rt-thread 解析sbus协议源码分享

一、sbus协议介绍
二、源码分享

一、sbus协议介绍

SBUS协议（Serial Bus）是一种专为遥控模型（如无人机、航模）设计的串行通信协议，由Futaba公司开发。它主要用于从接收器向伺服器、飞控或其他设备传输多通道控制数据，具有高效、低延迟的特点。下面我将逐步解释其核心内容，确保解释清晰可靠。

1、协议概述

SBUS是一种单向异步串行协议，采用负逻辑（即高电平表示逻辑0，低电平表示逻辑1），这有助于减少噪声干扰。
工作波特率固定为 100 kbps 100\,\text{kbps} 100kbps（千比特每秒），数据帧结构紧凑，支持最多16个通道。
应用场景：常见于RC（遥控）系统中，用于传输舵机位置、油门等控制信号，实现实时响应。

2、工作原理

SBUS基于标准的UART（通用异步收发器）通信，但逻辑反转：

数据发送：接收器将通道数据打包成帧，通过单线传输到伺服器。
时序特性：每帧数据以固定间隔发送（通常 5 ms 5\,\text{ms} 5ms到 10 ms 10\,\text{ms} 10ms），确保低延迟。最小单位时间由波特率决定，计算式为：
T bit = 1 100000 s = 10 μ s T_{\text{bit}} = \frac{1}{100000} \,\text{s} = 10\,\mu\text{s} Tbit=1000001s=10μs
其中 T bit T_{\text{bit}} Tbit是每个比特的持续时间。
同步机制：使用起始位和停止位进行帧同步，数据格式包括8个数据位、偶校验位和2个停止位。

3、数据格式

每帧SBUS数据固定为25字节，结构如下：

起始字节 ：固定为 0 x 0 F 0\text{x}0\text{F} 0x0F（十六进制），标识帧开始。
通道数据 ：22字节主体，包含16个通道的值。每个通道用11位表示，值范围为 0 0 0到 2047 2047 2047（因为 2 11 = 2048 2^{11} = 2048 211=2048）。
- 例如，通道1的值存储在字节1到字节2的部分比特中，计算式为：
  Value ch1 = Byte 1 + ( Byte 2 ≪ 8 ) （移位操作） \text{Value}_{\text{ch1}} = \text{Byte}_1 + (\text{Byte}_2 \ll 8) \quad \text{（移位操作）} Valuech1=Byte1+(Byte2≪8)（移位操作）
  这里 ≪ \ll ≪表示左移运算符。
标志字节：1字节，用于错误检测或特殊标志（如信号丢失标志）。
结束字节 ：固定为 0 x 00 0\text{x}00 0x00，标识帧结束。

数据解析示例：

假设接收数据帧：起始字节后，字节1为 0 x 7 F 0\text{x}7\text{F} 0x7F，字节2为 0 x 03 0\text{x}03 0x03，则通道1值计算为：
Value ch1 = 127 + ( 3 × 256 ) = 895 \text{Value}_{\text{ch1}} = 127 + (3 \times 256) = 895 Valuech1=127+(3×256)=895
值 895 895 895对应舵机的中位位置。

4、协议特点

优点：
- 高分辨率：11位通道值提供 2048 2048 2048级精度，比传统PWM（脉宽调制）更精细。
- 低延迟：帧间隔短，典型延迟低于 10 ms 10\,\text{ms} 10ms。
- 多设备支持：单总线可连接多个伺服器，减少布线复杂度。
缺点：
- 单向通信：不支持设备回传数据。
- 兼容性问题：需硬件支持负逻辑，不兼容标准TTL电平。

5、应用实例

SBUS广泛应用于无人机飞控、航模遥控系统中：

在飞控中，SBUS接收器解码数据后，输出控制信号到电机和舵机。
典型设置：遥控器发送指令，接收器通过SBUS线传输到飞控板，飞控板解析数据后执行动作。

二、源码分享

cpp 复制代码

/************************************************* 
* @copyright: 
* @author:Xupeng
* @date:2022-11-03
* @description: 
**************************************************/  
#include "sbus.h"


#define DBG_TAG    "sbus"
#define DBG_LVL    DBG_LOG
#include <rtdbg.h>


#define SBUS_UART_NAME       "uart3"      /* 串口设备名称 */

/* 用于接收消息的信号量 */

static rt_device_t sbusSerial;


static rt_uint8_t recBuf[50];
static rt_uint8_t recCnt = 0;

rt_uint16_t sbusVal[SBUS_CH_MAX] = {1000,1000,1000,1000,1000,1000,1000,1000,1000,1000,1000,1000,1000,1000,1000,1000};
rt_uint8_t sbusIsOk = 0;
/************************************************* 
* @function:static rt_err_t uart_input(rt_device_t dev, rt_size_t size)       
* @description: 接收数据
* @calls:          
* @input:                    
* @return:       
* @others:       
*************************************************/ 
static rt_err_t sbus_input(rt_device_t dev, rt_size_t size)
{
	uint8_t readLen; 
	readLen = rt_device_read(sbusSerial, 0, &recBuf[recCnt], size);

