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Diferencias entre los procesadores F1, F3, F4 y F7

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Diferencias entre los procesadores F1, F3, F4 y F7

 
Procesadores para FCs

Cuando se elige un FC, los términos F1, F3, F4 y F7 aparecen continuamente, Se refieren a los tipos de procesadores más comúnmente usados en los FC.

En este post echaremos una mirada a los distintos procesadores, explicaremos la diferencia entre ellos y te ayudaremos a definir cual de ellos es el que mejor se ajusta a tus necesidades.

Indice de contenido

  • Qué son F1, F3, F4 y F7 cuando hablamos de controladores de vuelo?
  • F1 vs F3
  • F3 vs F4
  • F7 vs F3/F4
  • Cual de ellos deberías conseguir?
  • Qué pasó con los F2, F5 y F6?

Qué son F1, F3, F4 y F7 cuando hablamos de controladores de vuelo

 

F1, F3, F4 yF7 son los diferentes procesadores , o unidades micro controladoras (MCU), usadas en un FC.

Este procesador STM32 es el cerebro del FC, similar a la CPU en una computadora. Actualmente hay 10 series del chip STM32 , considerando su velocidad de proceso, desde el más rápido al más lento son H7, F7, F4, F3, F2, F1, F0, L4, L1, L0.

Procesador (chip)

Velocidad del procesador

Nº de UARTs en el FC

Memoria Flash*

F1 (STM32F103CBT6)

72MHz

2

128KB

F3 (STM32F303CCT6)

72MHz

3

256KB

F4 (STM32F405RGT6)

168MHz

3

1MB

F7 (STM32F745VG)

216MHz

8

1MB

* La memoria flash en un procesador STM32 está integrada dentro del chip y es usada para almacenar el firmware del FC y no debe confundirse con la memoria flash utilizada para guardar los registros de la caja negra que es un chip separado en el FC.

F1

Procesador F1

El primer FC de 32 bits que se usó en un mini quad fue el CC3D que tenía el procesador F1.

El F1 tiene la velocidad de proceso más lenta de los cuatro, y se considera desfasado ahora que Betaflight va a dejar de darle soporte debido a sus limitaciones de hardware.

F3

Procesador Betaflight F3

Los procesadores F3 fueron introducidos en 2014 y se pueden encontrar en muchos FC populares. Incluido el X-Racer, el Betaflight F3, el LUXv2 y el KISS FC.

F4

Procesador F4

Los F4 fueron introducidos poco después de los F3. A media que el firmware se va desarrollando, el F3 está luchando para manejar todas las nuevas funciones que exigen proceso sin aumentar si tiempo de bucle. Los controladores F4 están ganando popularidad debido a las ventajas del poder de proceso adicional. Pueden ser encontrados en muchos FC del mercado, como el Betaflight F4, el DYS F4, el Kakute F4, el Matek F4 AIO, el Raceflight Revolt y el BrainFPV RE1.

F7

FC con un procesador F7

F7 es la generación más nueva de MCU. Todavía son muy nuevos en el mercado y apenas hay un puñado de FC que los usen, como el AnyFC F7 FC.

Como un hecho a mencionar, los ESC también están pasándose de 8 bits a 32 bits. Los procesadores STM32 se usan actualmente en muchos ESCs de 32 bits.

Diferencias entre los FC con F1 y F3

 

Para resumir, los F3 tienen las siguientes ventajas respecto de los F1:

  • Velocidad del reloj igual sobre el papel, pero el F3 posee un hardware adicional que mejora sus capacidades, en concreto una unidad dedicada de punto flotante(FPU) que permite operaciones de punto flotante más veloces.
  • Los F1 tienen dos UARTs, mientras que los F3 tienen 3. Adicionalmente, y posiblemente mas importántemente, la serie F3 posee un puerto USB dedicado. Era normal para los usuarios de las F1 el evitar conectar periféricos al UART1y así dejarlo libre para conectarse al PC, esto quiere decir por tanto que las tarjetas F1 tienen en realidad sólo un UART para hardware adicional, mientras que las F3 pueden usar sus tres UART para dispositivos.
  • Todos los UART en un procesador F3 tienen un inversor, lo que significa que puedes correr SBUS y Smart Port directamente sin hacer ningún cambalache para “desinvertir” la señal.
  • Los F3 más modernos proporcionan más funciones que las tarjetas F1 más antiguas y en general están mejor pensadas para un diseño optimizado para mini quads y multirrotores en general.

Poder de procesamiento (velocidad)

Los procesadores F1 y F3 tiene la misma velocidad de reloj de 72 MHz, sin embargo el F3 es mejor manejando las operaciones d punto flotante gracias a su coprocesador matemático FPU. Esto permite a un F3 ejecutar las operaciones que demandan los controladores PID de manera mucho más rápida que un F1.

