封装编译链接脚本，而文档标称 1024KB Flash 对应的是同系列更大封装，编译时按保守值处理；
• FLASH_RESERVE_START_KB 64表明主固件从 64KB 偏移处启动，前 64KB 留给 bootloader，这是支持 CAN 刷写固件的前提；
• STORAGE_FLASH_PAGE 2+HAL_STORAGE_SIZE 8192将参数存储固定在第 2、3 页（共 8KB），避免与固件区冲突；
• env AP_PERIPH 1是关键宏：它声明该板构建的是AP_Periph 从设备固件（见 Tools/AP_Periph 目录），而非完整的 ArduCopter/ArduPlane 飞控主固件；
• OSCILLATOR_HZ 8000000指定板载 8MHz 晶振，作为 PLL 时钟源。

3.2 串口、调试与 LED

SERIAL_ORDER USART1 PB6 USART1_TX USART1 NODMA PB7 USART1_RX USART1 NODMA define DEFAULT_SERIAL0_BAUD 57600 PA13 JTMS-SWDIO SWD PA14 JTCK-SWCLK SWD

USART1（PB6/PB7）保留作 57600 波特率调试串口，PA13/PA14 保留 SWD 调试口——这两条通道在产测与 bootloader 阶段（bootloader 波特率同样是 57600，见后文）都会用到。

LED 分配则解释了状态灯的实现：

PB14 LED_R OUTPUT HIGH GPIO(0) PB15 LED_G OUTPUT HIGH GPIO(1) PB13 LED OUTPUT HIGH GPIO(2) define AP_NOTIFY_GPIO_LED_RGB_ENABLED 1 define AP_NOTIFY_GPIO_LED_RGB_RED_PIN 0 define AP_NOTIFY_GPIO_LED_RGB_GREEN_PIN 1 define AP_NOTIFY_GPIO_LED_RGB_BLUE_PIN 2

PB14/PB15/PB13 构成 RGB 三色 LED，通过AP_NOTIFY_GPIO_LED_RGB_ENABLED接入 ArduPilot 的 AP_Notify 灯光系统。README 中描述的“快闪/慢闪”状态模式，在固件层就是 AP_Notify 的等待/连接灯光效果；而 bootloader 阶段的闪烁由LED_BOOTLOADER独立控制（见 hwdef-bl.dat）。

3.3 DroneCAN 总线与静默引脚

CAN_ORDER 1 PB8 CAN1_RX CAN1 PB9 CAN1_TX CAN1 PB5 GPIO_CAN1_SILENT OUTPUT PUSHPULL SPEED_LOW LOW define CAN_APP_NODE_NAME "org.csky.pmu"

• CAN1 收发引脚为 PB8（RX）/PB9（TX），与 bootloader 中的 CAN 引脚完全一致，保证 boot 前后 CAN 电气通路不变；
• PB5 GPIO_CAN1_SILENT是一块收发器静默控制 GPIO（低电平有效），从源码结构看，它用于在升级或初始化阶段静默 CAN 收发器，避免半双工总线上干扰；
• CAN_APP_NODE_NAME "org.csky.pmu"是 DroneCAN 应用节点名称，地面站（DroneCan GUI / Mission Planner）在设备列表中会以该名称标识这块 PMU，是确认“连上的就是 CSKY PMU”的依据。

3.4 INA239 电流/电压传感器（SPI 接入）

PA5 SPI1_SCK SPI1 PA6 SPI1_MISO SPI1 PA7 SPI1_MOSI SPI1 PA4 INA_CS CS SPIDEV INA23X SPI1 DEVID1 INA_CS MODE1 10*MHZ 10*MHZ define AP_PERIPH_BATTERY_ENABLED 1 define AP_BATTERY_INA239_ENABLED 1 define AP_BATTERY_INA239_SPI_DEVICE "INA23X" define HAL_BATT_MONITOR_DEFAULT 26

