fpv4me | Полетные контроллеры F1, F3, F4 и F7. Какой выбрать?

Что случилось с f2, f5 и f6?

В полетных контроллерах используются чипы STM32 серий F1, F3, F4 и F7, любопытно, почему пропущены F2, F5 и F6.

F2 — что-то вроде старой версии F4, не имел инверсии сигналов последовательных портов. Это в сочетании с тем, что следующий в линейке (F3) уже имел модуль для операций с плавающей запятой, позволило разработчикам пропустить его.

STM32 F5 и F6 — просто не существуют, причина в том, что именование STM32 основано на нумерации ARM процессоров, где F1 — это Cortex M1, F3 основан на Cortex M3 и т.д., а Cortex M5 и M6 — не существует.

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, он 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.

Что такое mcu

MCU — это микроконтроллер типа STM32, процессор полетного контроллера.

STM32  — это семейство 32-битных интегральных схем микроконтроллера от STMicroelectronics. Семейство STM32 состоит из серий микроконтроллеров: H7 , F7 , F4 , G4 ,  F3 , F2 , F1 , F0.

Микроконтроллер состоит из ядра процессора, статической оперативной памяти, флэш-памяти, интерфейса отладки и различных периферийных устройств. Мозг полетного контроллера, который обрабатывает данные. Он запускает программное обеспечение, которое называется «прошивкой» и управляет квадрокоптером, получая данные с различных устройств и датчиков, например с гироскопа, акселерометра, барометра, GPS, компаса, лидаров и так далее.

Основными отличиями микроконтроллеров серии STM32 являются: внутренняя архитектура, тактовая частота, размер внутренней флэш-памяти, количество интерфейсов для периферийных устройств и другие.

Cl racing f7 v2 daul — лучший полетник для регуляторов 4-в-1

• F7, 2x ICM20602
• Антивибрационное крепление
• Betaflight OSD
• PDB
• 5V/3A BEC
• 32MB памяти для черного ящика (Blackbox)
• Напряжение питания: 2S — 8S LiPo

CL Racing F7 — это преемник популярных моделей CL Racing F4 и F4S. У него похожий дизайн, удобное расположение элементов и нормальный размер контактных площадок.

Это один из наиболее доступных полетных контроллеров в нашем списке, и при этом у него отличный набор функций: SmartAudio, ESC Telemetry, управление камерой (достаточно простого подключения, без резистора и конденсатора). Есть, конечно, и память для blackbox.

Процессор серии F7, поэтому не нужно ничего мудрить с инверсией сигналов SBUS и SmartPort.

CL Racing F7 разработан специально для работы совместно с регуляторами «4-в-1». Разъем для регулей позволяет использовать их телеметрию, а также общий датчик тока.

CL Racing F7 — один из первых ПК с функцией VTX pitmode, эта функция позволяет вам включать/выключать видеопередатчик тумблером на аппе.

Одна из отличительных черт второй версии — два гироскопа, они работают все время, а для уменьшения шума/помех данные усредняются. А вместе с RPM фильтром, тюнинг сильно упрощяется.

Вот полный обзор первой весии. Обзор второй версии (англ).

Купить на: Banggood | RDQ | AliExpress

Diatone mamba f722s

Помимо всех обычных функций, которые можно ожидать от ПК на F7, у Mamba F722S есть встроенный Bluetooth модуль, который позволяет менять настройки Betaflight прямо с телефона.

Имеются и два стабилизатора, на 5 и 9 вольт для питания видеопередатчика и курсовой камеры, это уменьшает помехи на видео от регуляторов и моторов. Гироскопы — MPU6000, у них отличная репутация, меньше шумят, чем серия ICM.

Регуляторы 4-в-1 рассчитаны на макс. ток 50 А и поддерживают питание до 6S LiPo, так что полетник очень надежный и универсальный.

Купить: Banggood | GetFPV | AliExpress

Dys f4 pro

• F4, MPU6000 SPI
• Софтмаунт
• Betaflight OSD
• Встроенная PDB
• 5 В / 3 А BEC
• 8MB памяти для blackbox
• Питание: 2S – 6S

По функционалу DYS F4 очень похож на Kakute F4. Отличное расположение элементов, контактные площадки для силовых проводов (питание, регули) выступают за пределы платы, что упрощает пайку.

