PX4与Pixhawk是无人机领域中密切关联但本质不同的两个概念。以下从定义、核心功能、架构、应用场景及生态系统五个维度进行系统对比分析：
一、本质定义与核心定位
1. PX4
定义：开源的飞行控制软件栈(Autopilot Software Stack)，专为无人机及无人载具设计。
核心定位：提供飞行控制算法、传感器融合、导航逻辑等软件层功能。
2. Pixhawk
定义：开源的飞行控制器硬件标准(Flight Controller Hardware Platform)，是物理计算设备。
核心定位：提供处理器、传感器接口、通信模块等硬件载体，用于运行飞控软件(如PX4)。
二、功能与架构对比
1. PX4的软件架构
分层设计：
飞行堆栈（Flight Stack） ：实现姿态估计、控制算法(如PID)、导航逻辑，支持多旋翼/固定翼/VTOL等机型 。
中间件（Middleware） ：通过uORB消息系统实现进程间通信，支持MAVLink协议与ROS集成 。
关键特性：
模块化设计，支持动态控制分配(无需预编译混控器文件)。
安全机制(如故障保护状态机)和实时数据记录 。
遵循BSD开源协议，允许闭源商业化修改 。
2. Pixhawk的硬件架构
核心组件：
主处理器(ARM Cortex-M4)、协处理器、多传感器(IMU、气压计等)。
冗余设计(双IMU/电源)、丰富外设接口(UART、CAN、I2C)。
版本演进：
| FMU版本 | 代表硬件 | 升级重点 |
|---|---|---|
| FMUv2 | Pixhawk 1（已停产） | 基础功能 |
| FMUv3 | Pixhawk 4/Cube Black | 闪存容量翻倍（2MB） |
| FMUv4 | Pixhawk 5X | 更高RAM、CPU性能及串口数量 |
三、应用场景差异
| 维度 | PX4 | Pixhawk |
|---|---|---|
| 适用载体 | 无人机、地面车辆、水下航行器、飞艇 | 多旋翼、固定翼、VTOL等需硬件支持的载具 |
| 开发灵活性 | 软件高度可定制，适配不同机型与控制需求 | 硬件可扩展（如添加RTK GPS、激光雷达） |
| 典型用例 | 科研算法验证、自主避障、集群协同 | 农业测绘、物流运输、工业巡检 |
协同关系示例：
Pixhawk 4硬件搭载PX4 v1.14固件，可利用动态控制分配功能快速切换无人机构型(如四旋翼转倾转旋翼VTOL)。
四、生态系统与兼容性
1. 软件兼容性
PX4可运行于多种硬件平台(如CUAVv5、Holybro等)，不仅限于Pixhawk 。
Pixhawk硬件兼容多款固件：原生PX4或移植版APM固件 。
2. 社区与支持
PX4：由Dronecode基金会(Linux基金会分支)维护，全球超300名贡献者 。
Pixhawk：硬件设计开源(CC BY-SA 3.0协议)，制造商需公开衍生设计 。
3. 工具链整合
两者均依赖QGroundControl地面站配置，通过MAVLink协议通信 。
PX4深度集成机器人工具(如ROS 2、MAVSDK)，Pixhawk侧重硬件驱动适配 。
五、关键区别总结
| 对比维度 | PX4 | Pixhawk |
|---|---|---|
| 本质 | 软件栈（固件） | 硬件平台 |
| 核心功能 | 控制算法、导航逻辑、安全机制 | 处理器、传感器接口、电源管理 |
| 开源协议 | BSD 3（允许闭源商业化） | CC BY-SA 3.0（需开源衍生设计） |
| 可替换性 | 可移植到其他兼容硬件 | 可刷写不同固件（如APM） |
| 典型代表 | PX4 Autopilot v1.14 | Pixhawk 4/5X硬件 |
用户选择建议：
- 开发者：需定制控制逻辑或研究新算法 → 优先掌握PX4软件架构 。
- 集成商：需快速部署稳定硬件方案 → 选择Pixhawk认证硬件(如Holybro系列)。
- 商业项目：关注代码闭源权利 → 选PX4(BSD协议优于APM的GPLv3)。
两者共同构成无人机开发的基础设施： Pixhawk是“身体” (硬件载体)， PX4是“大脑” (控制逻辑)，缺一不可 。