Tiempo de bucle

El tiempo de bucle más alto que podemos correr en un Betaflight con una tarjeta F1 Naze32 es 2KHz El procesador es simplemente incapaz de procesar más rápido que esto, Se puede empujar hasta 2.6 KHz pero se vuelve inestable.

Los FC con procesadores F3 pueden alcanzar tiempos de bucle de 4 KHz, incluso ejecutando tras tareas con alta demanda de CPU al mismo tiempo, como los acelerómetros, los LEDS, Soft Serial, Filtros dinámicos, etc. Un F3 puede llegar a correr a 8 KHz con el filtro dinámico desactivado, sin embargo un F1 necesita que muchas de estas tareas comunes estén desactivadas para correr simplemente a 2 KHz.

Cuando la gente habla de 8K/8K ó 4K/4K se refieren al tiempo de bucle y a la velocidad de muestreo del giroscopio.

Los giroscopios de los F1 corren mayormente entre 2 y 2.6 KHz. Los CC3D pueden funcionar a 4K/4K gracias al bus SPI para el giroscopio.

Los F3 y F4 con un SPI pueden correr 8K/8K, pero con un giroscopio i2c sólo se puede llegar a 4K/4K.

El ICM-20602 y el MPU6500/9250 son capaces de una velocidad de muestreo de 32K, permitiendo a algunos FC como el Revolt funcionar a 32K/32K.

Cuando ajustes una nuevo tiempo de bucle en tu FC, siempre debes comprobar el uso de la CPU mediante el comando CLI “status”. El consenso general es que siempre se debe estar por debajo de un 30 % de uso en la CPU, aunque algunas tarjetas puede que aguanten algo más.

Número de UARTs

Además de las mejoras en el poder de procesamiento en el tiempo de bucle, los F3 también ofrecen más puertos serie de hardware (UART) todos los cuales tienen inversores incluidos.

Los dispositivos externos. Como el MinimOSD, el SBUS, la telemetría SmartPort, La caja negra Blackbox (usando OpenLod y una tarjeta SD), la conexión USB con la computadora, el GPS, etc. todos usan puertos serie.

Los controladores F1, como el Naze32, sólo tienen 2 UARTs, lo que limita el número de dispositivos externos. Es frustrante tener que elegir cual sacrificar. Los F3 en cambio, soportan el uso de 3 UARTs.

Otras ventajas de los F3 normales

La mayoría de las tarjetas FC hoy día tienen integrado un regulador de 5V, y cada vez es más común ver la tarjeta de distribución de potencia (PDB – Power Distribution Board) integrada con el FC, lo que significa que puedes alimentar el FC directamente desde la batería LiPo.

El F3 es compatible casi pin por pin con el F1 de la serie STM32, así que teóricamente se pueden reemplazar ambos chips en una tarjeta, y si el giroscopio lo permite, aumentar la velocidad, aunque para lo que cuesta una tarjeta me parece una auténtica chorrada hacer esto. Quizás lo hiciera si estuviera perdido en una isla desierta sin posibilidades de conseguir una tarjeta con un F3, pero no creo. Seguramente estaría pelando cocos o algo así.

Diferencias entre F3 y F4

 

La velocidad de procesamiento del F4 dobla las del F1 y F3. 180 MHz frente a 72 MHz. También tiene una FPU dedicada que le da la misma ventaja que tiene el F3 frente al F1. Tiempos de bucle de 32K son factibles en el F4 frente a los 8K del F3. Betaflight recomienda a los usuarios correr un tiempo de 8KHz en el F4, así que queda tiempo libre de sobra para ejecutar otras funciones.

El tiempo de bucle es toda una discusión en si misma.

Las tarjetas F3 están normalmente limitadas a 3 UARTs, pero algunas F4 admiten hasta 5 UARTs, Con la reciente introducción de cámaras FPV controladas con un serial, estos puertos extra dan al F4 una clara ventaja para seguir adelante. La nueva función de Betaflight “Filtro dinámico” es una carga de trabajo importante para el procesador, dando al F4 otra clara ventaja frente al F3.

La mayoría de los FC basados en el F4 soportan tanto el firmware Betaflight como Raceflight, Raceflight es ahora de código cerrado y específico para su propio FC, el Revolt.

Algunos FC basados en F1 y F4 no tienen integrada la capacidad de inversión en los UART que los F3 y F7 con una nueva generación de MCUs si poseen. Puede que con ellos te veas obligado a “desinvertir” la señal.

