之前看了mavlink無人機協(xié)議，網(wǎng)上關(guān)于mavlink的資料不多。本文大概總結(jié)了下對mavlink協(xié)議的理解。以下如不說明都是說mavlink v1.0版本。

首先附上mavlink的各個消息的簡介https://pixhawk.ethz.ch/mavlink/（這里的內(nèi)容很多，建議大概了解mavlink后再去瀏覽），mavlink協(xié)議介紹http://qgroundcontrol.org/mavlink/start

之后會在我的資源里上傳一份為初學者準備的mavlink資料（轉(zhuǎn)載）已經(jīng)上傳至筆者資源，免費下載。mavlink 純小白教程(英文)它用通俗的說法幫助新人理解什么是mavlink，mavlink能干嘛等等。資料只有第一部分，第二部分筆者沒有找到（可能是原作者沒繼續(xù)第二部分吧）。

先簡單介紹下mavlink協(xié)議。Mavlink協(xié)議最早由 蘇黎世聯(lián)邦理工學院 計算機視覺與幾何實驗組 的 Lorenz Meier 于2009年發(fā)布，并遵循LGPL開源協(xié)議。Mavlink協(xié)議是在串口通訊基礎(chǔ)上的一種更高層的開源通訊協(xié)議，主要應(yīng)用在微型飛行器（micro aerial vehicle）的通訊上。Mavlink是為小型飛行器和地面站（或者其他飛行器）通訊時常常用到的那些數(shù)據(jù)制定一種發(fā)送和接收的規(guī)則并加入了校驗（checksum）功能。

【1】下面開始說介紹mavlink所發(fā)送的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。Mavlink傳輸時的基本單位是消息幀。

如圖所示，每個消息幀都是上述的結(jié)構(gòu)，除了灰色外，其他的格子都代表了一個字節(jié)的數(shù)據(jù)。

紅色的是起始標志位（stx），在v1.0版本中以“FE”作為起始標志。這個標志位在mavlink消息幀接收端進行消息解碼時有用處。

第二個格子代表的是灰色部分（payload，稱作有效載荷，要用的數(shù)據(jù)在有效載荷里面）的字節(jié)長度（len），范圍從0到255之間。在mavlink消息幀接收端可以用它和實際收到的有效載荷的長度比較，以驗證有效載荷的長度是否正確。

第三個格子代表的是本次消息幀的序號（seq），每次發(fā)完一個消息，這個字節(jié)的內(nèi)容會加1，加到255后會從0重新開始。這個序號用于mavlink消息幀接收端計算消息丟失比例用的，相當于是信號強度。

第四個格子代表了發(fā)送本條消息幀的設(shè)備的系統(tǒng)編號（sys），使用PIXHAWK刷PX4固件時默認的系統(tǒng)編號為1，用于mavlink消息幀接收端識別是哪個設(shè)備發(fā)來的消息。

第五個格子代表了發(fā)送本條消息幀的設(shè)備的單元編號（comp），使用PIXHAWK刷PX4固件時默認的單元編號為50，用于mavlink消息幀接收端識別是設(shè)備的哪個單元發(fā)來的消息（暫時沒什么用） 。

第六個格子代表了有效載荷中消息包的編號（msg），注意它和序號是不同的，這個字節(jié)很重要，mavlink消息幀接收端要根據(jù)這個編號來確定有效載荷里到底放了什么消息包并根據(jù)編號選擇對應(yīng)的方式來處理有效載荷里的信息包。

最后兩個字節(jié)是16位校驗位，ckb是高八位，cka是低八位。校驗碼由crc16算法得到，算法將整個消息（從起始位開始到有效載荷結(jié)束，還要額外加上個MAVLINK_CRC_EXTRA字節(jié)）進行crc16計算，得出一個16位的校驗碼。之前提到的每種有效載荷里信息包（由消息包編號來表明是哪種消息包）會對應(yīng)一個MAVLINK_CRC_EXTRA，這個MAVLINK_CRC_EXTRA 是由生成mavlink代碼的xml文件生成的，加入這個額外的東西是為了當飛行器和地面站使用不同版本的mavlink協(xié)議時，雙方計算得到的校驗碼會不同，這樣不同版本間的mavlink協(xié)議就不會在一起正常工作，避免了由于不同版本間通訊時帶來的重大潛在問題。

