2. 开发环境搭建：Ubuntu系统安装与配置、Git版本控制、交叉编译工具链安装、CMake与Makefile基础

说实话，飞控开发的第一步往往最劝退。我见过太多人卡在环境搭建上，代码写好了，编译不过，最后发现是工具链版本不对。这一章，咱们就把这些基础打牢。

2.1 Ubuntu系统安装与配置

为什么选Ubuntu？因为PX4、ArduPilot这些主流飞控的官方构建环境都是基于Ubuntu的。你用Windows也能搞，但坑多。我个人习惯用Ubuntu 20.04 LTS，稳定，社区支持好。

2.1.1 系统安装要点

• 双系统 vs 虚拟机：如果你电脑性能还行，我建议直接双系统。虚拟机在USB转串口、实时性上会有小毛病。我曾经在虚拟机上调试飞控，串口数据总丢包，折腾了两天才发现是虚拟机USB passthrough的问题。
• 磁盘分区：至少给Ubuntu留80GB。飞控源码、编译中间文件、SDK加起来不小。我一般分三个区：/ 30GB，/home 剩下全给，swap 8GB。
• 软件源：装完系统第一件事换国内源。阿里云、清华、中科大都可以。不然你apt install一个包，等半小时。

2.1.2 基础软件包安装

打开终端，执行以下命令。我习惯把这些基础包一次性装好，省得后面编译时缺这个缺那个。

sudo apt update
sudo apt upgrade -y
sudo apt install -y \
  build-essential \
  cmake \
  git \
  vim \
  curl \
  wget \
  python3 \
  python3-pip \
  python3-venv \
  ninja-build \
  ccache

2.2 Git版本控制

飞控开发不是一个人能搞定的。Git是协作的基础。你想想看，没有版本控制，你怎么回滚？怎么对比两个版本的差异？

2.2.1 基础配置

装完Git，第一件事配用户名和邮箱。不然你commit的时候会报错。

git config --global user.name "Your Name"
git config --global user.email "your.email@example.com"
git config --global core.editor vim
git config --global color.ui auto

2.2.2 工作流建议

我个人习惯用这个分支模型：

2.2.3 常用命令速查

# 克隆仓库
git clone https://github.com/your-repo/firmware.git

# 创建并切换到新分支
git checkout -b feature/ekf-tuning

# 查看状态
git status

# 提交
git add .
git commit -m "feat: add EKF tuning parameters"

# 推送到远程
git push origin feature/ekf-tuning

# 合并develop到当前分支
git merge develop

2.3 交叉编译工具链安装

飞控的MCU通常是ARM Cortex-M系列。你在电脑上编译，生成的是ARM指令集的二进制文件，这叫交叉编译。说白了，就是在一个架构上生成另一个架构的代码。

2.3.1 安装arm-none-eabi-gcc

我推荐用ARM官方的GCC工具链。别用apt源里的老版本，坑多。

# 下载最新版（以2024年为例）
wget https://developer.arm.com/-/media/Files/downloads/gnu-rm/10.3-2021.10/gcc-arm-none-eabi-10.3-2021.10-x86_64-linux.tar.bz2

# 解压到/opt
sudo tar xjf gcc-arm-none-eabi-10.3-2021.10-x86_64-linux.tar.bz2 -C /opt/

# 添加环境变量
echo 'export PATH=$PATH:/opt/gcc-arm-none-eabi-10.3-2021.10/bin' >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc

# 验证安装
arm-none-eabi-gcc --version

arm-none-eabi-gcc (GNU Arm Embedded Toolchain 10.3-2021.10) 10.3.1 20210824 (release)
Copyright (C) 2020 Free Software Foundation, Inc.

2.3.2 常见问题

• 权限问题：解压到/opt需要sudo。你也可以解压到~/tools，省去权限麻烦。
• 版本冲突：系统可能自带gcc-arm-none-eabi，但版本太老。我建议用绝对路径调用，或者在~/.bashrc里把自定义路径放在前面。
• 32位库缺失：如果你用的是64位系统，可能需要安装32位兼容库：sudo apt install lib32z1 lib32ncurses5。

2.4 CMake与Makefile基础

飞控项目动辄几百个源文件，手动编译不现实。CMake负责生成构建系统，Makefile负责执行编译。你想想看，没有它们，你怎么管理依赖关系？

2.4.1 CMake入门

一个最简单的CMakeLists.txt长这样：

cmake_minimum_required(VERSION 3.10)
project(Firmware VERSION 1.0.0 LANGUAGES C CXX)

# 设置C标准
set(CMAKE_C_STANDARD 11)
set(CMAKE_CXX_STANDARD 17)

# 添加可执行文件
add_executable(firmware.elf
  src/main.c
  src/imu.c
  src/control.c
)

# 添加头文件路径
target_include_directories(firmware.elf PRIVATE
  include
  third_party/FreeRTOS/include
)

# 链接库
target_link_libraries(firmware.elf PRIVATE
  m
  cmsis_core
)

编译步骤：

mkdir build
cd build
cmake ..
make -j4

2.4.2 Makefile基础

虽然CMake是主流，但有些老项目还在用纯Makefile。你得看得懂。

# 编译器
CC = arm-none-eabi-gcc
CFLAGS = -mcpu=cortex-m4 -mthumb -O2 -Wall

# 源文件
SRCS = main.c imu.c control.c
OBJS = $(SRCS:.c=.o)

# 目标
TARGET = firmware.elf

# 链接脚本
LINKER_SCRIPT = stm32f4.ld

all: $(TARGET)

$(TARGET): $(OBJS)
	$(CC) $(CFLAGS) -T $(LINKER_SCRIPT) -o $@ $^

%.o: %.c
	$(CC) $(CFLAGS) -c -o $@ $<

clean:
	rm -f $(OBJS) $(TARGET)

.PHONY: all clean

2.4.3 CMake vs Makefile 对比

2.5 本章知识体系

下面这张图概括了本章的核心逻辑。你跟着这个流程走，环境搭建不会乱。