Por qué el F4 no funciona con Smart Port de forma nativa:

SmartPort es un protocolo half-duplex, esto significa que el cable del Serial es bidireccional y que los datos son transmitidos y recibidos por el mismo cable, aunque no al mismo tiempo.

Los MCU STM del F3 y el F7 pueden manejar señales de protocolo half-duplex internamente dentro del chip, así que se puede conectar SmartPort a estos FC sin ninguna modificación, pero el F4 no tiene esta capacidad.

SmallPort también está invertida pero el F3 y el F7 pueden también invertir la señal entrante o saliente sin problema.

F4 también tiene la capacidad half-duplex, pero no puede trabajar con una señal invertida sin un circuito externo que haga la inversión bidireccionalmente. También es cierto que hay otros FC como el Kakute F4 de Holybro que tienen integrados inversores en puertas específicas para el SmartPort y el SBus de FrSky.

Ventajas del F7 respecto a los F3 y F4

 
  • El procesador del F7 es más rápido (216MHz frente a los 168MHz del F4)
  • El procesador F7 tiene capacidades DSP y es una plataforma mejor para el desarrollo futuro de firmware de vuelo, permitiendo la futura mejora de los algoritmos de vuelo, etc.
  • Las tarjetas F7 tienen más UARTs, con inversión de la señal integrada y con todos los periféricos que usamos hoy día: SBUS, OSD, VTX SmartAudio, telemetría SmartPort , GPS, control de camera etc. Ya hay muchas aplicaciones pero podéis estar seguros que vendrán más.
  • La velocidad más rápida del F7 puede teóricamente soportar un tiempo de bucle más rápido, pero el tiempo de bucle está limitado por la velocidad de muestreo del giroscopio. 8KHz máximo para el MPU6000, 32KHz para el ICM-20602.

Hay tarjetas F7 con dos IMUs montados sobre ellas: uno el el probado, no afectado por el ruido y confiableMPU6000, y el otro es uno más rápido como el ICM-20602 de 32 KHz. De momento el firmware sólo usa uno de los giroscopios de acuerdo a los requerimientos, quizás en un futuro los dos giros puedan ser usados simultáneamente para un vuelo aún mejor.

Entonces, debería elegir un F1, F3, F4 o F7?

 

Puedes volar un multirrotor con un F1, pero los F3 y F4 incorporan mejoras con las que vas a lograr un comportamiento mejor y correr muchas más funciones y más intensivas además.

Podemos anticipar que la tecnología se mueve hacia procesadores más rápidos, con capacidad para más periféricos más complejos y también de correr filtros sofisticados y algoritmos que hagan nuestros quads realmente alucinantes para volar.

A medida que el firmware continúa su desarrollo, la limitada capacidad de los F1 los está dejando atrás.

Así que la decisión está entre F3, F4 y F7.

A menos que uses un giroscopio con una velocidad de muestreo de 32 KHz que te permita correr tu F7 a 32 KHz, el principal beneficio son los UART adicionales, hasta 8 o 10, (que no es poco). No es una ventaja tan grande en términos de comportamiento en vuelo pero corre menos riesgo de quedarse desfasada pronto y es ideal para aplicaciones que usen muchos dispositivos serial, como el firmware de iNav, por ejemplo.

Una desventaja de los FC que usan F7 es que usan un chip mucho más grande (el F745VG), que ocupa mucho espacio físico en la tarjeta, así que no queda mucho sitio para otros componentes y conectores. Afortunadamente, esperamos ver pronto nuevas variantes más pequeñas de F7 como el chip F722RE, que tiene el mismo tamaño que los F3 / F4 aunque carece de memoria flash para almacenar el firmware y el código ejecutable.

Les llevará todavía un tiempo a los fabricantes refinar el diseño del hardware y a los desarrolladores de firmware idear todas las cosas chulas que se pueden hacer con la cantidad extra de proceso adicional, así que tampoco hay una prisa excesiva para conseguir un F7 ahora mismo.

Si tuvieras que adquirir un FC hoy, posiblemente la mejor opción es un F4, porque estos FCs están llenos de punciones y tienen diseños bien pensados que ya están en su mayoría pulidos.

Y qué pasó con los F2, F5 y F6?

 

Los únicos chips STM32 que hemos visto en FC son los F1, F3, F4 y F7. Aquellos de vosotros con una mente curiosa os estaréis preguntando por qué se saltaron el F2, el F5 y el F6.

Lo primero , el F2 es como una versión anterior del F4 que no tiene integrada la inversión de señal. Esto, en conjunto con la capacidad más rápida de cálculo del F3 con su FPU hicieron que los desarrolladores se saltaran la F2.

Los F5 y F6 simplemente no existen.

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