為了方便敘述，消息包將稱作包，包所代表的信息稱作消息。上圖中的sys將稱為sysid，comp將稱為compid，msg將稱為msgid。

官方的介紹如下圖：

由于圖片上傳量到達上限，將在接下去的博客中繼續(xù)介紹mavlink協(xié)議。下節(jié)主要介紹mavlink里消息的種類和如何看懂開始時提到的那個官方的mavlink消息介紹。

[摘要：本文松接上文（一），先容mavlink里音訊的品種戰(zhàn)若何看懂最先時提到的阿誰民圓的mavlink音訊先容https://pixhawk.ethz.ch/mavlink/ （一）中已提到了正在mavlink音訊幀里最緊張的兩個器。

本文緊接上文（一），介紹mavlink里消息的種類和如何看懂開始時提到的那個官方的mavlink消息介紹https://pixhawk.ethz.ch/mavlink/

（一）中已經(jīng)提到了在mavlink消息幀里最重要的兩個東西，一個是msgid；一個是payload，前者是payload中內(nèi)容的編號，后者則存放了消息。消息有許多種類型，在官網(wǎng)的網(wǎng)頁中中以藍色的“#”加數(shù)字的方式來表示消息的編號如 “#0”（這樣的表示方法應(yīng)該是為了方便在網(wǎng)頁中查找相應(yīng)編號消息的定義）。在官網(wǎng)介紹網(wǎng)頁里往下拉，大概拉到二分之一的位置處，開始出現(xiàn)“MAVLink Messages”的介紹，往下看是各種消息的數(shù)據(jù)組成說明。下面將以幾個消息為例，講解mavlink消息。

先以 #0消息為例，這個消息叫心跳包（heartbeat）。它一般用來表明發(fā)出該消息的設(shè)備是活躍的，飛行器和地面站都會發(fā)出這個信號（一般以1Hz發(fā)送），地面站和飛行器會根據(jù)是否及時收到了心跳包來判斷是否和飛行器或地面站失去了聯(lián)系。

從圖上1可以看出，心跳包由6個數(shù)據(jù)組成，第一個是占一個字節(jié)的飛行器類型數(shù)據(jù)type，這個數(shù)據(jù)表示了當前發(fā)消息的是什么飛行器，比如四旋翼，固定翼等。type的取值如何與飛行器類型對應(yīng)，這要在官方的mavlink消息介紹網(wǎng)頁上找，位于網(wǎng)頁開始出的數(shù)據(jù)枚舉中。如下圖所示：

這里只是一部分的類型，第一個是通用飛行器，對應(yīng)的type數(shù)值是0；第二個是固定翼類型，對應(yīng)的數(shù)值是1；第三個對應(yīng)的是四旋翼，對應(yīng)的數(shù)值是2.這個飛行器類型，其實對于發(fā)心跳包的地面站來說可能沒什么意義（不同飛控對該消息的處理方法不同，至少刷了PX4固件的Pixhawk飛控對地面站發(fā)來的心跳包里的這個參數(shù)并不關(guān)心，如無特殊說明，之后所說的Pixhawk飛控都是指刷PX4固件的飛控），對于飛行器端來說代表了當前飛行器的類型，地面站可以根據(jù)這個參數(shù)來判斷飛行器的類型并作出其他的反應(yīng)。

第二個參數(shù)是自駕儀（即通常所說的飛控）類型，比如apm，ppz，Pixhawk等飛控，具體定義查找和之前查找飛行器類型時的方法一樣。同樣的，對于發(fā)送心跳包的飛行器來說代表了自己的飛控類性，對地面站發(fā)出的心跳包來說意義不大。

第三個參數(shù)是基本模式（base mode），是指飛控現(xiàn)在處在哪個基本模式，對于發(fā)心跳包的地面站來說沒有意義，對于發(fā)送心跳包的飛控來說是有意義的。這個參數(shù)要看各個飛控自己的定義方式，mavlink介紹網(wǎng)頁并不會給出具體的模式。在Pixhawk中基本模式可以分為使用用戶模式（custom mode）還是基本模式（這里有點繞，其實是就是是否使用用戶模式）。使用用戶模式將在講下個參數(shù)時說明，使用基本模式又會分為自動模式（auto），位置控制模式（posctl）和手動模式（manual）。一般情況下都會使用用戶模式，普通用戶不用關(guān)心這個參數(shù)。開發(fā)者在使用mavlink修改飛行器模式時需要注意基本模式的設(shè)置，具體請看PX4代碼，下載地址https://pixhawk.org/firmware/source_code。