Только один последовательный порт с аппаратной инверсией сигнала для SBUS. Если нужна телеметрия, то придется использовать неинвертированный сигнал. Для тех, кто не планирует использовать Smart Port — это не проблема, это просто еще один дополнительный порт для прочих устройств (инвертированный UART нельзя использовать для других устройств).

Купить на Banggood | AliExpress | Обзор

Holybro kakute f7 aio — лучший полетник для отдельных регуляторов

• F7, ICM20689 SPI (32KHz Looptime)
• Софтмаунт датчиков
• Betaflight OSD
• Встроенная PDB
• 5 В / 2 А BEC
• MicroSD слот для blackbox
• Питание: 2S – 6S

У большинства ПК антивибрационное крепление используется для всей платы, но у Kakute F7 плата с гироскопами демпфируется отдельно. Т.е. не нужно беспокоиться о демпферах, они уже есть. Гироскопы ICM относительно более шумные, но я не стал бы беспокоиться об этом, из-за довольно эффективного софтмаунта.

Недостаток этой системы — нужно убедиться, что гироскопы ничего не касаются, чтобы не передавались вибрации. Т.е. вы не можете разместить сверху другие комплектующие типа приемника или видеопередатчика.

Если в ПК установлен процессор серии F4, то приходится возиться с инверсией сигнала для SmartPort телеметрии и для SBUS. Это не проблема если у вас проц F7, т.к. инверсия настраивается программно.

Ещё мне очень нравится расположение элементов на плате; шикарный функционал, но возможно он будет слегка сложноват для новичков, т.к. все контакты собраны в кучу. К счастью инструкция очень детальная и полезная.

Беспокойство вызывает только шлейф, который можно повредить при крашах. Его можно заменить, тем более что в комплекте есть запасной. Однако это требует некоторых навыков пайки.

Думаю, этот ПК подойдет опытным пилотам, которым нужна высокая скорость работы гироскопов и частота 32к. Есть и не AIO версия, которую можно использовать вместе с регуляторами 4-в-1. Подробнее в обзоре.

Купить на Banggood | AliExpress | Gearbest | GetFPV

Kiss (1 плата)

Из-за того, что прошивка без исходного кода, пользователи не имеют выбора.

Kiss fc v2

• Процессор F7, гиры MPU6000
• Идет с прошивкой KISS FC Firmware

После 2х лет ожидания, Flyduino наконец-то выпустила KISS V2 для замены первой версии ПК. У KISS огромная толпа фанатов, которым нравятся характеристики этих ПК. Когда вы платите $80 за KISS FC V2, то вы платите не только за железо, но и за закрытую прошивку, которая работает только на ПК KISS.

Лично я считаю, что KISS летает плавнее и мягче, чем Betaflight, которая летает более точно (больше похоже на движения робота). Не самое точно описание, но как уж смог.

Это один из первых контроллеров, сделанных в виде буквы «H» и с контактными площадками для подпаивания проводов. А еще они же первыми заменили сквозные отверстия для штыревых разъемов на плоские пятаки для пайки с обеих сторон платы.

Во второй версии улучшено расположение контактов, теперь регули подключаются по углам платы. Имеющийся разъем также упростит проводку при использовании определенных PDB. Установка и настройка значительно проще, чем Betaflight.

На KISS можно поставить Betaflight, но, по-моему, есть и другие, более удачные ПК для Betaflight. Причина выбора KISS — это их закрытая прошивка.

Купить GetFPV | RMRC  | Обзор.

Matek f405 ctr

• F4, MPU6000
• Betaflight OSD
• Встроенная PDB
• 5 UART
• Слот для MicroSd флэшки
• BEC: 5V/2A

CTR — это новая версия Matek F405 AIO.

AIO — довольно хороший ПК с отличным функционалом и удобным расположением элементов. Однако, было довольно много жалоб на рывки по курсу и сильные вибрации, из-за очень чувствительных к шуму гироскопов.

И вот, наконец, Matek решили заменить гироскопы, на более устойчивые к шуму MPU6000, ну и добавили ещё кое-какие улучшения. Прочитав наш обзор, вы узнаете, почему это один из лучших ПК для Betaflight и iNav.

