MAVLink筆記 #02# MAVLink絕對傻瓜教程（譯）

本文譯自Shyam Balasubramanian所寫的MavLink Tutorial for Absolute Dummies (Part –I) , 2013。僅供學習交流。
linux

索引

我爲你而來，MavLink
MavLink消息的結構：
MavLink究竟是如何工做的
地面控制站（GCS）到四軸飛行器：
四軸飛行器到地面控制站（GCS）到四軸飛行器：

MavLink是什麼鬼？它是一種通訊協議。當看到這個概念後，大夥就開始畏懼它。這個教程將迫使你深入地領悟它，並通俗易懂地闡述它到底是什麼，它是如何工做的，最重要的是它究竟是如何工做的！！我將試着解釋Mission Planner如何與APM/ PX4通訊，反之亦然。這將有助於你的擴展，並激發你潛在的天才程序員天賦，若是你還沒激發的話！！git

PS. Mission Planner是一款開源的無人機地面站軟件，APM/ PX4則分別爲兩種飛控固件（相似於windows和linux的關係）。而pixhawk是飛控硬件，它能夠安裝上述兩種固件中的任何一個。程序員

本教程假定：github

你是個小白☹我曾經也是，但如今再也不是了!編程
你至少在C語言方面具有必定的編程技能（例如，在C/C++/C#/Java中編寫過簡單的switch cases）。若是你已是專業級，那麼return 0;windows
你很嚴肅地打算去學習知識，由於你將爲此失去一些睡眠！安全

但無論怎樣，請始終保持學習的意願，我衷心但願你永遠不會忘記這一點🙂我能夠開始了嗎？數據結構

我爲你而來，MavLink

Mavlink消息基本上是由Mission Planner（MP）編碼，並經過USB串行或遙測發送到APM的一串字節（二者不能同時使用。若是同時插入，則優先選擇USB，而忽略遙測）。這裏的編碼並無什麼特別之處，只是把數據包放入一個數據結構中，而後經過信道以字節的形式發送出去，同時加上一些錯誤糾正。函數

MavLink消息的結構：

每一個MavLink數據包的長度爲17字節，結構以下：工具

消息長度 = 17 (6 bytes header + 9 bytes payload + 2 bytes checksum)

長度爲6個字節的首部 header 0. message header, 永遠爲 0xFE
1. message length (9) 2. sequence number -- 在 255 和 0 之間輪轉(0x4e，前一個是 0x4d) 3. System ID - 什麼系統在發送這個消息 (1) 4. Component ID- 系統的哪一個組件正在發送消息 (1) 5. Message ID (例如 0 = heartbeat 等等! 別害羞，你也能夠添加..) 可變長的有效負載 Payload (由八位組構成, 範圍是 0..255) ** Payload (咱們感興趣的實際數據) 校驗和 Checksum: 用於錯誤檢測

PS. 「由八位組構成」在原文中是specified in octet 1

（APM以及地面站）軟件所作的事情是，檢查它是否爲一個有效的消息（經過檢查Checksum判斷消息是否已損壞，丟棄已經損壞的消息）。這是遙測的波特率爲何設置爲57,600而不是115,200 bps的緣由之一。該數值越低，軟件容易發生的錯誤就越少，雖然消息更新到地面站的速度會慢一些。若是你想在採用MavLink協議的同時取得更遠點的距離，進一步下降波特率多是一個好主意。然而，須要注意的是，通過測試，57,600bps在理論上能夠經過3DR遙測無線電提供大約一英里半徑的覆蓋範圍。還記得高中時的信噪比（SNIR）的概念嗎?

如今，根據上面的內容，咱們感興趣的東西是：

System ID（亦稱消息的來源）：這是指經過無線遙測或USB端口向APM發送消息的發送源（也就是MP），軟件會按期進行檢查，以確認消息是發送給它的。
Component ID （亦稱系統中的子系統）：主系統中的任何子系統。目前，這裏並無子系統，咱們也沒有真正利用這個字段。
Message ID：標識這是條關於什麼的信息。在本教程中，咱們將其稱爲「主消息（main message）」。
Payload（實際數據）：這就是肉！這就是你想要的！！

MavLink究竟是如何工做的

MavLink啥也不是就是一條消息。MavLink也能夠用於地面機器人，因此微型飛行器鏈路（Micro Aerial Vehicle Link，也就是MavLink）並非一個十分貼切的名字。之因此採起這種方式命名呢，是由於它起始於直升機（若是我沒猜錯的話）。

「消息」是一個包含「常量字節數」（如前所述，即17字節）的數據包。APM（從空中）獲取流字節，將其傳輸到硬件接口（例如，經過UART或遙測），並在軟件中對消息進行解碼。注意，消息包含着咱們即將提取的有效負載（payload）。

