MAVLink学习之路01_认识MAVLink

MAVLink最新全套教程:
1.MAVLink学习之路01_认识MAVLink
2.MAVLink学习之路02_工具下载、环境搭建
3.MAVLink学习之路03_XML中定义MSG并生成C代码
4.MAVLink学习之路04_MAVLink移植到STM32具体步骤
5.MAVLink学习之路05_MAVLink应用编程接口分析
······

该系列教程已经在我的个人微信公众号 「strongerHuang」 整理并分享。因在这里分享文章,还需单独整理一遍,时间有限,就不再一一重复整理出来了。

想要查看更多相关教程,可以关注我的个人微信公众号「strongerHuang」,在公众号底部菜单,或者回复【MAVLink学习之路】即可查看。

申明:该文档由作者「strongerHuang」原创发布,仅供个人学习使用,转载请公众号联系作者授权。版权所有,禁止商用

一、写在前面

1.MAVLink是一种非常轻量级的通信协议,在简单的8位单片机上也可以运行。

2.MAVLink的初衷主要是用于无人机上,但它的通用性和可移植性非常好,它也可以应用于其它很多场合。

3.MAVLink的设计方式值得学习通信的朋友研究一下。

因此,学习无人机开发、学习通信原理、需要实现设备间通信的朋友都值得参看本文。

二、关于MAVLink

2.1 描述

MAVLink:Micro Air Vehicle Link,即微型飞行器连接通信协议,于2009年初由Lorenz Meier首次发布。

Mavlink协议是在串口通讯基础上的一种更高层的开源通讯协议。

MAVLink是一种非常轻量级的通信协议,主要用于与无人机(以及板载无人机组件之间)进行通信。

2.2 主要特征

1.效率很高
MAVLink V1每帧最少只有8个字节的数据,包括帧头和数据包丢弃检测;
MAVLink V2每帧最少只有14个字节的数据(是一个更加安全和可扩展的协议);

2.非常可靠
自2009年以来,MAVLink一直被用于在各种不同且具有挑战性的通信信道上的许多不同车辆,地面站(和其他节点)之间进行通信。它提供了检测数据包丢失,损坏和数据包身份验证的方法。

3.支持多种编程语言
可在多种MCU(如:STM32、Atmega、ARM7)和操作系统(如:Windows,Linux,MacOS,Android和iOS)上运行。

4.支持网络上最多255个并发系统

2.3 参考网址

官网:https://mavlink.io/en

地面站:http://qgroundcontrol.org/mavlink/start

维基百科:https://en.wikipedia.org/wiki/MAVLink

三、MAVLink协议格式

目前MAVLink有两个版本:V1和V2版本,差异及详情请看下图:

MAVLink V2是V1的拓展版本,是一个更加安全和可扩展的协议。

由于市面上应用较广的还是V1版本,且支持的编程语言也是V1多余V2。因此,接下来(MAVLink学习之路)我都会结合MAVLink V1来讲述(学会V1,V2和容易就掌握了)。

3.1 MAVLink V1格式

MAVLink通信内容包含常见通信协议帧头、帧尾、长度、校验等。协议格式及详情见下图:

四、MAVLink使用方法和步骤

MAVLink之所以受广大无人机开发朋友的喜爱,原因就在于MAVLink移植方便、操作简单,以及它的兼容性很好(当然,这些都是它的优点,缺点肯定也是有的)。

要想使用MAVLink,一些基本的操作肯定还是得有。方便初学者对MAVLinK有进一步的认识,我先罗列主要步骤。

4.1 主要步骤

1.下载相应安装包及工具

2.环境搭建

3.通过xml配置MSG

4.移植到STM32

5.结合实例应用编程

当然,以上几点只是概要内容,详细的内容请查看该系列教程后面文章。

五、说明

1.因IAR各种IDE针对的处理器差异较大,所以关于节点选项的配置差异也较大。本文讲述关于EWSTM8的许多节点选项可能在其他IDE中没有。
2.版权所有,禁止商用
3.该文档由作者「strongerHuang」原创发布,仅供个人学习使用,转载请公众号联系作者授权。

六、最后

为了方便大家平时公交、地铁、外出办事也能用手机随时随地查看该教程,该系列教程已更新于我的个人微信公众号 「strongerHuang」 ,关注微信公众号回复【MAVLink学习之路】即可查看。