Купить на Banggood | AliExpress | Обзор

Matek f405 и fchub vtx

Matek F405 — это простой полетный контроллер с Betaflight OSD и слотом для MicroSD. У него нет PDB, но его можно подключить к FCHUB VTX используя шлейф.

Комбо-набор Matek F405 и FCHUB VTX — это тоже самое, что ПК, PDB и видеопередатчик, но с некоторыми реально хорошими улучшениями. Перенос элементов с большими токами и напряжениями подальше от процессора и гироскопов дают вам более чистый сигнал, улучшает летные характеристики и надежность. ПК и PDB можно закрепить при помощи демпферов, при этом не будет тяжелых проводов, передающих вибрации.

По шлейфу в том числе передается и сигнал управления видеопередатчиком, так что можно менять частоты и выходную мощность при помощи аппаратуры управления.

Однако, если вам нужен видеопередатчик с большой мощностью или с режимом PitMode, тогда FCHUB не для вас. Кроме того, ваша рама должна иметь место для установки стека из двух плат.

Купить

Omnibus fireworks v2

• F4
• ICM20608 на отдельной плате с демпферами
• Betaflight OSD
• Встроенный датчик тока

Полетные контроллеры Omnibus F3 и F4 были одними из самых популярных и надежных плат в индустрии дронрейсинга довольно долгое время.

В Omnibus Fireworks V2 меня привлек дизайн разъемов для регулей. Вы получаете питание, сигнал и телеметрию по углам платы, что сильно упрощает пайку и сборку.

Кроме того, гироскопы демпфированы каким-то гелем и хорошо защищены пластиковым корпусом. Гироскопы ICM20608 работают с частотами до 32 кГц. Думаю, вы даже можете сами заменить гироскопы, т.к. они подсоединены шлейфом.

Купить на Banggood

Raceflight (1 плата)

До того, как исходники прошивки стали закрытыми, была поддержка и других ПК. Думаю, что они идут по пути KISS и не оставят своим пользователям выбора, кроме как использовать только их железо.

Revolt f4

• Процессор F4, гиры Invensense 20602
• Разработан для Raceflight

ПК Revolt F4 разработан командой Raceflight и специально для Raceflight. Используется самая большая частота обновления данных с гироскопов — до 32 кГц.

Кто-то может не согласиться с мнением «быстрее — значит лучше», но многие пользователи были впечатлены полетом на Revolt F4 с прошивкой Raceflight. Их софт: RF1 (Raceflight One) также развивается в сторону упрощения настройки коптера пользователем.

Revolt F4 — это просто ПК безо всяких свистелок и перделок. Даже встроенного BEC нет, т.е. ему требуется внешнее питание (и дополнительный контакт BAT для контроля напряжения на аккумуляторе). RF объясняют это тем, что хотели минимизировать шумы. Но обычно в таких случаях пользователи жалуются на усложнение процесса сборки. Еще не хватает контакта VBAT, для измерения напряжения аккумулятора.

С тех пор появились несколько новых версий этого ПК с доп. функциями, например RevoltOSD, с поддержкой питания напрямую от LiPo аккумулятора, с OSD, а также Minivolt — по сути уменьшенную версию Revolt.

Кстати говоря, Lumenier Skitzo FC— это Revolt после ребрендинга, это та же самая плата, только другого цвета и с другой ценой.

Купить:

Время цикла (looptime)

Looptime = 2k — по сути максимум, чего можно добиться от Naze32 c Betaflight. 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 и при этом можно запускать другие ресурсоёмкие задачи — использование акселерометров, светодиодных полос, софтсериал (программная эмуляция последовательного порта), Dynamic Filter и т.д. Можно даже поставить частоту 8k, запретив Dynamic Filter, а на F1 нам приходилось отказываться от многих фич, просто чтобы работать с частотой 2k.

Когда говорят 8k/8k или 4k/4k, то подразумевают луптайм и частоту опроса датчиков (гироскопов)

• Платы на F1: 2k — 2,6k, CC3D — 4k/4k (благодаря подключению датчиков по шине SPI)
• Платы на F3 и F4 с шиной SPI — 8k/8k, если шина i2c, тогда только 4k/4k
• Гиры ICM-20602 и MPU6500/9250 дают возможность выбрать частоту опроса 32k, например, в ПК Revolt можно поставить 32k/32k

При изменении looptime всегда проверяйте загрузку процессора командой «status» в консоли (CLI), обычно рекомендуется держать загрузку менее 30%, хотя некоторые платы позволяют и больше.