这一组定义落实了文档中“电压精度 ±0.05V、电流精度 ±0.7%、最大 200A 电流传感”的实现路径：

• 板载 TI INA239（SPI 接口的高侧电流监测芯片）通过 SPI1（PA5/PA6/PA7）挂接，片选 PA4，SPI 速率 10MHz；
• AP_PERIPH_BATTERY_ENABLED+AP_BATTERY_INA239_ENABLED启用 AP_Periph 的电池监测子模块，HAL_BATT_MONITOR_DEFAULT 26指定该板电池监测器的默认参数组编号；
• INA239 直接输出经过 ADC 采样的电压/电流值，这与“无需校准”的规格相呼应——传感线性度由芯片与出厂标定保证，而非靠地面站参数微调。

3.5 ADC 电池温度采样

define AP_TEMPERATURE_SENSOR_ENABLED 1 define AP_TEMPERATURE_SENSOR_MAX_INSTANCES 1 define AP_PERIPH_DEVICE_TEMPERATURE_ENABLED 1 define HAL_USE_ADC TRUE define STM32_ADC_USE_ADC1 TRUE PA3 BATT_TEMP_SENS ADC1 SCALE(1)

ADC1 的 PA3 通道采集电池温度，配合defaults.parm（下节）完成热电偶/热敏电阻解析，并通过AP_PERIPH_DEVICE_TEMPERATURE_ENABLED将温度以uavcan.equipment.device.Temperature消息广播到 DroneCAN 总线。从 Tools/AP_Periph/temperature.cpp 的实现可见：temperature_sensor_update()按TEMP_MSG_RATE的周期，将get_temperature()的读数转为开尔文后canard_broadcast出去——这正是 README 中“温度精度 ±1°C”规格在软件侧的落地链路。

3.6 一个重要的编译开关

# bootloader embedding / bootloader flashing not available define AP_BOOTLOADER_FLASHING_ENABLED 0

该行注释与宏表明：主固件不包含嵌入式 bootloader、也不支持从主固件发起二次刷写，即刷写流程是单向的——只有 bootloader 可以接收并写入新固件，主固件运行期间不能自我重启进入刷写。这对运维的含义是：CAN 升级必须依赖 bootloader 的自动超时回退（见下节HAL_BOOTLOADER_TIMEOUT），而非“主固件主动进入升级模式”。

四、hwdef-bl.dat：支持 CAN 升级的 Bootloader 定义

hwdef-bl.dat 描述同一硬件上 bootloader 固件的构建参数，它与 README 的“CAN Firmware update: Support”和状态灯“持续快速闪烁 = 等待刷写”一一对应：

MCU STM32F4xx STM32F412Rx APJ_BOARD_ID AP_HW_CSKY_PMU OSCILLATOR_HZ 8000000 env AP_PERIPH 1 FLASH_RESERVE_START_KB 0 FLASH_BOOTLOADER_LOAD_KB 64 FLASH_SIZE_KB 512

• 与主定义共用同一个APJ_BOARD_ID AP_HW_CSKY_PMU，保证 DroneCan GUI / Mission Planner 通过板级 ID 匹配到正确的固件镜像；
• FLASH_BOOTLOADER_LOAD_KB 64与主定义的FLASH_RESERVE_START_KB 64互相咬合：bootloader 位于 0～64KB，主固件加载点在其后，二者构成完整的双区 Flash 布局。

PB6 USART1_TX USART1 PB7 USART1_RX USART1 PB14 LED_BOOTLOADER OUTPUT HIGH define HAL_LED_ON 0 PA13 JTMS-SWDIO SWD PA14 JTCK-SWCLK SWD PB8 CAN1_RX CAN1 PB9 CAN1_TX CAN1 PB5 GPIO_CAN1_SILENT OUTPUT PUSHPULL SPEED_LOW LOW define HAL_USE_CAN TRUE define STM32_CAN_USE_CAN1 TRUE # make bl baudrate match debug baudrate for easier debugging define BOOTLOADER_BAUDRATE 57600 define HAL_BOOTLOADER_TIMEOUT 1000 PA4 INA_CS CS

