简述：
上一章我们提到了无人机最关键的部分：飞控。这一章我们详细讨论一下与飞控交互的一个非常重要的协议：mavLink协议MAVLink Developer Guide | MAVLink GuideMAVLink Developer Guide
https://mavlink.io/en/
一、MAVLink协议的基本概念
1.1 协议定义
MAVLink（Micro Air Vehicle Link）是一种为小型飞行器（如无人机）设计的轻量级、高效的消息协议。它旨在实现不同组件（如飞控、地面站、传感器等）之间的数据通信，以保证系统的实时性和可靠性。由于采用二进制消息格式，MAVLink能够在低带宽环境下快速、准确地传输数据。
1.2 设计目标
MAVLink协议的设计目标主要包括：
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轻量级：协议本身占用的资源少，适合在资源受限的嵌入式系统中运行。
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实时性：能够快速传输关键数据，以满足飞行器实时控制的需求。
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跨平台兼容性：支持多种硬件平台和操作系统，方便不同设备之间的通信。
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可扩展性：允许用户自定义消息类型，以适应不同的应用场景。
二、MAVLink协议的消息格式
2.1 消息结构
MAVLink消息由以下几个部分组成：
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起始字节：用于标识消息的开始，通常为固定值。
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消息长度：表示消息的总字节数。
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序列：用于消息排序和丢失检测。
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系统ID：标识发送消息的系统。
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组件ID：标识发送消息的组件。
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消息ID：用于区分不同类型的消息。
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有效载荷：包含具体的数据内容。
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校验和：用于验证消息的完整性。
以下是一个简化的MAVLink消息结构示例：
| 起始字节 | 消息长度 | 序列 | 系统ID | 组件ID | 消息ID | 有效载荷 | 校验和 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 byte | 1 byte | 1 byte | 1 byte | 1 byte | 1 byte | n bytes | 2 bytes |
2.2 消息类型
MAVLink协议定义了多种消息类型，常见的有：
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心跳消息（HEARTBEAT）：用于定期发送系统状态信息，让其他组件知道该系统是否正常运行。
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姿态消息（ATTITUDE）：包含飞行器的姿态信息，如俯仰角、横滚角和偏航角。
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位置消息（GLOBAL_POSITION_INT）：提供飞行器的全球位置信息，包括经纬度、海拔高度等。
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命令消息（COMMAND_LONG）：用于发送控制命令，如起飞、降落、改变飞行模式等。
三、MAVLink协议的通信机制
3.1 单播通信
单播通信是指一个发送者向一个特定的接收者发送消息。在MAVLink中，通过指定接收者的系统ID和组件ID，可以实现单播通信。例如，地面站向特定的无人机发送控制命令时，就采用单播通信方式。
以下是一个使用Java实现MAVLink单播通信的简单示例：
import io.dronefleet.mavlink.MavlinkConnection;
import io.dronefleet.mavlink.MavlinkMessage;
import io.dronefleet.mavlink.common.Heartbeat;
import io.dronefleet.mavlink.util.EnumValue;
import java.io.IOException;
import java.net.Socket;
public class MavlinkUnicastExample {
public static void main(String[] args) {
try {
// 建立与无人机的连接
Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 5760);
MavlinkConnection connection = MavlinkConnection.create(socket.getInputStream(), socket.getOutputStream());
// 创建心跳消息
Heartbeat heartbeat = Heartbeat.builder()
.type(EnumValue.of(1))
.autopilot(EnumValue.of(3))
.baseMode(0)
.customMode(0)
.systemStatus(EnumValue.of(4))
.mavlinkVersion(3)
.build();
// 发送心跳消息到特定的无人机（假设系统ID为1，组件ID为1）
MavlinkMessage<Heartbeat> message = MavlinkMessage.create(1, 1, heartbeat);
connection.send(message);
// 关闭连接
connection.close();
socket.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
3.2 广播通信
广播通信是指一个发送者向所有接收者发送消息。在MAVLink中，广播消息的系统ID通常设置为0，表示该消息是广播消息。例如，无人机发送的状态信息可以采用广播通信方式，让所有连接的地面站都能接收到。
3.3 消息队列与缓冲
为了保证消息的可靠传输，MAVLink协议通常会使用消息队列和缓冲机制。发送方将待发送的消息放入消息队列中，按照一定的顺序进行发送；接收方则使用缓冲区来存储接收到的消息，以便后续处理。
四、MAVLink协议的版本与兼容性
4.1 主要版本
MAVLink协议主要有两个版本：MAVLink 1.0 和 MAVLink 2.0。
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MAVLink 1.0：是早期版本，具有简单、轻量级的特点，但在消息安全性和扩展性方面存在一定的局限性。
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MAVLink 2.0：是MAVLink 1.0的升级版，增加了消息签名、扩展消息长度等功能，提高了消息的安全性和可扩展性。
4.2 版本兼容性
在实际应用中，需要考虑不同版本之间的兼容性问题。MAVLink 2.0 兼容 MAVLink 1.0 的消息格式，因此支持MAVLink 2.0的设备可以接收和处理MAVLink 1.0的消息；但支持MAVLink 1.0的设备无法处理MAVLink 2.0的扩展消息。推荐使用MAVLink2.0，可选择不加密