Габаритные размеры и разводка контактов omnibus f7 pro flight controller

Как видите, не смотря на огромный чип процессора, удалось вместить полетный контроллер в стандартные размеры.

Вы легко сможете установить Omnibus F7 Pro Flight Controller на ваш квадрокоптер.

Где купить полетный контроллер omnibus f7 pro для квадрокоптера

Обзор квадрокоптеров

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.

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 = 8k (благодаря тому, что гиры подключены по шине SPI).

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

История изменений

• март 2023 — первая версия статьи
• июль 2023 — обновление статьи, сделаны отдельные разделы для разных прошивок (BF, RF, KISS), добавлены DYS F4, Kakute F4, Matek F4; убраны Lux V2 и DRC Soul
• Январь 2023 — обновил список
• Август 2023 — обновление списка: Kakute F7, Fireworks V2
• Ноябрь 2023 — CL Racing F4S заменен на F7
• Сентябрь 2023 — обновление списка

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.

Мы можем рассчитывать на то, что технологии и дальше будут развиваться в сторону увеличения производительности процов, что даст больше возможностей для реализации новых функций и новой периферии, можно будет использовать более сложные алгоритмы и фильтры, что позволит нашим квадрикам летать просто потрясающе!

ПО для полетных контроллеров постоянно развивается, и скоро придется выкинуть платы на F1 потому, что их производительности не хватит.

Обновление (июнь 2023) — на платах F1 скоро не будет хватать флеш-памяти для хранения всей прошивки, поэтому в ближайшее время Betaflight перестанет поддерживать платы на F1. Следовательно, если хотите летать на новых прошивках — избегайте покупки ПК на F1.

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 (8-10 штук). На самом деле сейчас это небольшое преимущество, но в будущем может пригодится.

Единственный недостаток F7 — размер чипа (F745VG), он крупнее чем F3 и F4, т.е. для прочих деталей, разъемов почти не остается места. Надеюсь в будущем получиться использовать более компактные варианты, типа F722RE. У него размеры как у F3/F4, но памяти меньше, чем у F745.

Производителям нужно время чтобы оптимизировать дизайн плат, в будущем мы сможем использовать еще больше вычислительных мощностей. Так что, по моему мнению, сейчас пока нет смысла гнаться за F7.

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

Лучшие полетные контроллеры на betaflight

Основные характеристики полетных контроллеров в нашем списке:

Кроме того, есть довольно специфичные полетные контроллеры (англ), например, для системы передачи HD видео от фирмы DJI.

Полетные контроллеры на f1

Первым 32-битным ПК был CC3D с процессором серии F1.

F1 — самая медленная серия из всех рассматриваемых, сейчас их можно считать устаревшими, т.к. скоро Betaflight перестанет их поддерживать (из-за ограниченных возможностей железа).

Хороший пример контроллеров на F1 – это Naze32 rev 5 и Rev 6.

Полетные контроллеры на f3

Первые ПК на F3 появились в 2023 году, в настоящее время наиболее популярны: X-Racer, Betaflight F3, LUX V2, и KISS FC.

Полетные контроллеры на f4

Вскоре после F3 появились ПК на F4.

Т.к. прошивки для контроллеров постоянно совершенствуются, то теперь F3 изо всех сил старается успеть выполнить все серьезные вычисления без уменьшения луптайма (looptime).

ПК на F4 набирают популярность благодаря большим вычислительным мощностям, таких ПК выпускается всё больше и больше: Betaflight F4, DYS F4, Kakute F4, Matek F4 AIO, Raceflight Revolt и BrainFPV RE1.

Полетные контроллеры на f7

F7 — новейшее поколение микроконтроллеров, они только начинают появляться на рынке. ПК на их основе пока не много. Вот, например: KISS FC V2.