我的微信公众号(ID:strongerHuang)还在分享STM8、STM32、Keil、IAR、FreeRTOS、UCOS、RT-Thread、CANOpen、Modbus…等更多精彩内容,如果想查看更多内容,可以关注我的微信公众号。

<think>好的,我现在需要帮助用户理解他们提供的C++代码片段,特别是关于如何用这种方法对CAN协议的数据帧(frame)进行解包。首先,我需要仔细分析用户的问题和他们提供的代码。 用户之前询问过如何解析CAN协议接收到的数据,并复制到结构体中,现在他们又给了一个新的函数`mavlink_msg_attitude_quaternion_decode`,询问用这种方法对frame解包。看起来用户可能是在使用MAVLink协议进行通信,而他们想将这种方法应用到自己的CAN数据解析中,或者想比较这两种方法的不同。 首先,我需要理解这个MAVLink解码函数的结构。该函数有两个分支:一个是在需要字节交换或未对齐字段时使用逐个成员赋值的方法,另一个是直接使用memcpy复制数据。这可能涉及到MAVLink协议中的消息解码机制,特别是如何处理不同字节序和对齐的问题。 用户可能想知道这种解码方法与他们之前使用的结构体解析方法有何异同,以及如何将这种技术应用到他们自己的CAN数据解析中。需要解释MAVLink的解码策略,特别是字节序处理、内存对齐、安全措施,以及如何确保数据正确解析到结构体中。 接下来,我需要考虑用户可能的背景。他们可能正在开发嵌入式系统或无人机相关项目,使用CAN或MAVLink协议进行通信。他们可能需要优化数据解析的效率,或者确保跨平台兼容性。用户可能对如何正确处理字节序、内存对齐以及如何安全地复制数据到结构体感兴趣。 需要解释MAVLink函数中的两个分支:当需要字节交换或字段未对齐时,逐个获取数据并赋值,否则直接内存复制。这与用户之前使用的结构体复制方法有相似之处,但MAVLink的方法更动态,可能适应不同平台和协议需求。 此外,用户可能关心为什么MAVLink使用这种混合方法,以及如何在自己的代码中应用类似的技术。需要强调字节序处理的重要性,特别是在不同架构(如小端和大端)之间传输数据时,必须进行适当的转换,否则会导致数据错误。 还需要提到内存对齐的问题,使用#pragma pack可以确保结构体与原始数据的内存布局一致,避免填充字节导致的错位。而MAVLink的ALIGNED_FIELDS可能涉及到类似的处理,确保结构体字段对齐方式与协议定义一致。 最后,用户可能需要建议,如何选择逐个赋值还是直接内存复制。直接复制效率高,但需要严格的结构体匹配和正确的字节序;逐个赋值更安全,但代码量更大。MAVLink的做法是在可能的情况下使用内存复制,否则回退到逐个处理,这可能是一种平衡效率和可移植性的方法。 总结来说,我需要将MAVLink的解码方法分解,解释其各个部分的作用,并与用户之前的CAN解析方法对比,指出异同点,以及如何应用类似的策略到他们的项目中。同时,提醒用户注意字节序、内存对齐和安全措施,确保他们的解析代码正确可靠。</think>以下是对MAVLink消息解码方法的逐层解析,及其与CAN协议数据解析的对比分析: --- ### **一、MAVLink解码方法解析** ```cpp static inline void mavlink_msg_attitude_quaternion_decode( const mavlink_message_t* msg, mavlink_attitude_quaternion_t* attitude_quaternion) { #if MAVLINK_NEED_BYTE_SWAP || !MAVLINK_ALIGNED_FIELDS // 逐字段赋值(需要字节序转换或字段未对齐时) attitude_quaternion->time_boot_ms = mavlink_msg_attitude_quaternion_get_time_boot_ms(msg); attitude_quaternion->q1 = mavlink_msg_attitude_quaternion_get_q1(msg); // ...其他字段类似 #else // 直接内存拷贝(字段对齐且字节序匹配时) uint8_t len = msg->len < MAVLINK_MSG_ID_ATTITUDE_QUATERNION_LEN? msg->len : MAVLINK_MSG_ID_ATTITUDE_QUATERNION_LEN; memset(attitude_quaternion, 0, MAVLINK_MSG_ID_ATTITUDE_QUATERNION_LEN); memcpy(attitude_quaternion, _MAV_PAYLOAD(msg), len); #endif } ``` #### **关键设计思想** 1. **双重解码路径** - **条件编译分支**:根据`MAVLINK_NEED_BYTE_SWAP`(是否需要字节序转换)和`MAVLINK_ALIGNED_FIELDS`(字段内存是否对齐)选择解码方式 - **高效与兼容性平衡**:直接内存拷贝效率更高,逐字段赋值兼容性更好 2. **字节序处理** ```cpp // 示例:从消息中获取大端序数据并转换为本地字节序 static inline float mavlink_msg_attitude_quaternion_get_q1(const mavlink_message_t* msg) { return _MAV_RETURN_float(msg, 4); // 内部自动处理字节序转换 } ``` - MAVLink协议默认使用**网络字节序(大端)** - `_MAV_RETURN_xxx`宏自动处理字节序转换 3. **内存安全措施** ```cpp uint8_t len = msg->len < MAVLINK_MSG_ID_ATTITUDE_QUATERNION_LEN ? msg->len : MAVLINK_MSG_ID_ATTITUDE_QUATERNION_LEN; memset(attitude_quaternion, 0, MAVLINK_MSG_ID_ATTITUDE_QUATERNION_LEN); ``` - 防止缓冲区溢出 - 清零未初始化区域 --- ### **二、对比CAN协议数据解析** #### **相似之处** | 特性 | MAVLink方法 | 用户之前的CAN解析方法 | |---------------------|------------------------------|---------------------------| | 结构体映射 | `mavlink_attitude_quaternion_t` | `SourceFrame`/`DestFrame` | | 内存操作 | `memcpy`直接拷贝 | `memcpy`或逐成员赋值 | | 字节序处理 | 自动转换 | 手动`__builtin_bswap16` | #### **核心差异** 1. **协议抽象层** ```cpp // MAVLink的标准化接口 mavlink_msg_attitude_quaternion_decode(msg, &data); // CAN解析的直接操作 memcpy(&dest, rawData, sizeof(SourceFrame)); ``` 2. **错误处理机制** - MAVLink通过`msg->len`检查数据长度 - 用户代码未显式处理数据长度异常 3. **可扩展性** - MAVLink通过代码生成器自动生成编解码函数 - 用户代码需手动维护结构体映射 --- ### **三、对CAN协议解析的改进建议** #### 1. **增加协议抽象层** ```cpp // 定义统一解码接口 bool can_frame_decode(const uint8_t* raw, CanFrame* frame) { if (raw == nullptr || frame == nullptr) return false; // 添加长度校验 if (raw[0] < CAN_FRAME_MIN_LENGTH) return false; // 使用MAVLink风格的条件编译 #if CAN_NEED_BYTE_SWAP // 逐字段解码 #else memcpy(frame, raw, sizeof(CanFrame)); #endif return true; } ``` #### 2. **增强字节序处理** ```cpp // 定义通用转换宏 #define CAN_SWAP16(x) __builtin_bswap16(x) #define CAN_SWAP32(x) __builtin_bswap32(x) // 示例:处理16位数据 frame->data7 = CAN_IS_BIG_ENDIAN ? raw[6] << 8 | raw[7] : CAN_SWAP16(*(uint16_t*)&raw[6]); ``` #### 3. **添加安全校验** ```cpp // 静态断言确保结构体尺寸 static_assert(sizeof(CanFrame) == 8, "CAN Frame size mismatch"); // 运行时长度校验 if (raw_data_length < sizeof(CanFrame)) { LOG_ERROR("Incomplete CAN frame"); return; } ``` --- ### **四、两种方法的适用场景** | 场景 | MAVLink式解码 | 直接结构体映射 | |-----------------------|--------------------------|-------------------------| | 跨平台需求 | ✅ 自动适应字节序 | ❌ 需手动处理 | | 协议字段频繁变更 | ✅ 代码生成器维护 | ❌ 需手动更新结构体 | | 高性能要求 | ⚠️ 条件编译影响效率 | ✅ 直接内存操作高效 | | 嵌入式资源受限环境 | ⚠️ 需要较多宏定义 | ✅ 代码更简洁 | --- ### **五、验证示例** ```cpp // 测试字节序转换 TEST(CANParser, Endianness) { uint8_t test_data[] = {0x12, 0x34, 0x56, 0x78}; CanFrame frame; can_frame_decode(test_data, &frame); // 验证16位数据 ASSERT_EQ(frame.data7, 0x3412); // 小端模式下预期值 } ``` 通过借鉴MAVLink的设计模式,可以显著提升CAN协议解析的健壮性和可维护性。实际选择需权衡开发效率、运行性能与目标平台特性。
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