几个要点：

• bootloader 同时启用 CAN 与 UART1：CAN 用于 DroneCAN 刷写协议，UART1（57600）用于调试，注释“make bl baudrate match debug baudrate for easier debugging”明确了两处波特率刻意保持一致以便排障；
• HAL_BOOTLOADER_TIMEOUT 1000表示 bootloader 阶段有秒级等待窗口——上电后若未检测到有效主固件启动条件，MCU 停留在 bootloader，LED 持续快速闪烁，此时即可通过 CAN 或串口下发固件；
• 末尾单独一行PA4 INA_CS CS保留了 INA239 片选引脚的电气定义，保证 bootloader 阶段该引脚不会浮空驱动 SPI 总线。

五、defaults.parm：出厂默认参数

defaults.parm 仅五行，但完整定义了温度通道与上报行为：

TEMP1_TYPE 5 TEMP1_PIN 3 TEMP1_A0 -41.0 TEMP1_A1 50.0 TEMP_MSG_RATE 10

• TEMP1_TYPE 5：温度传感器类型编号为 5，对应 ArduPilot 温度库中的热敏电阻（thermistor）类型；
• TEMP1_PIN 3：与hwdef.dat中PA3 BATT_TEMP_SENS ADC1的 ADC 通道号（通道 3）一致，说明该默认参数就是为 PA3 电池温度采样准备的；
• TEMP1_A0 -41.0/TEMP1_A1 50.0：热敏电阻换算曲线（Steinhart-Hart/Beta 拟合）的上下限温度系数，把 ADC 读数线性映射到 -41°C ～ +50°C 区间——注意这与整机 -25°C～105°C 的工作温度区间不同，参数层面只覆盖电池温度关注的低温段，超上限后读数会被钳位；
• TEMP_MSG_RATE 10：每秒 10 次（10Hz）通过 DroneCAN 广播温度消息，与 temperature.cpp 中1000U / g.temperature_msg_rate的节流逻辑对应。

六、固件加载方式

README 最后一节（Loading Firmware）给出两条官方刷写路径，结合上文硬件定义可明确其各自机制：

1. DroneCan GUI 工具升级*.bin固件（推荐，走 CAN）：
   • 依赖硬件上的 CAN bootloader（hwdef-bl.dat 启用 CAN1 +HAL_BOOTLOADER_TIMEOUT等待窗口）；
   • 操作时设备 LED 应处于“持续快速闪烁”状态，否则先断开电池重新上电让 MCU 回落到 bootloader；
   • 该方式无需 USB/串口线，适合已成型的整机，是“CAN Firmware update: Support”规格的直接体现。
2. Mission Planner 地面站升级*.apj固件（走 USB/串口）：
   • *.apj是 ArduPilot 标准固件打包格式，携带AP_HW_CSKY_PMU板级 ID，地面站据此匹配设备；
   • 依赖板上的 SWD/调试串口通路（PB6/PB7 调试串口，57600 波特率，与 bootloader 波特率一致）。

无论哪条路径，刷写前建议核对固件的 board ID 与APJ_BOARD_ID AP_HW_CSKY_PMU匹配，避免误刷其他 CSKY 硬件（例如同目录风格类似的 CSKY405 飞控板，见 CSKY405/Readme.md）。

七、小结与集成清单

将文档规格与仓库硬件定义对照后，CSKY GaN DroneCAN PMU 的集成要点可归纳为：

所有硬件级事实均可在 libraries/AP_HAL_ChibiOS/hwdef/CSKY_PMU/ 目录内追溯：README.md 提供规格原文，hwdef.dat 与 hwdef-bl.dat 提供引脚与构建级实现，defaults.parm 提供出厂参数基线，三者与 README 的规格描述完全自洽。

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