從軟體業轉進無人機：用 PX4 的架構圖當求職地圖

🌏 English version

職業地圖標出軟體背景的入口在產業鏈第 3 層，但沒回答「第一步要做什麼」。這篇把答案拆到具體的模組與參數。

先講一件事：這是從技術棧與職缺描述推導的能力對照，不是訪談報告。 我沒有訪問過轉職成功的人，所以「面試官實際上看什麼」「薪資怎麼談」這類問題本文不回答。能回答的是「哪些能力可以搬過去、哪些要重學、學到什麼程度算會」。

PX4 的架構圖就是求職地圖

PX4 官方架構文件把系統分成兩層：

飛控板（Flight Controller）              機載電腦（Companion Computer）
├─ RTOS: NuttX                          ├─ OS: Linux（有時 Android）
├─ flight stack                         ├─ 電腦視覺
│   估測器（EKF2）                       ├─ 影像處理
│   位置／姿態／角速率控制器              ├─ 雲端整合
│   混控（control allocation）           └─ 高階任務邏輯
├─ middleware                                    ↕ MAVLink
│   感測器驅動、uORB 訊息匯流排
└─ 硬體介面（I2C / SPI / CAN / UART）

而 PX4 文件解釋為什麼機載電腦要跑 Linux 時，寫了這麼一句：

Linux is a much better platform for "general" software development than NuttX; there are many more Linux developers and a lot of useful software has already been written (e.g. for computer vision, communications, cloud integrations, hardware drivers).

這句話就是答案。 這個產業自己承認：右邊那一欄是給一般軟體開發者的，左邊那一欄不是。三條遷移路徑的摩擦力差異，全部來自你要落在哪一欄。

路徑一：機載電腦（摩擦力最低）

做什麼：避障與目標偵測、影像穩定、機上推論的模型壓縮與延遲優化、任務邏輯、與地面站的資料管線。

為什麼容易遷移：這一層跑 Linux、用 Python 或 C++、可以用你熟悉的整套工具鏈。做過 CV 或模型部署的人，換的是應用場景不是技能樹。

要補的東西其實不多：

• MAVLink 協定——飛控與機載電腦之間的溝通語言，本質上是一組定義好的二進位訊息，讀一天文件就能上手
• 功耗與延遲預算——這是真正的差別。你的推論要在幾十瓦、幾十毫秒內完成，而且失敗會炸機。這不是新知識，是新約束
• 座標系轉換——機體座標、慣性座標、地理座標之間的轉換，是這一層最常見的 bug 來源

一句話：如果你做過任何「在資源受限的裝置上跑模型」的專案，這條路的入場門檻主要是把約束條件重新校準。

路徑二：飛控韌體（摩擦力中等）

做什麼：感測器驅動、模組開發、故障安全邏輯、與硬體介面對接。

這一層跑 NuttX（BSD 授權的即時作業系統），模組之間透過 uORB 這個 publish/subscribe 訊息匯流排溝通，而且整個 middleware 跑在單一位址空間——記憶體在所有模組間共享。

要補的東西（依 PX4 文件）：

• 即時系統的思維。模組有兩種執行方式：獨立 task（有自己的 stack 與優先權），或掛在 work queue 上（共用 stack，省 RAM 但不允許 sleep、不允許 poll 訊息、不允許 blocking IO）。這個限制會直接推翻你在應用層養成的很多習慣。
• 固定大小的 stack。每個 task/thread 的 stack 是固定的，系統用 stack coloring 定期檢查剩餘空間。沒有「動態長大」這回事。
• 時序意識。IMU 驅動以 1kHz 取樣、積分後以 250Hz 發布；角速率控制器預設跑 800Hz；EKF2 的延遲時間濾波固定在 100Hz。你寫的東西掛在哪個頻率上，決定它能不能寫成那樣。

