Mavlink地面站编写--协议分析
下面是mavlink的消息简介和官方指导连接：
https://pixhawk.ethz.ch/mavlink/
http://qgroundcontrol.org/mavlink/start
1.1 mavlink消息结构分析：
MAVLINK的传输基本单位是消息帧，一帧的数据长度8bytes到263bytes不等
图1.1
如图所示的消息帧结构，除了灰色外，其他格子都代表一个字节的数据，灰色格子里面的数据长度是不固定的。下面是每个消息帧的详细解释：
图1.2
上文中已经提到了在mavlink消息帧里最重要的两个东西，一个是msgid；一个是payload，前者是payload中内容的编号，后者则存放了消息。消息有许多种类型，在官网的网页中中以蓝色的“#”加数字的方式来表示消息的编号如 “#0”（这样的表示方法应该是为了方便在网页中查找相应编号消息的定义）。在官网介绍网页里往下拉，大概拉到二分之一的位置处，开始出现“MAVLink Messages”的介绍，往下看是各种消息的数据组成说明。下面将以几个消息为例，讲解mavlink消息
图1.2
如图所示这是一个APM2.8的控制板输出的一帧心跳包数据，其固件是无人车的固件，可以详细的看到包开始标志，有效载荷长度，消息ID等等。从结构来讲还是比较简单的。这是一个心跳包的一帧数据，因为他的消息ID是00就代表这是一帧心跳包。
心跳包结构如下:
图1.3
Type表示设备类型在MAV_TYPE有定义可以在https://pixhawk.ethz.ch/mavlink/ 的网页中搜索到，从图1.2可以看到，10是第一位的数据值，那么10在MAV_TYPE代表Ground rover(地面车辆)，这个数据就是从地面车辆的固件里面发出的。同理分析这9个字节所代表的含义可以知道心跳包所代表的含义。在上面网站的文档中可以分析到蓝色(#0,#1,#2)
这样的数据就是代表数据包。在文档的1/2处往后都可以看到，一共有254条消息类型。
第二个参数是自驾仪（即通常所说的飞控）类型，比如apm，ppz，Pixhawk等飞控，具体定义查找和之前查找飞行器类型时的方法一样。同样的，对于发送心跳包的飞行器来说代表了自己的飞控类性，对地面站发出的心跳包来说意义不大。
第三个参数是基本模式（base mode），是指飞控现在处在哪个基本模式，对于发心跳包的地面站来说没有意义，对于发送心跳包的飞控来说是有意义的。这个参数要看各个飞控自己的定义方式，mavlink介绍网页并不会给出具体的模式。在Pixhawk中基本模式可以分为使用用户模式（custom mode）还是基本模式（这里有点绕，其实是就是是否使用用户模式）。使用用户模式将在讲下个参数时说明，使用基本模式又会分为自动模式（auto），位置控制模式（posctl）和手动模式（manual）。一般情况下都会使用用户模式，普通用户不用关心这个参数。
第四个参数是用户模式（custom mode），大概说一下Pixhawk的用户模式。以多轴为例。它分为主模式（main mode）和子模式（sub mode），两种模式组合在一起成为最终的模式，主模式分为3种，手动（manual），辅助（assist），自动（auto）。手动模式类似apm的姿态模式。在辅助模式中，又分为高度控制模式（altctl）和位置控制模式（posctl）两个子模式，高度控制模式就类似apm的定高模式，油门对应到飞行器高度控制上。位置模式控制飞行器相对地面的速度，油门和高度控制模式一样，yaw轴控制和手动模式一样。自动模式里又分为3个子模式，任务模式（mission），留待模式（loiter），返航模式（return），任务模式就是执行设定好的航点任务，留待模式就是gps悬停模式，返航模式就是直线返回home点并自动降落。在apm里这个参数貌似是没有用的，注意这个数据占了4个字节，在Pixhawk中，前两个字节（低位）是保留的，没有用，第三个字节是主模式，第四个字节是子模式。
以上是心跳包的分析，还有很多其他的数据包的分析类似，请自行翻阅官方指导文件。
大概知道了mavlink协议之后呢，我们就可以用MAVLINK结合APM2.8来实现一个APM的地面站。参考Mission Planner的地面站，Mission Planner是采用C#言语，基于C#的易用性，我们也采用C#语言。不过在编写一个简版的地面站以前。我们可以参考Mission Planner的构架，我们可以安装好VS2013，编译一下Mission Planner源码，如果有能力，可以修改Mission Planner源码。MP地面站的编译方法已经在另一篇文章中详细讲述过，编译完了之后有个SimpleExample的简单代码例程在MP的源码中，我们可以分析下这简单的代码，这个简单的代码是引用了MAVLINK的库，具体位置在MissionPlanner-master\ExtLibs\Mavlink中，如果我们要用只要在新建的工程里面引用即可，知道MAVLINK是怎么解析的。
MAVLINK解析示例
主代码如下：
namespace SimpleExample
{
public partial class simpleexample : Form
{
MAVLink.MavlinkParse mavlink = new MAVLink.MavlinkParse();//MAVLINK解析包函数，通过这个函数从串口得到一帧的数据
bool armed = false;
