軟體架構

PX4 在廣播訊息網路內，按照一組節點（nodes ）的形式進行組織，網路之間使用像如“姿態”和“位置”之類的語義通道來傳遞系統狀態。軟體的堆疊結構主要分為四層:

• 應用程式介面:提供給app開發人員，使開發人員可以使用ROS或者。這一介面設計儘可能簡潔和扁平，並儘量多的隱藏複雜性。
• 應用框架：這是一組核心預設應用程式（節點），執行核心的飛行控制。
• 函式庫：這一層包括針對機器核心操作的所有系統函式庫和功能
• 作業系統：最後一層，提供硬體驅動、網路通訊、UAVCAN和故障安全（failsafe）系統。

內部程序通訊（Inter ProcessCommunication，IPC）

PX4 

IPC效能

釋出（Publication）到訂閱（subscription）之間的延遲：

• uORB: 23 us @ 168MHzSTM32F4
• ROS: TBD
• ROS2 / DDS: 185 us @ 1.6GHzIntelPentium 4 and 2GBRAM running Windows XP (
  details)
• ZeroMQ: 170 us @ 1.6GHzIntelPentium 4 and 2GBRAM running Windows XP (details)

安全和保護模型

飛行核心與主要應用級處理過程隔離，以確保獨立於高層級系統狀態的機器核心操作，保持穩定。

PX4應用程式框架

PX4應用程式框架在所有平臺上程式碼相容，(比如 Pixhawk / NuttX，又比如， SnapDragon / Linux)，獨立並將中間裝置作為傳輸層。

節點控制代碼（Node Handle）

節點控制代碼是每一個連線到中間裝置的釋出器（publisher）或者訂閱器（subscriber

1. px4::NodeHandle n();  

資料結構

對於所有相關的中間裝置實現，PX4根據儲存在“msg”中的定義檔案自動生成據結構。

釋出（publication）

通過使用節點控制代碼通告（advertise）訂閱主題（ topic）來建立一個新的釋出（publication）。注意這個模板，是訂閱主題的資料結構。

1. px4::Publisher<px4::px4_rc_channels>* rc_channels_pub = n.advertise<px4_rc_channels>()  

1. px4_rc_channels rc_channels_msg;  
2. rc_channels_msg.data().timestamp_last_valid= px4::get_time_micros();  
3. _rc_channels_pub->publish(rc_channels_msg);  

訂閱（Subscription）

通過訂閱一個訂閱主題建立一個新的釋出。注意模板，是訂閱主題的資料結構。使用訂閱共有三個選擇：

1.           使用訂閱主題的控制代碼，進行手動複製操作。

2.           作為函式的回撥（callback），在訂閱主題更新時，函式被呼叫。

3.           作為類方法的回撥（相當於函式，但是是C++型別的）

單純訂閱

除非手動呼叫複製方法，否則資料不會被複制。

1. unsigned min_interval =500;  
2. _sub_rc_chan = _n.subscribe<px4_rc_channels>(min_interval);  

每次訂閱主題更新，則'rc_channels_callback_function'被呼叫。

1. unsigned min_interval =500;  
2. _n.subscribe<px4_rc_channels>(rc_channels_callback_function, min_interval);  

相當於前面函式的例子。

1. _n.subscribe<px4_rc_channels>(&SubscriberExample::rc_channels_callback, this, min_interval);  

混合系統

為了解決更高級別的挑戰，比如基於視覺的避障或者複雜控制問題，一個執行嵌入式Linux的伴隨計算機將非常有用。

整合ROS 

PX4可以通過兩種不同的API與ROS整合到一起：或者自然地將每一個應用作為ROS節點，或者通過在嵌入式自駕儀上唯一地執行

DroneAPI

DroneAPI是一個高階應用程式介面，類似於一個為遠端過程呼叫（RPC）提供語言繫結的函式庫。從本質上講，它是面向告訴無人機去哪裡或做什麼，而不是核心的機器人通訊/ API的一部分。

參考

如下的同行評審論文描述了更高階的架構：

Lorenz Meier, DominikHonegger and Marc Pollefeys. PX4: A Node-Based Multithreaded Open SourceRobotics Framework for Deeply Embedded Platforms, ICRA (Int. Conf. on Roboticsand Automation) 2015. (to appear)