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Mavlink协议(第二版)

2023-05-16

文章目录

    • 协议简介
      • 一、Mavlink协议
        • 主要特点
      • 二、数据结构
        • 不兼容标志 (MAVLink 2)
        • 兼容性标志 (MAVLink 2)
        • 有效载荷格式
        • MAVLink 2 的数据包格式
      • 三、航点协议
      • 四、参数的读写
      • 五、增加新的mavlink消息
      • 六、消息的发送与解析
      • 七、通用的Mavlink消息
    • 参考资料

协议简介

不整理了，官方给出了新版本很清晰了已经。

官方中文文档：

https://github.com/mavlink/mavlink-devguide/tree/master/zh
https://github.com/mavlink/mavlink-devguide/tree/master/zh/guide

MavLink官网：https://mavlink.io/

MAVLink通讯协议是一个为微型飞行器设计的非常轻巧的、只由头文件构成的信息编组库。它可以通过串口非常高效地封装C结构数据，并将这些数据包发送至地面控制站。该协议被PX4, PIXHAWK, APM和Parrot AR.Drone平台所广泛测试并在以上的项目中作为MCU/IMU间以及Linux进程和地面站链路通信间的主干通信协议。

一、Mavlink协议

MAVLink 是一种非常轻量级的消息传递协议，用于与无人机（以及机载无人机组件之间）进行通信。
MAVLink 遵循现代混合发布-订阅和点对点设计模式：数据流作为主题发送/发布，而任务协议或参数协议等配置子协议是点对点重传。
消息在 XML 文件中定义。每个 XML 文件都定义了特定 MAVLink 系统支持的消息集，也称为“方言”。大多数地面控制站和自动驾驶仪实施的参考消息集在common.xml 中定义（大多数方言建立在此定义之上）。
代码生成器根据这些 XML 消息定义为特定编程语言创建软件库，然后无人机、地面控制站和其他 MAVLink 系统可以使用这些软件库进行通信。生成的库通常是 MIT 许可的，因此可以在任何闭源应用程序中不受限制地使用，而无需发布闭源应用程序的源代码。

主要特点

  • 非常有效率。MAVLink 1 每个数据包只有 8 个字节的开销，包括开始标志和数据包丢弃检测。MAVLink 2 只有 14 字节的开销（但它是一个更安全和可扩展的协议）。由于 MAVLink 不需要任何额外的成帧，因此非常适合通信带宽非常有限的应用。
  • 非常可靠。自 2009 年以来，MAVLink 已被用于在许多不同的车辆、地面站（和其他节点）之间通过各种且具有挑战性的通信渠道（高延迟/噪声）进行通信。它提供了检测数据包丢失、损坏和数据包身份验证的方法。
  • 可以使用多种不同的编程语言，在众多微控制器/操作系统（包括 ARM7、ATMega、dsPic、STM32 和 Windows、Linux、MacOS、Android 和 iOS）上运行。
  • 网络上最多允许 255 个并发系统（车辆、地面站等）
  • 启用机外和机载通信（例如 GCS 和无人机之间，以及无人机自动驾驶仪和启用 MAVLink 的无人机相机之间）。

MAVLink于2009年初由Lorenz Meier首次发布, 目前为止，已拥有数量可观的贡献者。
基于C封装的MAVLink库，是一个 header-only库, 其针对资源受限系统有限的ram 和闪存，进行了高度优化。 这种库，已经过现场验证, 并部署在许多产品中, 充当不同厂家组件之间的交互性接口。

MAVLink 2的主要新特性是：

24 位消息 ID（指令类型） - 允许方言中超过 1600 万个唯一消息定义（MAVLink 1 限制为 256）
数据包签名- 验证消息是由受信任的系统发送的。
消息扩展- 向现有 MAVLink 消息定义添加新字段，而不会破坏尚未更新的接收器的二进制兼容性。
空字节有效负载截断- 序列化有效负载末尾的空（零填充）字节必须在发送之前删除（所有字节都在MAVLink 1中发送，无论内容如何）。
Compatibility Flags / Incompatibility Flags - 通过指示必须以特殊/非标准方式处理的帧来允许协议的向后兼容演变（具有兼容性标志的数据包仍可以以标准方式处理，而具有不兼容标志的数据包必须是如果不支持该标志，则丢弃）。

二、数据结构

MAVLink 是一种二进制遥测协议，专为资源受限系统和带宽受限链接而设计。MAVLink 部署在两个主要版本中：v1.0 和 v2.0，它们向后兼容（v2.0 实现可以解析和发送 v1.0 数据包）。遥测数据流以多播设计发送，而改变系统配置和需要保证交付（如任务协议或参数协议）的协议方面是点对点重传。

