分享一种用于单片机串口的通信协议

嵌入式专栏

关注+星标公众号，不错过精彩内容
作者 | strongerHuang
微信公众号 | strongerHuang

嵌入式开发过程中，UART串口是最常见的一种通信接口。
然而，市面上用于串口的通信协议非常之多，今天来分享一种用于单片机串口的通信协议：MAVLink，并讲述其在应用中的编程原理和思路。
关于MAVLink通信协议
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。它是一种非常轻量级的通信协议，可以在简单的8位单片机上运行。它主要用于与无人机（以及板载无人机组件之间）进行通信。

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

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

（提示：微信公众号不支持外链接，请复制链接到浏览器打开）
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：

l5vrotdutz264091871417.jpg

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）。

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：

uxtxhseynme64091871517.jpg

应用编程主要内容
1、发送和接收说明
利用MAVLink通信协议进行编程，主要实现的功能就是：

1.发送端
将需要发送的数据（如：SysState, BatVol），添加MAVLink通信协议，通过硬件（如：UART、CAN）发送出去。

2.接收端
硬件（如：UART、CAN）接收到的数据，通过MAVLink协议解析，得到一帧完整的MAVLink数据包，提取发送端发送的数据（如：SysState, BatVol），将得到的数据应用到我们程序中。

主要流程：数据 -> MAVLink封装 -> 发送 -> 接收 -> MAVLink解析 ->数据
2.发送和接收流程图

xofhpkzlcuv64091871617.jpg

该流程图是结合我上一篇文章提供的源代码例程画出来，包含的只是主要内容，更多细节没有在流程图中呈现。

提示：
我提供例程是针对初学者提供比较单一发送和接收例程（MDK-ARM和EWARM包含各自的发送和接收工程）。

而实际项目可能会：
1.发送和接收在一个工程；
2.包含操作系统；
3.发送、接收数据FIFO（队列）处理；

所以，实际项目，请按需修改我提供的源码。
MAVLink函数接口详细说明
这一章节讲述发送和接收主要用到的函数接口，请参考我提供的源代码例程理解。为方便初学者理解，我将其分为发送和接收两个部分来讲述。
1. 发送主要函数接口

mdnbj1n0xeg64091871717.jpg

上面是我提供例程的代码，主要讲4个接口。

1.MAVLink_SendTest
这个接口是根据自己情况进行封装函数，用于应用程序调用，这里不多说。

2.mavlink_msg_sys_info_pack
这个函数接口主要目的：将变量信息（SysID、CompID、SysState、BatVol）打包，最终得到MAVLink_Msg这个消息包。

3.mavlink_msg_to_send_buffer
将上一步得到的MAVLink_Msg转换成我们要发送的数据BUF缓存。

4.MAV_USART_SendNByte
这个函数接口也是我自己根据硬件（UART）封装的，如果你是其它硬件通信，只需要封装一个类似的接口（参数具有BUF，LEN）即可。

发送数据的流程：从应用代码 -> 底层硬件（发送出去）。

如果要深入了解，可以先熟悉软件流程，再结合源代码工程，同时参看接口函数具体实现。相信你很快就明白了。
2.接收主要函数接口

q3ofmkxjofp64091871817.jpg

上面是我提供例程的代码（方便截图，去掉了部分），主要讲以上4点内容。
1.MAV_USART_GetByte该函数接口也是硬件底层通信接口，请根据自己情况修改，只需要传递数据（流）进来即可。
2.mavlink_parse_charMAVLink解析是按照一个一个字符进行解析，我们接收到一个字符，就对其进行解析，直到解析完（根据返回标志判断）一帧数据为止。
3.if(MAVLINK_MSG_ID_SYS_INFO == MAVLinkMsg.msgid)这里就是对解析好的一包完整消息进行分类判断吧。其实，我是想说，这个地方还有两个ID需要进行判断，SysID系统ID和CompID部件ID。
我提供例程为方便初学者快速理解，未提供SysID和CompID判断，在后续应用编程中会用到。
4.mavlink_msg_sys_info_get_voltage_battery通过该接口获取消息变量，看图中说明文字，前面是消息，后面是消息变量。
接收数据的流程：从底层硬件（接收数据） -> 应用代码。
以上就是发送和接收的主要函数接口，如果你只是简单的进行通信，这几个接口就够你使用了。当然，更高级的编程应用还需要你进一步掌握其中的内容。
本节提供“MAVLink发送接收例程”例程下载地址：地址：
https://pan.baidu.com/s/1xraErAnmL-BN9CMwE6aQ-A
密码：cusq
（公众号不支持外链接，请复制链接到浏览器打开）
------------ END ------------

ircayjaslvc64091871917.gif

●专栏《嵌入式工具》●专栏《嵌入式开发》●专栏《Keil教程》●嵌入式专栏精选教程
关注公众号回复“加群”按规则加入技术交流群，回复“1024”查看更多内容。
点击“阅读原文”查看更多分享。