咱們對有效負載很感興趣，可是，嘿，和有效負載在一塊兒的是Message ID（見上面），咱們能夠經過它瞭解有效負載表明着什麼。在這以前，先看看程序解釋一切MavLink消息的幾個步驟：

咱們有一個名爲handlemessage (msg)的方法。這個就是你須要學習和了解的方法！在GCS_MavLink.pde中找到它（在Arducopter/ ArduPlane裏）。

PS. 該方法隸屬APM固件的源代碼。GCS_MavLink.pde如今彷佛是這個https://github.com/ArduPilot/ardupilot/blob/8f550ffdd48a3165c115ca24d6ce5227a5f826d1/ArduCopter/GCS_Mavlink.cpp

它基本上是在問信息包：嘿，你是誰？你是爲我而來仍是試圖侵入個人系統？在我給予你許可以前，讓我先讀一下你的系統ID和組件ID。任何使用MavLink的系統都有一個系統ID和組件ID。例如，你的MP和正在飛行的四軸飛行器將具備相同的系統ID。組件ID則用於附加到APM/PX4的「子系統」。

注意：當前，系統ID和組件ID被硬編碼爲相同的。

如今，你僅有一個遙測和一架安裝了APM的直升機，就是這樣，去愉快地飛行吧-不用再考慮其它的！這些東西對多直升機有幫助（在將來），將來將會有不一樣的系統ID🙂
咱們從消息中提取有效負載並放入一個包（packet）中。包是基於一種「信息類型」的數據結構。咱們將再也不使用「消息」一詞，那玩意兒到這裏就結束了。咱們基本上只對由「原始數據」打包而成的包感興趣。
包被放入一個「適當的數據結構」中。有許多數據結構，例如用來存放姿態（俯仰，橫搖，偏航方向）的、GPS的、無線電控制信道的，等等，也就是，把類似的東西組合在一塊兒，造成易於理解的模塊。這些數據結構在發送端和接收端（即在MP端和APM端）「100%徹底相同」。若是不同的話，你的直升機就會在奇怪的時間墜毀！

PS. 無線電控制信道原文中爲RC channel

此外，這也是MavLink GUI生成器大展身手的地方。爲了生成這些數據結構，咱們不須要編寫任何代碼！！嗯，也不徹底是，但只有一點點。

到目前爲止很簡單對不對？若是以爲困難請重讀一遍！！當個笨蛋不要緊的🙂

好了，如今說正事。咱們使用MavLink發送雙向消息。

從地面控制站（GCS）到APM/PX4或從APM/PX4到地面控制站（GCS）。注意，我說的GCS是指Mission Planner（MP）或者QGroundControl（QGC）、DroidPlanner（DP）或者你自定義的與直升機通訊的工具。

地面控制站（GCS）到四軸飛行器：

到目前爲止，咱們知道每一個消息（咱們叫一個包，裏面有對咱們有用的信息）都有一個消息ID和有效負載，並將其放入適當類型的數據結構中。咱們根據主消息（或MAVLINK_MSG_ID_）進行選擇，一旦檢測到特定類型的消息，就會執行一些神奇的操做，好比將接收到的信息存儲到永久內存中，或者執行咱們但願對其執行的任何操做。

截至2013年11月，在Arducopter最新的3.0.1 RC5（候選版本）中，如下是你可能看到的參數。我已經試着列出全部可能的MavLink消息的「主消息」ID。

請注意，在每一個「主消息」類別中（如粗體部分下面的東西）你會找到屬於那個類別的「子消息」，它們基本上與有效負載信息（真正的肉）及其處理方式密切相關。就像「自行車」類別有雅馬哈，鈴木，哈雷戴維森等。我列出了全部的主要信息類別，但只指定了一些子類別。你能夠本身查一下細節🙂由於若是你明白我到目前爲止的意思，你就再也不是個傻瓜了。明白個人意思嗎？

PS. 由於下面的部分，準確含義並不太清楚，因此只選了若干個翻譯。欲看每一個條目的詳情可查看原文：https://diydrones.com/forum/topics/mavlink-tutorial-for-absolute-dummies-part-i?groupUrl=arducopterusergroup

MAVLINK_MSG_ID（主消息塊）：

MAVLINK_MSG_ID_HEARTBEAT：//0

這是最重要的信息。GCS不斷地向APM/PX4發送信息，以肯定它是否與之相連（每1秒一次）。這是爲了確保在更新某些參數時MP與APM是同步的。若是錯過了許多心跳信號，則會觸發故障保護（可能），接着直升機可能着陸、繼續執行任務或返回發射（Returns to launch，也稱爲RTL）。在MP的「配置/設置故障保護選項」下，能夠啓用/禁用故障保護選項。但你不能中止心跳，對嗎？這個名字頗有道理！!
MAVLINK_MSG_ID_REQUEST_DATA_STREAM：//66