	if(recBuf[0] == 0x0f)
	{
		recCnt += readLen;
	}
	
    if(recCnt >= 25)
    {
        if(recBuf[0] != 0x0f || recBuf[23] !=0)
        {
            recCnt = 0;   
			recBuf[0] = 0x00;			
        }
        else
        {
			sbusVal[0] 	 = ((rt_uint16_t)recBuf[ 1] >> 0 | ((rt_uint16_t)recBuf[ 2] << 8 )) & 0x07FF;
			sbusVal[1]   = ((rt_uint16_t)recBuf[ 2] >> 3 | ((rt_uint16_t)recBuf[ 3] << 5 )) & 0x07FF;
			sbusVal[2]   = ((rt_uint16_t)recBuf[ 3] >> 6 | ((rt_uint16_t)recBuf[ 4] << 2 ) | (rt_uint16_t)recBuf[ 5] << 10 ) & 0x07FF;
			sbusVal[3]   = ((rt_uint16_t)recBuf[ 5] >> 1 | ((rt_uint16_t)recBuf[ 6] << 7 )) & 0x07FF;
			sbusVal[4]   = ((rt_uint16_t)recBuf[ 6] >> 4 | ((rt_uint16_t)recBuf[ 7] << 4 )) & 0x07FF;
			sbusVal[5]   = ((rt_uint16_t)recBuf[ 7] >> 7 | ((rt_uint16_t)recBuf[ 8] << 1 ) | (rt_uint16_t)recBuf[9] << 9 ) & 0x07FF;
			sbusVal[6]   = ((rt_uint16_t)recBuf[ 9] >> 2 | ((rt_uint16_t)recBuf[10] << 6 )) & 0x07FF;
			sbusVal[7]   = ((rt_uint16_t)recBuf[10] >> 5 | ((rt_uint16_t)recBuf[11] << 3 )) & 0x07FF;
			sbusVal[8]   = ((rt_uint16_t)recBuf[12] << 0 | ((rt_uint16_t)recBuf[13] << 8 )) & 0x07FF;
			sbusVal[9]   = ((rt_uint16_t)recBuf[13] >> 3 | ((rt_uint16_t)recBuf[14] << 5 )) & 0x07FF;
			sbusVal[10]  = ((rt_uint16_t)recBuf[14] >> 6 | ((rt_uint16_t)recBuf[15] << 2 ) | (rt_uint16_t)recBuf[16] << 10 ) & 0x07FF;
			sbusVal[11]  = ((rt_uint16_t)recBuf[16] >> 1 | ((rt_uint16_t)recBuf[17] << 7 )) & 0x07FF;
			sbusVal[12]  = ((rt_uint16_t)recBuf[17] >> 4 | ((rt_uint16_t)recBuf[18] << 4 )) & 0x07FF;
			sbusVal[13]  = ((rt_uint16_t)recBuf[18] >> 7 | ((rt_uint16_t)recBuf[19] << 1 ) | (rt_uint16_t)recBuf[20] << 9 ) & 0x07FF;
			sbusVal[14]  = ((rt_uint16_t)recBuf[20] >> 2 | ((rt_uint16_t)recBuf[21] << 6 )) & 0x07FF;
			sbusVal[15]  = ((rt_uint16_t)recBuf[21] >> 5 | ((rt_uint16_t)recBuf[22] << 3 )) & 0x07FF;
			sbusIsOk ++;
			recCnt = 0;
			recBuf[0] = 0x00;
        }
    }

    return RT_EOK;
}


/************************************************* 
* @function:void sbus_init()        
* @description: 初始化SBUS 
* @calls:          
* @input:                    
* @return:       
* @others:       
*************************************************/ 
int sbus_init()
{	
	
	struct serial_configure config = RT_SERIAL_CONFIG_DEFAULT;  /* 初始化配置参数 */
	rt_err_t res;
	
	sbusSerial = rt_device_find(SBUS_UART_NAME);
	if (!sbusSerial)
    {
        LOG_E("find %s failed!", SBUS_UART_NAME);
        return RT_ERROR;
    }
	config.baud_rate = BAUD_RATE_100000;      //修改波特率为 100000
	config.data_bits = DATA_BITS_9;           //数据位 9
	config.stop_bits = STOP_BITS_1;           //停止位 1
	config.bufsz     = 128;                   //修改缓冲区 buff size 为 128
	config.parity    = PARITY_EVEN;            //偶校验位


	res = rt_device_control(sbusSerial, RT_DEVICE_CTRL_CONFIG, &config);	
	if(res != RT_EOK)
	{
		LOG_E("commit control err!");
        return RT_ERROR;
	}
	
	res = rt_device_open(sbusSerial, RT_DEVICE_OFLAG_RDONLY|RT_DEVICE_FLAG_INT_RX);
	if(res != RT_EOK)
	{
		LOG_E("commit open err!");
        return RT_ERROR;
	}	
	res = rt_device_set_rx_indicate(sbusSerial, sbus_input);
	if(res != RT_EOK)
	{
		LOG_E("commit set indicate err!");
        return RT_ERROR;
	}	

	return RT_EOK;
}

INIT_PREV_EXPORT(sbus_init);


/************************************************* 
* @function:static void show_sbus()      
* @description: 打印输出sbus信号
* @calls:          
* @input:                    
* @return:       
* @others:       
*************************************************/ 
static void show_sbus(uint8_t argc, char *argv[])
{
	uint8_t count = 0;
	if(argc > 2)
	{
		rt_kprintf("please input correct para(0-255)!\r\n");
		return;
	}
	else if(argc == 2)
		count = atoi(argv[1]);
	else 
		count = 20;
	

	while(count-- > 0)
	{
		for(uint8_t i=0;i<SBUS_CH_MAX/2;i++)
		{
			rt_kprintf("ch%d:%4d  ",i+1,sbusVal[i]);
		}
		rt_kprintf("\r\n");
		rt_thread_mdelay(500);
	}
}
MSH_CMD_EXPORT_ALIAS(show_sbus,sbus,show sbus value);