一句話：C/C++ 嵌入式或即時系統背景的人，這條路是自然延伸；純應用層背景的人要先接受「不能 malloc、不能等」這件事。

路徑三：估測與控制（摩擦力最高）

做什麼：EKF2 的調校與擴充、感測融合、控制器設計與調參。

這一層的門檻不是工程能力，是數學。看一眼 PX4 的多旋翼控制串接就知道：

位置設定點 → [位置控制器 P] → 速度設定點
           → [速度控制器 PID] → 加速度設定點
           → [姿態控制器（四元數）] → 角速率設定點
           → [角速率控制器 PI] → 力矩指令
           → [控制分配 / 混控] → 各馬達輸出

要補的東西：

• 串接式控制（cascaded control）與 PID 的實際行為——不是知道公式，是知道積分項失控（integrator windup）長什麼樣、anti-reset windup 為什麼要 clamp
• 四元數。PX4 的姿態控制器用四元數而非歐拉角，因為要避免萬向鎖。這是必須真的算過才會的東西
• 卡爾曼濾波家族。EKF2 是這一層的核心，理解它的狀態向量與觀測模型是進入門檻
• 控制分配。混控本質上是解一個矩陣的偽逆（Moore-Penrose）——把「往右轉」這種力矩需求翻譯成各顆馬達的轉速，同時不超過限制

一句話：這條路的報酬最高（職業地圖裡它屬於第 3 層最難替代的一格），但如果你大學之後沒碰過控制理論或狀態估計，準備期以季為單位而不是週。

怎麼證明你會：三個階段

這個產業沒有 LeetCode，證明方式是作品。而且成本比你想的低。

階段一：SITL（軟體在環模擬） PX4 的 middleware 內建模擬層，可以讓飛控程式碼直接跑在桌機作業系統上、控制一台模擬的載具。不用買任何硬體就能改程式碼、跑任務、看結果。 這是這個領域對軟體人最友善的一件事——入門的邊際成本接近零。

階段二：讀真實的 log PX4 的 logger 模組把 uORB 主題寫成 ULog 檔，可以上傳到 Flight Review 分析。能從 log 裡讀出「這次飛行為什麼抖」，比會背控制理論更有說服力。 而且公開的 log 檔到處都是，不需要自己有機器。

階段三：飛真的 到這一步才需要硬體與操作證。職業地圖提過，能自己飛測試的工程師除錯迴圈比別人短一輪——而這件事在履歷上很難假裝。

建議的順序是一、二、三，不是三、一、二。 很多人以為要先買機器，其實前兩階段就能做出可展示的東西。

對照職缺實際要求

拿一份公開的無人機工程師職缺來對：

注意這份 JD 把三條路徑混在一起要。 這是這個產業的常態——團隊小，一個職缺要覆蓋的範圍比大公司寬。對轉職者的意義是：你不需要三條都會，但要能講清楚自己在哪一條上有深度、另外兩條有多少理解。

三個誠實的提醒

一、規模。 職業地圖算過，整個台灣航空產業每年新增專業人才需求推估約 267–296 人，無人機只是其中一塊。這是機會好但總量小的市場，不要用網路業的職缺密度去想像。

二、能力可遷移性比產業前景重要。 路徑一（CV／邊緣 AI）與路徑三（估測與控制）的能力在機器人、車用、工控都通用；路徑二（飛控韌體）的 RTOS 與驅動經驗也是。選能帶得走的，不要選只在無人機產業有用的。

三、政策風險是真的。 八成產值來自公部門與國防採購，代表預算節奏會傳導到人力規劃。面試時問「你們營收裡標案占多少」是合理且必要的。

參考資料

飛控技術

• PX4 — Architectural Overview（兩層架構、uORB、NuttX、task 與 work queue 的差別）
• PX4 — System Architecture（飛控板與機載電腦的分工，以及為什麼機載電腦跑 Linux）
• PX4 — Controller Diagrams（多旋翼串接控制、四元數姿態控制、TECS）
• PX4 — uORB Messaging
• PX4 — Overview of multicopter control from sensors to motors（開發者高峰會簡報）（完整資料流與各模組的原始碼路徑）
• ArduPilot

職缺

• Yourator — 無人機工程師職缺（威凜科技）

站內

• 無人機產業的職業地圖：十一種角色，以及軟體人能切進哪幾格
• 台灣無人機供應鏈：267 家在哪裡、卡在哪一層
• 台灣無人機操作證怎麼考：分級、逐級制度、規費與時程