另外，Pixhawk的模式和apm的有很大的不同，具體請看官網(wǎng)介紹https://pixhawk.org/users/system_modes，里面還有關(guān)于遙控器如何設(shè)置模式的教程鏈接https://pixhawk.org/users/system_modes/mode_switch_config。用QGroundControl地面站（以后簡稱QGC，下載地址http://qgroundcontrol.org/downloads）的圖形界面來設(shè)置飛行模式的功能很雞肋，建議直接在QGC中讀取飛控參數(shù)值，并對遙控器的設(shè)置參數(shù)進行修改，記得改變參數(shù)后只是改變了飛控ram參數(shù)，要把參數(shù)寫入到rom中才可以。

第四個參數(shù)是用戶模式（custom mode），大概說一下Pixhawk的用戶模式。以多軸為例。它分為主模式（main mode）和子模式（sub mode），兩種模式組合在一起成為最終的模式，主模式分為3種，手動（manual），輔助（assist），自動（auto）。手動模式類似apm的姿態(tài)模式。在輔助模式中，又分為高度控制模式（altctl）和位置控制模式（posctl）兩個子模式，高度控制模式就類似apm的定高模式，油門對應(yīng)到飛行器高度控制上。位置模式控制飛行器相對地面的速度，油門和高度控制模式一樣，yaw軸控制和手動模式一樣。自動模式里又分為3個子模式，任務(wù)模式（mission），留待模式（loiter），返航模式（return），任務(wù)模式就是執(zhí)行設(shè)定好的航點任務(wù)，留待模式就是gps懸停模式，返航模式就是直線返回home點并自動降落。在apm里這個參數(shù)貌似是沒有用的，注意這個數(shù)據(jù)占了4個字節(jié)，在Pixhawk中，前兩個字節(jié)（低位）是保留的，沒有用，第三個字節(jié)是主模式，第四個字節(jié)是子模式。普通用戶請無視，開發(fā)者請注意：官網(wǎng)給出的通過程序設(shè)置模式的代碼是錯誤的。如圖，最后一行代碼有誤，應(yīng)該為：

uint32_t custom_mode = (main_mode<< 16) | (sub_mode << 24);

第五個是系統(tǒng)狀態(tài)（system status），查定義就好了，其中的standby狀態(tài)在Pixhawk里就是還沒解鎖的狀態(tài)，active狀態(tài)就是已經(jīng)解鎖，準備起飛的狀態(tài)。

第六個是mavlink版本（mavlink version），現(xiàn)在是“3”版本。

其余的消息也是類似的結(jié)構(gòu)，各個數(shù)據(jù)的定義可以查看mavlink官方網(wǎng)頁的說明，這些說明一般在網(wǎng)頁的前面部分。具體說明以飛控為準，mavlink僅提供基本的定義。

有幾個相對特殊和容易混淆的消息再特別說明下：

#76消息（command long），該消息是發(fā)送長命令，一般是地面站發(fā)送給飛控命令用的。該消息組成如下圖。目標系統(tǒng)（命令的接收方，就是目標系統(tǒng)編號sysid），目標單元（命令的接收單元，就是目標單元編號compid）。command數(shù)據(jù)是這條命令的編號，用于區(qū)別不同的命令。confirmation數(shù)據(jù)，筆者還不是很明白，大概是是否需要收到命令后回復(fù)確認信號的意思。接下去有七個參數(shù)，這些參數(shù)是執(zhí)行這條命令所需要告訴飛控的，許多命令都用不到七個參數(shù)，多余的參數(shù)清0就可以了。

Pixhawk支持的命令有許多種（但不是所有mavlink命令都支持）。要看mavlink提供了哪些命令請在介紹mavlink的官網(wǎng)查詢mav_cmd，在網(wǎng)頁的中上部分。比如：第176號命令 MAV_CMD_DO_SET_MODE。這條命令用于改變飛行器的飛行模式，第一個參數(shù)就是設(shè)置飛控的base_mode，第二個是設(shè)置custom_mode。想要通過這條命令正確設(shè)置pixhawk的模式需要查看PX4代碼，mavlink對參數(shù)的描述不夠具體。

