1. MAVLink协议基础：协议概述、消息格式、CRC校验机制、常见消息类型

各位同学好，我是老张。做无人机飞控系统十几年了，MAVLink 协议几乎天天打交道。说实话，刚入行那会儿我也被它的各种消息类型搞得头晕。但搞懂了基础，后面就顺了。

这一章，咱们先把 MAVLink 的底裤扒清楚。协议概述、消息怎么打包、CRC 怎么算、常见消息有哪些——这些是后面设计指令链的根基。

1.1 协议概述

MAVLink，全称 Micro Air Vehicle Link。说白了，就是无人机和地面站、机载计算机之间聊天用的「黑话」。

它最早由苏黎世联邦理工的 Lorenz Meier 在 2009 年捣鼓出来。现在已经是无人机行业的事实标准了。我参与过的项目，从几十块钱的飞控玩具到几百万的工业无人机，底层通信几乎都跑 MAVLink。

目前主流有两个版本：

1.2 消息格式

MAVLink 的消息格式，其实就是一个精心设计的二进制帧。每一帧都是固定结构，解析起来非常快。你想想看，飞控每秒要处理几百条消息，要是用 JSON 或者 XML，CPU 早烧了。

v2.0 的消息帧结构如下：

+------+------+------+------+------+------+------+------+------+------+------+
| STX  | LEN  | INC  | CMP  | SEQ  | SYS  | COMP | MSG ID (3B) | PAYLOAD | CRC  |
| 1B   | 1B   | 1B   | 1B   | 1B   | 1B   | 1B   | 3B          | 0-255B  | 2B   |
+------+------+------+------+------+------+------+------+------+------+------+

每个字段的含义：

• STX (0xFD)：帧起始标志。v1.0 是 0xFE，v2.0 是 0xFD。解析器看到这个字节就知道新消息来了。
• LEN：Payload 长度。注意，不包括 CRC。
• INC：v2.0 新增的标志位，表示后面是否包含签名等扩展。
• CMP：兼容性标志。我一般直接填 0。
• SEQ：消息序列号。用来检测丢包。我在做中继链路时，就靠这个字段判断哪条路径丢了包。
• SYS / COMP：系统 ID 和组件 ID。用来区分不同的飞控、传感器、地面站。
• MSG ID (3B)：消息 ID。v2.0 支持 0 到 16777215，基本够用了。
• PAYLOAD：消息体。长度可变，0 到 255 字节。
• CRC (2B)：校验和。后面细说。

1.3 CRC校验机制

CRC 校验，说白了就是给消息加个「指纹」。接收方收到后重新算一遍，跟发来的指纹比对。不一样？说明消息在传输中被篡改或损坏了。

MAVLink 用的 CRC 算法是 CRC-16-MAVLINK，基于 CCITT 标准但做了修改。具体来说：

• 多项式：0x1021（x^16 + x^12 + x^5 + 1）
• 初始值：0xFFFF
• 结果异或值：0x0000（不额外异或）
• 输入数据不反转，结果也不反转

嗯，这里要注意：MAVLink 的 CRC 计算范围包括 整个帧头 + Payload，但不包括 STX 和 CRC 本身。另外，v2.0 还会把 INC 和 CMP 字段也纳入计算。

我曾经在调试一个数传链路时，发现地面站老是报 CRC 错误。查了半天，原来是数传模块的缓冲区溢出了，把最后两个字节截掉了。从那以后，我写解析器时都会先检查 CRC，再处理消息。

CRC 计算的伪代码示例：

uint16_t crc_calculate(const uint8_t* buf, uint16_t len, uint8_t extra_crc) {
    uint16_t crc = 0xFFFF;
    for (uint16_t i = 0; i < len; i++) {
        crc = _crc_ccitt_update(crc, buf[i]);
    }
    crc = _crc_ccitt_update(crc, extra_crc);
    return crc;
}

1.4 常见消息类型

MAVLink 定义了上百种消息类型。但日常航点任务中，常用的其实就十几条。我把它们分成几类：

这里我重点提一下 HEARTBEAT。它是 MAVLink 里最重要的消息，没有之一。地面站靠它判断飞控是否在线，飞控靠它广播自己的类型和状态。我见过有人把心跳间隔设成 10 秒，结果地面站频繁报「连接丢失」。我的习惯是设 1 秒，稳定又省带宽。

另外，MISSION_ITEM 是航点任务的核心。它包含：

• 经纬度、海拔
• 动作类型（悬停、拍照、投掷等）
• 参数（悬停时间、拍照间隔等）
• 坐标系（WGS84、相对海拔等）

后面几章我们会深入拆解 MISSION_ITEM 的每个字段，以及如何把它们串成一条完整的指令链。

1.5 本章知识体系

为了让你更直观地理解 MAVLink 协议的整体结构，我画了张图：

这张图把本章的知识点串起来了。你可以看到，协议概述、消息格式、CRC 校验、常见消息这四块是并列关系，但都围绕着同一个核心——MAVLink 协议本身。后面的课程，我们会一层层往下挖。