Преимущества f7 над f3 и f4

• У F7 тактовая частота еще выше (216 МГц против 168 МГц)
• У F7 суперскалярная архитектура и встроенный DSP — т.е. F7 это платформа с запасом на будущее, которая позволит разработчикам улучшить и оптимизировать алгоритмы работы полетных контроллеров
• Больше последовательных портов с аппаратной инверсией, так что мы можем использовать всю современную периферию: SBUS, OSD, VTX SmartAudio, SmartPort Telemetry, GPS, управление камерой и т.д. Уже очень много применений этим портам и будет еще больше.

БОльшая частота процессоров F7 теоретически позволяет использовать бОльшие частоты looptime без разгона проца (как это было необходимо на F4 для частоты 32k). Однако looptime сейчас ограничен возможностями гироскопов. Например, для MPU6000 частота будет всего 8k, если нужна частота 32k, тогда придется использовать более быстрые гиры, например, ICM-20602.

Некоторые платы с F7 имеют 2 набора датчиков (гир). Первый — хорошо известные, проверенные, с низким уровнем шума MPU6000, и ICM-20602 — для достижения частоты 32k. Правда сейчас одновременно используется только один чип (в зависимости от настроек), возможно в будущем можно будет использовать их одновременно для дальнейшего улучшения характеристик.

Производительность процессора (частота)

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 на математике с плавающей запятой.

Прочие топовые контроллеры из прошлого

Нижеследующий список содержит контроллеры из нашего прошлого, они не попали в основные списки из-за других, более новых ПК. Однако я хочу их упомянуть, потому что в некоторых случаях их стоит иметь в виду при покупке.

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 (мат. сопроцессор)
• 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 порта, а не 1
• У всех последовательных портов в F3 имеется аппаратный инвертор сигнала, т.е. любой порт можно использовать с SBUS или SmartPort безо всяких хаков и модификаций
• Некоторые новые контроллеры на F3 имеют более продуманный дизайн и больше фич по сравнению со старыми на F1

Серия f3

Микроконтроллеры серии F3 были выпущены в 2023 году. Частота ядра составляет до 72 МГц и общий объем флэш-памяти до 256 Кбайт. F3 Pin-to-Pin совместимый с STM32 F1. Более высокая тактовая частота позволяет работать в 2 раза быстрее, чем микроконтроллеры F1 предыдущего поколения, до 8 кГц. У него 3 последовательных (UART) порта для периферийных устройств.

Принцип Pin-to-Pin — это когда совпадают контактные площадки и оборудование совместимо.

Этот MCU в настоящее время считается устаревшим, поскольку поддержка Betaflight для F3 была прекращена в 2023 году. Последняя версия, поддерживающая F3 — это Betaflight 4.0.

Серия f4

Серия F4 была выпущена в 2023 году. Таким образом, микроконтроллер F4 фактически был выпущен раньше, чем  F3. У них немного более высокие тактовые частоты, что позволяет работать с циклами обновления до 32 кГц. Самым популярными микроконтроллерами F4 считаются STM32F405RGT6 с тактовой частотой 168 МГц и STM32F411CCU6 с тактовой частотой 100 МГц, но с уменьшенным размером для небольших плат.

Серия g4

MCU серии STM32 G4 впервые выпущены в 2023 году. G4 известен обширной обработкой аналоговых сигналов и богатыми передовыми аналоговыми периферийными устройствами, имеет до 512 Кбайт флэш-памяти и до 128 Кбайт оперативной памяти, работает на 170MHz. G4 обеспечивает лучшую энергоэффективность и производительность по сравнению со старой серией F3 / F4. У этой серии есть 5 аппаратных портов (UART).

Первый полетный контроллер с микроконтроллером STM32G4 — это полетный контроллер FETtec KISS G4, выпущенный в октябре 2023.

Серия h7

H7 — новейший MCU, выпущенный в 2023 году. Он был разработан как более быстрая и более экономичная альтернатива серии F7. Тактовая частота была увеличена почти вдвое, до 400 МГц, благодаря усовершенствованному процессу производства полупроводников с 90 до 40 нм. Это также снижает энергопотребление.

Серия H7 дешевле серии F7 из-за меньшего размера внутренней флэш-памяти (вместо нее используется дешевая внешняя память).

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 раздражало то, что не получалось использовать blackbox, Sbus и MinimOSD одновременно, а это мой обычный конфиг. Платы на F3 имеют 3 порта.