iNavFlight之MSP v2 Sensor报文格式

1. MSP v2传感报文介绍

鉴于飞控近年来发展历程及趋势

1. 设计成熟度的提升
2. 大量传感器的应用
3. 传感器干扰问题分析
4. 硬件接口多样化问题
5. 软件设计复杂度的提高
6. 配置&使用的简洁化要求

在传感器应用领域，期望更多的标准化设计，MSPv2协议在拓展v1时，就考虑了这方面的需求。

1. 硬件接口：Rx/Tx/VCC/GND (UART)
2. 软件接口：MSP v2协议格式
3. 报文解析：根据command来表征和区分不同传感器数据

2. MSP v2协议格式

  +---+---+--------+---------+--------+------+---------+------------------------------+-------------+
  |                            Multiwii Serial Protocol V2                length = 9 + payload size |
  +---+---+--------+---------+--------+------+---------+------------------------------+-------------+
  | $ | X | < ! >  | flag(1) | cmd(2)        | size(2) | payload(16bit len)           | checksum_v2 |
  +---+---+--------+---------+--------+------+---------+------------------------------+-------------+

• ‘$’：表示SOF(Start Of a frame)
• ‘X’：表示V2
• ‘<’: 表示request
• ‘>’：表示response
• ‘!’：表示error
• payload: 传感数据

这里要注意的一个问题是网络字节序，尤其是对通信比较熟悉的朋友。常规的逻辑是这样的：

发送端CPU字节序 — Host2Network转换字节序 —> 网络传输(大端字节序) — Network2Host转换字节序 —> 接收端CPU字节序
上述两个逻辑转换：Host2Network/Network2Host来确保发送和接受CPU能根据本地的存储字节序来解析多字节变量

【但是】飞控代码上看，串口收到报文以后，直接将buffer一个指针强行变换到定义的结构体上了。

【好嘛，这么粗暴处理！！！】STM32可是小端字节序的呀，这么大胆??? 猜测这些传感模块大都是小端字节序或者8位单片机，所以整个系统都是小端的，就没有大系统这么复杂了。

3. MSP v2传感代码流程

iNav应用代码从main开始进入，根据配置信息使能串口；当串口收到传感器MSP v2传感报文时，将信息送到mspProcessSensorCommand进行解析。

taskHandleSerial
 └──> mspSerialProcess
     └──> mspFcProcessCommand
         └──> mspProcessSensorCommand

main
 └──> init
     └──> fcTasksInit   //setTaskEnabled(TASK_SERIAL, true);

4. MSP v2 传感器

截止发稿日，在MSP v2协议上支持的传感器根据cmd(2)，有如下几种：

src/main/msp/msp_protocol_v2_sensor.h

#define MSP2_IS_SENSOR_MESSAGE(x)   ((x) >= 0x1F00 && (x) <= 0x1FFF)

#define MSP2_SENSOR_RANGEFINDER     0x1F01
#define MSP2_SENSOR_OPTIC_FLOW      0x1F02
#define MSP2_SENSOR_GPS             0x1F03
#define MSP2_SENSOR_COMPASS         0x1F04
#define MSP2_SENSOR_BAROMETER       0x1F05
#define MSP2_SENSOR_AIRSPEED        0x1F06

4.1 光流传感报文-MSP2_SENSOR_RANGEFINDER

mspSensorOpflowDataMessage_t

typedef struct __attribute__((packed)) {
    uint8_t quality;    // [0;255]
    int32_t motionX;
    int32_t motionY;
} mspSensorOpflowDataMessage_t;

4.2 测距传感报文-MSP2_SENSOR_OPTIC_FLOW

mspSensorRangefinderDataMessage_t

typedef struct __attribute__((packed)) {
    uint8_t quality;    // [0;255]
    int32_t distanceMm; // Negative value for out of range
} mspSensorRangefinderDataMessage_t;

4.3 GPS传感报文-MSP2_SENSOR_GPS

mspSensorGpsDataMessage_t

typedef struct __attribute__((packed)) {
    uint8_t  instance;                  // sensor instance number to support multi-sensor setups
    uint16_t gpsWeek;                   // GPS week, 0xFFFF if not available
    uint32_t msTOW;
    uint8_t  fixType;
    uint8_t  satellitesInView;
    uint16_t horizontalPosAccuracy;     // [cm]
    uint16_t verticalPosAccuracy;       // [cm]
    uint16_t horizontalVelAccuracy;     // [cm/s]
    uint16_t hdop;
    int32_t  longitude;
    int32_t  latitude;
    int32_t  mslAltitude;       // cm
    int32_t  nedVelNorth;       // cm/s
    int32_t  nedVelEast;
    int32_t  nedVelDown;
    uint16_t groundCourse;      // deg * 100, 0..36000
    uint16_t trueYaw;           // deg * 100, values of 0..36000 are valid. 65535 = no data available
    uint16_t year;
    uint8_t  month;
    uint8_t  day;
    uint8_t  hour;
    uint8_t  min;
    uint8_t  sec;
} mspSensorGpsDataMessage_t;

4.4 磁力计传感报文-MSP2_SENSOR_COMPASS

mspSensorCompassDataMessage_t

typedef struct __attribute__((packed)) {
    uint8_t  instance;
    uint32_t timeMs;
    int16_t  magX; // mGauss, front
    int16_t  magY; // mGauss, right
    int16_t  magZ; // mGauss, down
} mspSensorCompassDataMessage_t;

4.5 气压计传感报文-MSP2_SENSOR_BAROMETER

mspSensorBaroDataMessage_t

typedef struct __attribute__((packed)) {
    uint8_t  instance;
    uint32_t timeMs;
    float    pressurePa;
    int16_t  temp; // centi-degrees C
} mspSensorBaroDataMessage_t;

4.6 空速计传感报文-MSP2_SENSOR_AIRSPEED

mspSensorAirspeedDataMessage_t

typedef struct __attribute__((packed)) {
    uint8_t  instance;
    uint32_t timeMs;
    float    diffPressurePa;
    int16_t  temp;              // centi-degrees C
} mspSensorAirspeedDataMessage_t;

5. 参考资料

【1】BetaFlight模块设计之三十二：MSP协议模块分析
【2】Multiwii Serial Protocol Version 2
【3】传感模块：MATEKSYS Optical Flow & LIDAR 3901-L0X