关于mavlink协议及环境配置

MAVLink2.0 协议介绍

• 24 位消息 ID - 在方言中允许超过 1600 万个唯一消息定义（MAVLink 1 限制为 256）

• 数据包签名 - 验证消息是由可信系统发送的。

• 消息扩展 - 将新字段添加到现有 MAVLink 消息定义中，而不会破坏尚未更新的接收器的二进制兼容性。

• 空字节有效载荷截断 - 序列化有效载荷末尾的空（零填充）字节必须在发送前删除（所有字节都在 MAVLink 1 中发送，无论内容如何）。

• 兼容性标志 / 不兼容标志 - 通过指示必须以特殊 / 非标准方式处理的帧（具有兼容性标志的数据包仍然可以以标准方式处理，而具有不兼容标志的数据包必须如果不支持标志则丢弃）。

  
  

MAVLink2.0 报文格式为：

STX: 表示 MAVLink 帧开头的符号，在 mavlink2.0 中为 0xfdLEN: 消息长度，编码为 1 字节INC FLAGS: 此标志位会影响报文的结构，该标志指示数据包是否包含一些特殊功能。例如标志等于 0x01 表示该数据包已签名，并且在数据包的末尾附加了签名CMP FLAGS: 不影响报文的结构，即使无法解释标志，也不会阻止解析器处理消息；SEQ: 消息顺序号，编码为 1 字节，取值范围为 0 至 255SYS ID: SYS 表示系统 ID，每个无人系统应该有一个唯一的系统 ID，通常将系统 ID 255 分配给地面站COMP ID: COMPONENT ID 标识发送消息的系统组件，MAVLink 1.0 中有 27 种硬件类型可供选择。MSG ID: MSGID 指定了载荷中嵌入的消息类型。消息 ID 在旧协议中是 8 位编码，而在新协议中是 24 位编码。这允许 MAVLink 2.0 协议中有更多的消息类型，最多达到 16777215 种可能性。PAYLOAD: 位于 MSG ID 后面，载荷字段可以容纳多达 255 个字节的数据，具体取决于消息类型。CHECKSUM: 最后两个字节是用于校验的循环冗余检查（CRC）值。整个过程可以保证消息传输过程中没有被更改，并确保发送方和接收方都具有相同的消息。SIGNATURE: 签名。它是由 6 个字节编码的消息签名，根据完整的消息、时间戳和秘密密钥计算而来。

• 我们将 MAVLink 消息分为两类：状态消息和命令消息。状态消息是从无人系统发送到地面站的消息，包含有关系统状态的信息，例如其 ID、位置、速度和高度。命令消息是由地面站（或用户程序）发送给无人系统以执行某些操作或由自动驾驶执行某些任务。例如，地面站可以向无人机发送命令以起飞、降落、前往航点甚至执行带有多个航点的任务。

SIGNATURE:

MAVLink 2.0 使用一个可选的 13 个字节的签名字段来确保链接是防篡改的，从而显着提高了协议的安全性。如果不兼容性标志设置为 0x01，则会附加消息的签名，以确保数据源可信。

signature 包含三部分：

• LinkID，它表示用于发送数据包的链接（通道）的 ID。链接或通道可以是 WiFi 或遥测，并且可以组合使用。每个用于发送数据的通道都应该有自己的 LinkID，它提供了一种使用 MAVLink 2.0 进行多通道无人系统控制的手段。

• 时间戳（timestamp），它是以 10 微秒为单位编码的 6 个字节，表示自 2015 年 1 月 1 日 GMT 以来的时间。每发送一条消息，时间戳就会增加。对于每个流，时间戳被应用于元组（SystemID、ComponentID、LinkID）来定义，其中流指的是通过同一个通道传输的消息序列。时间戳用于防止重复播放攻击。

• 签名字段（signature），它是由 6 个字节编码的消息签名，根据完整的消息、时间戳和秘密密钥计算而来。签名包括应用于 MAVLink 2.0 消息（不包括签名，但包括时间戳）的 SHA-256 哈希的前 6 个字节（48 位）。秘密密钥是一个 32 字节的共享对称密钥，存储在自动驾驶仪、地面站或 MAVLink API 的两端。通过这种方式，可以确保消息的完整性，以及它来自于受信任的来源。

MAVLink 2.0 消息的签名对如何处理传入的 MAVLink 消息产生的影响。

如果消息已经签名，那么会出现以下情况：

(i) 接收到的消息的时间戳比之前从相同流（由（SystemID、ComponentID、LinkID）元组标识）接收到的包要旧，则被丢弃；(ii) 接收时计算得到的签名与附加在消息上的签名不同，则可能暗示着消息中的数据被篡改；(iii) 与本地系统时间戳相比，时间戳超过一分钟。如果消息未签名，则接受 / 拒绝数据包的决定是实现特定的。

Reference：

Ardupilot 环境配置 (一)

本文主要记录问题，快速配置建议直接转到《Ardupilot 环境配置 (二)》

Ardpilot 介绍：ArduPilot 通过多种传感器的数据（GPS、加速度计、气压计、磁场计）等来估计飞行器的姿态，从而使飞行器能够保持稳定。被称为 APM 的飞控硬件，其实全称就是 Ardu Pilot Mega，但是 2013 年后，这个系列的飞控硬件改名为 Pixhawk，ArduPilot 只用来指特定的飞控软件，但是约定俗称地也可以用 APM 来指 ArduPilot。ArduPilot 含有超过七十万条代码，所以很幸运我们不用自己去写飞控代码，直接用就可以了，大大降低了入门门槛。