現(xiàn)在應(yīng)該對介紹mavlink官網(wǎng)的布局有所了解了吧。網(wǎng)頁前面主要講了各類數(shù)據(jù)的取值和含義，比如飛控類型（mav_autopilot）,飛行器類型（mav_type）等，其中mav_cmd是比較特殊和重要的一種數(shù)據(jù)。網(wǎng)頁的后半部分主要講了mavlink消息的種類和數(shù)據(jù)組成，這里會用到各種數(shù)據(jù)，具體數(shù)據(jù)定義的可以回到前半部分去找。但是mavlink是個通用的通訊協(xié)議，不同的飛控支對mavlink支持方式不一樣，一般都只支持一部分mavlink消息，還會自己擴展一些mavlink協(xié)議所沒有定義的消息（pixhawk和apm都是如此），具體都以飛控代碼為準。

大概說說地面站和飛控的通訊流程，由于沒看過地面站的代碼，所以很可能有誤，還望發(fā)評論指正！一般飛控在連接上地面站后都會主動向地面站發(fā)送心跳包，飛行器姿態(tài)，系統(tǒng)狀態(tài)，遙控器信號等組成的數(shù)據(jù)流。各個數(shù)據(jù)都會以一定的頻率發(fā)送，比如心跳包一般是1Hz，姿態(tài)信息會快些，pixhawk用數(shù)傳連接QGC時的姿態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送頻率在7-8Hz左右。一般地面站會在剛連接上飛控時發(fā)送命令，請求飛控傳回所有參數(shù)（QGC就是這樣），飛控根據(jù)自己的情況判斷是否接受地面站的請求，并根據(jù)不同的命令執(zhí)行相應(yīng)的操作（有些命令需要飛控回復(fù)地面站確認信號）。之后地面站根據(jù)用戶的操作會發(fā)送相應(yīng)的mavlink消息給飛控，比如設(shè)置航點，改寫飛控參數(shù)等。據(jù)說數(shù)傳是半雙工的（在同一時刻只能選擇發(fā)送或者選擇接受數(shù)據(jù)，不能同時收發(fā)數(shù)據(jù)），地面站和飛控之間如何避免數(shù)據(jù)沖突（即雙方同時向?qū)Ψ桨l(fā)送消息）的機制筆者并不清楚，希望能拋磚引玉。

有問題請回復(fù)評論，然后郵箱提醒我回復(fù)，550746284@qq.com 。

本文在上兩篇博客的基礎(chǔ)上，介紹mavlink代碼的結(jié)構(gòu)和編解碼流程。mavlink有很多的版本，雖然都是mavlink v1.0，但還是有很多不一樣的地方，不同飛控，不同時間的mavlink文件都會不一樣，筆者講的mavlink是在這里下載的<a target=_blank href=”https://github.com/mavlink/c_library”>https://github.com/mavlink/c_library</a>。mavlink代碼全部由頭文件組成，可以很方便的添加到你自己的代碼中。

可以看到，里面有多個文件夾和幾個頭文件。pixhawk，ardupilotmega（apm），matrixpilot這類的文件夾里都是各個飛控自己定義的mavlink消息類型，原始的mavlink消息放在common文件夾里面（大部分消息都在common文件夾中）。checksum.h中存放的是計算校驗碼的代碼。mavlink_helper.h里面是將各個消息包補充完整（調(diào)用checksum.h中的函數(shù)計算校驗碼并補上消息幀的頭，比如sysid和compid等）成為mavlink消息幀再發(fā)送。最主要的功能集中在這兩個文件夾中。mavlink_conversions.h里是dcm，歐拉角，四元數(shù)三種姿態(tài)表示方法之間的轉(zhuǎn)換代碼。

下面以發(fā)送心跳包（heartbeat）為例，說明下如何使用mavlink頭文件來發(fā)送心跳包。首先打開common文件夾中的mavlink_msg_heartbeat.h頭文件。這個頭文件可以分為兩部分，一部分用來打包、發(fā)送heartbeat消息，另一部分用來接收到heartbeat消息時解碼消息。heartbeat.h定義了heartbeat消息對應(yīng)的數(shù)據(jù)類型：

typedef struct __mavlink_heartbeat_t

{

uint32_t custom_mode; ///< A bitfield for use for autopilot-specific flags.