請求傳感器，無線電控制信道，GPS位置，狀態，Extra 1/2/3 等數據
MAVLINK_MSG_ID_COMMAND_LONG：//76

無限制懸停（Loiter unlimited），RTL，着陸，任務開始（Mission start），飛控解鎖/鎖定（Arm/Disarm ），從新啓動（Reboot）。

PS. 例如在航前檢查未經過時是禁止直接用commander arm對飛控解鎖的。
SET_MODE： //11

E.g. set_mode(packet.custom_mode);
MAVLINK_MSG_ID_MISSION_REQUEST_LIST： //43
MAVLINK_MSG_ID_MISSION_REQUEST： //40
MAVLINK_MSG_ID_MISSION_ACK： //47
MAVLINK_MSG_ID_PARAM_REQUEST_LIST： //21
MAVLINK_MSG_ID_PARAM_REQUEST_READ： //20
MAVLINK_MSG_ID_MISSION_CLEAR_ALL： //45
MAVLINK_MSG_ID_MISSION_SET_CURRENT： //41
MAVLINK_MSG_ID_MISSION_COUNT： // 44
MAVLINK_MSG_ID_MISSION_WRITE_PARTIAL_LIST： //
MAVLINK_MSG_ID_SET_MAG_OFFSETS： //151
MAVLINK_MSG_ID_MISSION_ITEM： //39
MAVLINK_MSG_ID_PARAM_SET： //23
MAVLINK_MSG_ID_RC_CHANNELS_OVERRIDE： //70
MAVLINK_MSG_ID_HIL_STATE： //90
MAVLINK_MSG_ID_DIGICAM_CONFIGURE： //
MAVLINK_MSG_ID_MOUNT_CONFIGURE： //
MAVLINK_MSG_ID_MOUNT_CONTROL： //
MAVLINK_MSG_ID_MOUNT_STATUS：//
MAVLINK_MSG_ID_RADIO, MAVLINK_MSG_ID_RADIO_STATUS： //

四軸飛行器到地面控制站（GCS）到四軸飛行器：

好吧，我認可，這變得更有趣了。但這其實容易得多。事實上，GCS系統只是你和直升機之間的中介物，它反過來從直升機獲取數據，並顯示在GCS系統上。

若是你打開了Arducopter.pde文件，請查看代碼的這一部分：

PS. Arducopter.pde如今彷佛是這個https://github.com/ArduPilot/ardupilot/blob/master/ArduCopter/Copter.cpp

static const AP_Scheduler::Task scheduler_tasks[] PROGMEM = { . . . . . . { gcs_send_heartbeat, 100, 150 }, { update_notify, 2, 100 }, { one_hz_loop, 100, 420 }, { gcs_check_input, 2, 550 }, { gcs_send_heartbeat, 100, 150 }, { gcs_send_deferred, 2, 720 }, { gcs_data_stream_send, 2, 950 }, . . . . . . . . .

別懼怕。這比呼吸還容易。這就是實時系統概念發揮做用的地方。咱們但願肯定的任務花費肯定的時間，若是到了規定的時間任務仍沒完成，就再也不繼續執行它們了。

第一個參數是函數名，

第二個是「它應該花費的時間」（以10毫秒爲單位，例如2表示20毫秒執行一次，即50赫茲，即該功能每秒運行50次）。

PS. 1s = 1000ms 故 1000 / 20 = 50 ms/次 = 50Hz

第三個參數是「最長執行時間，超出該時間函數就不該繼續運行」。

我以爲這很簡單！你在這裏看到的每個函數，它的將來都是肯定的，運行時間都是一成不變的。這就是爲何咱們在這些討厭的機器上採用實時系統，這能夠保證它的安全，讓其變得可預測而不是不可預測！！

全部這些函數都是爲你精心挑選的，以便讓你知道它們與GCS系統的更新相關。簡單地說，進入每個函數的定義，這些函數將始終能夠在GCS_Mavlink.pde中找到，在那裏GCS系統通訊的實際操做發生了！!

最有趣（也是最重要）的是：

/* * send data streams in the given rate range on both links */
static void gcs_data_stream_send(void) { gcs0.data_stream_send(); if (gcs3.initialised) { gcs3.data_stream_send(); } }

上面所作的事情是，經過鏈路發送數據（gcs0表示經過USB，gcs3表示經過遙測）。若是你再深刻一點，你就會知道，咱們會把這些數據結構發送回GCS系統顯示。

例如，當你用手移動你的直升機時，瞧瞧MP的HUD屏幕發生了什麼？你將看到直升機在屏幕上移動。而且，咱們獲得了每一個時間單位的飛行姿態數據（俯仰、橫搖和偏航）。一樣，咱們還能夠看到IMU數據、GPS數據、電池數據等。