• 因为需要 git 等命令，本次配置在 clash 的 TUN 模式下进行 (使虚拟机能访问外网)

• 本文参考的文章为 https://zhuanlan.zhihu.com/p/61616055 但是文章中部分问题笔者没有遇到，笔者同样遇到了文章中没有提到的问题，详细内容见下文所述。

安装：

1. 安装 ardupilot 文件

git clone https://github.com/ArduPilot/ardupilot

cd ardupilot

git submodule update --init --recursive

1. 通过

git clone https://github.com/ArduPilot/ardupilot

下载好的 ardupilot 文件最好手动找一下目录

2. 没啥说的，直接运行

3. 笔者在此处安装的时候出现了各种报错，以及安装不完全的情况，之后经过乱七八糟的搜索和运行乱七八糟的命令莫名其妙安装好了。

2. 运行.sh 文件

此部分需要运行 install-prereqs-ubuntu.sh 文件，笔者为手动运行 (和参考文章不同)。

笔者遇到的问题：

笔者试过了 chattr 方法，不奏效，原因未知，最后解决办法如下：

方法一 (不完全正确，建议转到方法二)：

笔者 Ubuntu (20.04) 的 install-prereqs-ubuntu.sh 环境安装目录为 /ardupilot/Tools/environment_install，手动找到改文件运行即可。

方法二 (可行)：

收到进入 environment 目录，打开终端，输入

./install-prereqs-ubuntu.sh -y

成功，正确回显如下：

经验证可用：

此部分需要等很多个小时，可以在本机下载：https://github.com/ilg-archived/arm-none-eabi-gcc

然后拖入虚拟机的 /opt 目录下，会节省很多时间。

3. 配置路径

同样需要看当前目录在哪

ardupilot/Tools/environment_install/install-prereqs-ubuntu.sh -y

. ~/.profile

到此 Ardupilot 环境已经搭配好。

正确回显如下：

Reference

Ardupilot 环境配置 (二)

全程需要保持 clash 的 TUN 模式下！！！！！！

只需要命令行即可完成：

git clone https://github.com/ArduPilot/ardupilot

cd ardupilot

git submodule update --init --recursive

Tools/environment_install/install-prereqs-ubuntu.sh -y

. ~/.profile

cd ~/ardupilot/ArduCopter

../Tools/autotest/sim_vehicle.py --map --console

耐心等待，出现下图即为成功标志：

启动界面：

全程截图如下：

ls 打错了，忽略 lls：

Ardupilot 仿真环境说明

启动：

cd ~/ardupilot/ArduCopter



../Tools/autotest/sim_vehicle.py --map --console

慢慢等，启动仿真环境，整体如图所示：

左上：命令终端

1.使用默认参数文件../Tools/autotest/default_params/copter.parm，启动ArduCopter模拟器，并记录启动日志；

2.启动MavProxy，将通信输出到127.0.0.1:14550端口，同时使用tcp:127.0.0.1:5760作为主机连接地址进行通信；

3.当前程序连接到主机的5760端口，并等待来自主机的心跳信号；

4.检测到连接的无人机编号为1，连通性正常；

5.接收到1339个参数设置信息，并将这些信息保存到mav.parm文件中。

右上：仿真地图

可以观察到无人机的实时位置

左下：

控制台，可以看到无人机的实时状态

右下：启动日志 (对本项目没用)

是ArduCopter程序的启动日志。根据日志内容，可以看到程序将模拟速度设置为1.0，并提示推荐的EK3_DRAG_BCOEF和EK3_DRAG_MCOEF参数值。接着，程序启动了sketch 'ArduCopter'，开始初始化SITL输入，并使用端口号9005连接Irlock。然后程序绑定了三个端口：5760、5762和5763，分别用于串行通信和TCP/IP通信。程序从../Tools/autotest/default_params/copter.parm读取默认参数文件，并输出无人机的起飞位置和朝向信息。最后，程序验证了结构体的有效性。

mission planner 与 ardupilot 连接教程

虚拟机首先应为桥接模式。

关闭 winodws 主机和 ubuntu 虚拟机的防火墙，保证两者能 ping 通

查询 windows 主机 ip 地址：

查询仿真无人机 ip 地址：

192.168.56.139

再确认能够相互 ping 通。

关键一步：

在虚拟无人机终端加入

output add 主机ip：14552

然后在地面站 (笔者用的 mission planner) 的连接配置中，添加连接类行为 UDP， 目标主机地址为虚拟机中有线网络地址 192.168.xx.xx， 填写和刚刚对应的端口号，我这里是 14552 。然后创建连接

连接成功，笔者这边显示有些问题，但是是连接成功的。

可以看到，mission planner 设定的路径和 map 上显示相对应

Reference

https://zhuanlan.zhihu.com/p/368471044

mission planner 控制 ardupilot

简要过程如图，最后对无人机右键 Take off，之后进行想要的操作就可以啦。

注意第一步里面要先设置 'Guide' 模式

注意，无人机起飞状态下会电池耗尽，在状态栏里面可以看到电量剩余，电量耗尽落地重新起飞就好。

附：

mission planner 官方文档

https://ardupilot.org/planner/docs/mission-planner-overview.html

今天先到这，明天将给大家带来基于mavlink协议的无人机进行攻击，另外我们还在纳新，有意向的请看这篇文章：纳新

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