uint8_t type; ///< Type of the MAV (quadrotor, helicopter, etc., up to 15 types, defined in MAV_TYPE ENUM)

uint8_t autopilot; ///< Autopilot type / class. defined in MAV_AUTOPILOT ENUM

uint8_t base_mode; ///< System mode bitfield, see MAV_MODE_FLAG ENUM in mavlink/include/mavlink_types.h

uint8_t system_status; ///< System status flag, see MAV_STATE ENUM

uint8_t mavlink_version; ///< MAVLink version, not writable by user, gets added by protocol because of magic data type: uint8_t_mavlink_version

} mavlink_heartbeat_t;

如果mavlink的發(fā)送方式可以使用（串口發(fā)送，函數(shù)接口也兼容），則可以調(diào)用 【1】

static inline void mavlink_msg_heartbeat_send(mavlink_channel_t chan, uint8_t type, uint8_t autopilot, uint8_t base_mode, uint32_t custom_mode, uint8_t system_status)

其中的chan是channel的縮寫，用于選擇發(fā)送的串口或者usb口。type就是飛行器類型，其余參數(shù)不明的可以看看本博客的第一篇文章。

該函數(shù)功能是將傳入的各個參數(shù)按照對應(yīng)的格式放到heartbeat消息包中（即打包）這個函數(shù)內(nèi)部有一句預(yù)處理：

#if MAVLINK_CRC_EXTRA

是說是否使用額外的crc校驗字符（默認使用），詳情請看第一篇博客中對于兩個校驗字節(jié)的說明。

函數(shù)中會調(diào)用函數(shù)【2】

_mav_finalize_message_chan_send(chan, MAVLINK_MSG_ID_HEARTBEAT, buf, MAVLINK_MSG_ID_HEARTBEAT_LEN, MAVLINK_MSG_ID_HEARTBEAT_CRC); MAVLINK_MSG_ID_HEARTBEAT//這個是心跳包消息對應(yīng)的編號 這里=0 MAVLINK_MSG_ID_HEARTBEAT_LEN//這個是心跳包的長度 注意這個長度僅僅是payload的長度，不包括幀的頭尾。 MAVLINK_MSG_ID_HEARTBEAT_CRC//這個是heartbeat消息對應(yīng)的額外的crc校驗碼 這里=50

這個函數(shù)位于mavlink_helper.h中，用于更新消息幀的編號（seq 每發(fā)送一幀加1）并將消息幀的頭和計算校驗碼，使得成為完整的一個mavlink消息幀。最后調(diào)用串口發(fā)送函數(shù)進行消息幀的發(fā)送。

如果只是想將對應(yīng)的心跳包參數(shù)按照心跳包的格式存放好，則可以只調(diào)用

static inline uint16_t mavlink_msg_heartbeat_pack(uint8_t system_id, uint8_t component_id, mavlink_message_t* msg,

uint8_t type, uint8_t autopilot, uint8_t base_mode, uint32_t custom_mode, uint8_t system_status)

將參數(shù)打包為heartbeat消息幀，待之后使用。

解碼消息幀時可以調(diào)用mavlink_helper.h中的

MAVLINK_HELPER uint8_t mavlink_parse_char(uint8_t chan, uint8_t c, mavlink_message_t* r_message, mavlink_status_t* r_mavlink_status)

它會將收到的字符一個個進行解碼，會檢驗收到的校驗碼是否正確；有效載荷的長度小于最大長度并且和該消息的長度一致。如果一切順利，將會得到解碼到的消息，放在解碼得到的消息幀類型中

typedef struct __mavlink_message {

uint16_t checksum; ///< sent at end of packet

uint8_t magic; ///< protocol magic marker

uint8_t len; ///< Length of payload

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; ///< ID of message in payload

uint64_t payload64[(MAVLINK_MAX_PAYLOAD_LEN+MAVLINK_NUM_CHECKSUM_BYTES+7)/8];

} mavlink_message_t;

其中的magic是一幀的起始標志（FE=254），就是mavlink_stx的值。

其余的mavlink消息也是類似的，舊的mavlink代碼中有些類型的消息類型可能會找不到，使用時要注意接受和發(fā)送方使用的mavlink版本是否兼容。common文件夾中的common.h里面包含了要用到的數(shù)據(jù)類型和所有消息的頭文件，使用時直接包含進來即可。

mavlink系列博客到此告一段落，請多指正。有錯誤歡迎回復(fù)評論，或聯(lián)系我。