public simpleexample()
{
InitializeComponent();
}
private void but_connect_Click(object sender, EventArgs e)
{
// if the port is open close it
if (serialPort1.IsOpen)
{
serialPort1.Close();
return;
}
// set the comport options
serialPort1.PortName = CMB_comport.Text;//打开串口
serialPort1.BaudRate = int.Parse(cmb_baudrate.Text);
// open the comport
serialPort1.Open();
// set timeout to 2 seconds
serialPort1.ReadTimeout = 2000;
// request streams - asume target is at 1,1
mavlink.GenerateMAVLinkPacket(MAVLink.MAVLINK_MSG_ID.REQUEST_DATA_STREAM,
new MAVLink.mavlink_request_data_stream_t()
{
req_message_rate = 2,
req_stream_id = (byte)MAVLink.MAV_DATA_STREAM.ALL
start_stop = 1,
target_component = 1,
target_system = 1
});//设置mavlink数据缓冲区格式
while (serialPort1.IsOpen)
{
try
{
// try read a hb packet from the compo
var hb = readsomedata<MAVLink.mavlink_heartbeat_t>();//读取一帧心跳数据包
var att = readsomedata<MAVLink.mavlink_attitude_t>();//读取一帧姿态包
Console.WriteLine(att.pitch*57.2958 + " " + att.roll*57.2958);//写入命令行
}
catch{
}
System.Threading.Thread.Sleep(1);
Application.DoEvents();
}
}
T readsomedata<T>(int timeout = 2000)//读取数据函数
{
DateTime deadline = DateTime.Now.AddMilliseconds(timeout);
// read the current buffered bytes
while (DateTime.Now < deadline)
{
var packet = mavlink.ReadPacketObj(serialPort1.BaseStream);//读出一帧数据
if (packet == null)
continue;
Console.WriteLine(packet);//打印在控制台
if (packet.GetType() == typeof(T))
{
return (T)packet;//从一帧MAVLINK数据中返回T类型的数据，T类型是在调用处指定的可以是心跳包，或者姿态包等等。
}
}
throw new Exception("No packet match found");
}
MAVLink.MavlinkParse mavlink 最重要的是这个类，这个类是解析一帧数据包用的，我们来分析下
public partial class MAVLink
{
public static void ReadWithTimeout
public byte[] ReadPacket
public object ReadPacketObj//读取一包数据
public byte[] GenerateMAVLinkPacket//生成一个MAVLINK包，可以同个这个函数来生成读取数据包或者写命令数据包，在解析数据和读取MAVLINK数据之前都要先调用这个函数，生成一个空包，以便放入数据或者写入数据，相当于开辟一个MAVLINK数据缓冲区。
}
以上的程序运行如下：
图1.4 读取MAVLINK数据包
可以看到在
var hb = readsomedata<MAVLink.mavlink_heartbeat_t>();
var att = readsomedata<MAVLink.mavlink_attitude_t>();
在mavlink_heartbeat_t这个类中有心跳包的成员变量六个。
在MAVLink.mavlink_attitude_t这类中有姿态成员变量。我们可以在VS里面清楚的看到。所以如果我们想读取心跳包和姿态包，就可以使用上面的方法来获取心跳和姿态，很方便。通过上面的代码，我们就可以从APM的串口MAVLINK数据流中解析出想要的数据。我们想读取其他数据，在readsomedata中写入不同的形参即可，具体还有其他什么形参可以在VS里面查看。如果我们要更复杂的界面，做出专业的地面站，就去布局控件即可，不过还是比较复杂的，可以参考MP地面站。
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