Mavlink传输时基本单位是消息帧，消息帧的结构如下：

mavlink-structMavLink数据结构

字节索引名称C版本内容值含义
0STXuint8_t magic数据包起始标志0xFD协议特定的文本开始（STX）标记，用于指示新数据包的开始。
1LENuint8_t len有效载荷长度0 - 255标识该消息包中负载长度
2INC FLAGSuint8_t incompat_flags不兼容标志-为实现MAVLink兼容性必须理解的标志（若实现不理解标志，则丢弃数据包）。
3CMP FLAGSuint8_t compat_flags兼容性标志-如果不理解，则可以忽略的标志（即使不理解标志，实现仍然可以处理数据包）。
4SEQuint8_t seq包序列号0 - 255消息发送序列号，用于检测数据包的丢失
5SYS IDuint8_t sysid系统 ID (发送者)1 - 255发送信息的系统（车辆）的ID。用于区分网络上的系统.
6COMP IDuint8_t compid组件ID (发送者)1 - 255发送消息的组件的ID。用于区分系统中的组件（例如自动驾驶仪和摄像头）
7 to 9MSG IDuint32_t msgid:24消息IDID (low, middle, high bytes)0 - 16777215有效负载中消息类型的ID。用于将数据解码回消息对象。
For n-byte payload:n=0: NA, n=1: 10, n>=2: 10 to (9+n)PAYLOADuint8_t payload[max 255]消息载荷-消息内部的负载信息
(n+10) to (n+11)CHECKSUMuint16_t checksumChecksum (low byte, high byte)-CRC-16/MCRF4XX for message (excluding magic byte). Includes CRC_EXTRA byte.
(n+12) to (n+25)SIGNATUREuint8_t signature[13]签名信息-(可选) 签名以确保链接是防篡改的.
  • 对于没有有效负载的确认数据包，最小数据包长度为12字节。
  • 对于使用整个有效负载的签名消息，最大数据包长度为280字节。

注意：校验码由crc16算法得到，算法从消息包的1~n+6字节（不包含STX），还要额外加上个MAVLINK_CRC_EXTRA进行计算得到一个16位的校验码。每个消息的头文件里都包含MAVLINK_CRC_EXTRA，这个MAVLINK_CRC_EXTRA是由生成mavlink代码的xml文件生成的，加入这个额外的东西是为了当飞行器和地面站使用不同版本的mavlink协议时，双方计算得到的校验码会不同，这样不同版本间的mavlink协议就不会在一起正常工作，避免了由于不同版本间通讯时带来的重大潜在问题。

不兼容标志 (MAVLink 2)

不兼容标志用于指示 MAVLink 库必须支持才能处理数据包的功能。这包括影响数据包格式/排序的任何功能。

如果 MAVLink 实现不理解字段中的任何标志，则它必须丢弃数据包incompat_flags。

支持的不兼容标志包括（在撰写本文时）：

旗帜C旗特征
0x01MAVLINK_IFLAG_SIGNED数据包已签名（签名已附加到数据包）。

兼容性标志 (MAVLink 2)

兼容性标志用于指示功能不会阻止 MAVLink 库处理数据包（即使该功能不被理解）。例如，这可能包括一个标志，用于指示应将数据包视为“高优先级”（此类消息可由任何 MAVLink 实现处理，因为数据包格式和结构不受影响）。
MAVLink 实现可以安全地忽略它在该compat_flags领域不理解的标志。

有效载荷格式

MAVLink 在有效载荷本身中不包含有关消息结构的信息（为了减少开销）！相反，发送方和接收方必须对在线格式的消息字段的含义、顺序和大小有共同的理解。

消息在 MAVLink 数据包中编码：

  • msgid（消息id）字段标识数据包中编码的特定消息，所有MavLink指令消息和应答消息都使用此标识标记类型。
  • 有效负载字段包含消息数据:
    • MAVLink为有线传输重新排序有效负载中的消息字段（根据原始XML消息定义中的顺序）。
    • 在发送消息之前，MAVLink 2会截断有效负载末尾的任何零填充字节，并适当设置数据包长度字段（MAVLink 1始终发送所有字节）。
  • len字段包含有效负载数据的长度。
  • A CRC_EXTRA byte is added to the message checksum. 接收者可以使用它来确认它与有效负载消息格式/定义兼容。

A MAVLink library should notify a bad CRC during decoding if a message specification is incompatible (e.g. the C library mavlink_parse_char() gives a status MAVLINK_FRAMING_BAD_CRC).

MAVLink 2 的数据包格式

以下为在链路上传输的 MAVLink v2 数据包格式。 内存中的表示方式可能会有所不同。

uint8_t magic;              ///< protocol magic marker
uint8_t len;                ///< Length of payload
uint8_t incompat_flags;     ///< flags that must be understood
uint8_t compat_flags;       ///< flags that can be ignored if not understood
uint8_t seq;                ///< Sequence of packet
uint8_t sysid;              ///< ID of message sender system/aircraft
uint8_t compid;             ///< ID of the message sender component
uint8_t msgid 0:7;          ///< first 8 bits of the ID of the message
uint8_t msgid 8:15;         ///< middle 8 bits of the ID of the message
uint8_t msgid 16:23;        ///< last 8 bits of the ID of the message
uint8_t payload[max 255];   ///< A maximum of 255 payload bytes
uint16_t checksum;          ///< CRC-16/MCRF4XX

uint8_t signature[13];      ///< 保证正确连接的签名（可选）

三、航点协议

四、参数的读写

五、增加新的mavlink消息

六、消息的发送与解析

七、通用的Mavlink消息

参考资料

1.Mavlink协议
2.Mavlink协议第一版介绍

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