2. MAVLink协议基础
MAVLink（Micro Air Vehicle Link）是无人机与地面站、飞控与机载计算机之间最常用的轻量级通信协议。它采用二进制帧格式，开销小、解析快，适合串口、UDP、TCP 等多种链路。理解 MAVLink1 与 MAVLink2 的差异，是后续学习签名与通信安全的前提。
一、核心原理：从 MAVLink1 到 MAVLink2 的演进
MAVLink1 诞生于 2009 年前后，帧头固定为 6 字节，最大载荷 255 字节，使用 8 位消息 ID，最多定义 256 种消息。随着无人机系统复杂度提升，消息种类迅速超过 256 种，且需要更好的扩展性与安全性，MAVLink2 应运而生。
MAVLink2 的核心改进包括：帧头扩展为 10 字节，消息 ID 扩展为 24 位，支持载荷截断（payload truncation）以节省带宽，并引入可选的签名机制（signature）用于消息完整性与来源认证。MAVLink2 向下兼容 MAVLink1，但 MAVLink1 设备无法解析 MAVLink2 帧。
关键结论：MAVLink2 不是简单“加长版”，而是在保持轻量级的同时，解决了消息空间、带宽效率和通信安全三个核心问题。
二、消息帧结构：逐字段拆解
MAVLink 帧由帧头、载荷、校验和（以及 MAVLink2 的可选签名）组成。下面以 MAVLink2 帧为例说明字段含义。
| 字段 | 长度 | 含义 |
|---|---|---|
| STX | 1 字节 | 起始标志，MAVLink1 为 0xFE，MAVLink2 为 0xFD |
| LEN | 1 字节 | 载荷长度，不含签名 |
| INCOMPAT_FLAGS | 1 字节 | 不兼容标志，接收方必须理解才能解析 |
| COMPAT_FLAGS | 1 字节 | 兼容标志，接收方不理解也可忽略 |
| SEQ | 1 字节 | 帧序号，用于丢包检测 |
| SYSID | 1 字节 | 系统 ID，标识飞行器或地面站 |
| COMPID | 1 字节 | 组件 ID，标识系统内具体组件 |
| MSGID | 3 字节 | 消息 ID，MAVLink2 为 24 位 |
| PAYLOAD | 0~255 字节 | 消息数据，按字段顺序排列 |
| CHECKSUM | 2 字节 | CRC-16 校验，覆盖帧头到载荷 |
| SIGNATURE | 13 字节 | 可选，MAVLink2 签名，含链路 ID、时间戳和签名值 |
MAVLink1 帧头为 6 字节：STX、LEN、SEQ、SYSID、COMPID、MSGID（1 字节），没有 INCOMPAT_FLAGS 和 COMPAT_FLAGS，也没有签名。MAVLink2 帧头为 10 字节，消息 ID 扩展为 3 字节。
三、版本差异与典型应用场景
MAVLink1 与 MAVLink2 的主要差异可归纳为以下几点：
- 帧头长度：MAVLink1 为 6 字节，MAVLink2 为 10 字节。
- 消息 ID：MAVLink1 为 8 位，MAVLink2 为 24 位。
- 载荷截断：MAVLink2 支持尾部零字节截断，减少带宽占用。
- 签名机制：MAVLink2 支持 13 字节签名，MAVLink1 不支持。
- 兼容性：MAVLink2 可解析 MAVLink1 帧，反之不行。
典型应用场景方面，MAVLink1 常见于早期飞控、简单遥控链路和低带宽数传；MAVLink2 则广泛用于现代飞控（如 PX4、ArduPilot）、机载计算机通信、多机协同以及需要签名认证的安全链路。
实践提示：在 QGroundControl 或 MAVProxy 中，可通过参数 MAV_PROTO_VER 设置协议版本。若链路两端版本不一致，通常会出现“心跳可见但命令无响应”的现象。
四、案例与排障：一次版本不匹配的复盘
某次外场测试中，地面站发送 MAVLink2 指令，飞控却无响应。抓包发现飞控仅发送 MAVLink1 心跳。原因是飞控固件较旧，仅支持 MAVLink1。将地面站协议版本切换为 MAVLink1 后通信恢复。该案例说明：版本协商不是自动的，必须显式配置或确保双方兼容。
# 查看当前协议版本（MAVProxy 示例）
param show MAV_PROTO_VER
# 设置为 MAVLink2
param set MAV_PROTO_VER 2
# 设置为 MAVLink1
param set MAV_PROTO_VER 1
另一个常见误区是认为 MAVLink2 一定比 MAVLink1 慢。实际上，MAVLink2 的载荷截断和更高效的消息 ID 编码，在高频消息场景下反而可能更省带宽。真正影响性能的是链路质量、消息频率和签名开销。
注意：启用 MAVLink2 签名后，每帧增加 13 字节开销。在低带宽链路中需评估是否值得，或仅对关键指令启用签名。