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MAVLink

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목차

1. 개요

MAVLink는 무인 항공기(드론)와 무인 차량 간, 그리고 차량 내 하위 시스템 간의 통신에 사용되는 경량의 메시징 프로토콜이다. 지상 통제소와 무인 차량 간의 통신에 주로 사용되며, 차량의 방향, GPS 위치 및 속도 정보를 전송할 수 있다. MAVLink는 패킷 구조를 가지며, 버전 1.0과 2.0에서 패킷 구조가 다르다. 각 패킷은 헤더, 페이로드, 체크섬 등으로 구성되며, 페이로드에는 메시지가 포함된다. MAVLink는 XML 문서에 정의된 메시지를 사용하며, GPS_RAW_INT 메시지와 같은 예시를 통해 데이터 구조를 확인할 수 있다. 여러 프로젝트에서 호환성을 위해 사용되며, 관련 학습 자료도 제공된다.

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MAVLink
MAVLink 개요
유형무인 차량 통신 프로토콜
개발MAVLink 개발팀
최초 커밋최초 커밋
웹사이트MAVLink 마이크로 에어 비히클 커뮤니케이션 프로토콜 - QGroundControl GCS

2. 적용 분야

주로 지상 통제소(GCS)와 무인 차량 간의 통신, 그리고 차량 하위 시스템 간의 상호 통신에 사용된다. 차량의 방향, GPS 위치 및 속도를 전송하는 데 사용될 수 있다.

3. 패킷 구조

마브링크 프로토콜 패킷은 버전 1.0과 2.0 이후 버전에서 구조가 다르다.

MAVLink 1.0 버전에서는 6개의 헤더, 2개의 체크섬, 데이터 필드로 구성되며, 2.0 버전 이후에는 비호환/호환성 플래그, 메시지 ID 확장, 서명 필드 등이 추가되었다.[3] 각 필드의 기능은 다음과 같다.


  • 프레임 시작: 프레임 전송의 시작을 나타낸다. (v1.0: 0xFE, v2: 0xFD)
  • 페이로드 길이: 페이로드의 길이를 나타낸다.
  • 패킷 시퀀스: 각 구성 요소는 전송 시퀀스를 계산하여 패킷 손실 감지를 가능하게 한다.
  • 시스템 ID: 전송 시스템의 식별자로, 동일 네트워크에서 다른 시스템을 구별한다.
  • 구성 요소 ID: 전송 구성 요소의 식별자로, 동일 시스템 내 다른 구성 요소(IMU, 오토파일럿 등)를 구별한다.
  • 메시지 ID: 메시지 식별자로, 페이로드의 의미와 디코딩 방법을 정의한다. (v1.0은 1바이트, v2.0은 3바이트)
  • 페이로드: 메시지 데이터로, 메시지 ID에 따라 내용이 달라진다.
  • CRC: 패킷 시작 기호를 제외한 전체 패킷의 체크섬이다. (LSB에서 MSB로)


MAVLink 1.0 버전의 프로토콜 패킷은 6개의 헤더와 2개의 체크섬, 그리고 데이터 필드로 구성된다.

필드 명고유 순서 (Bytes)목적 및 기능
헤더1 (Start-of-frame)0시작점을 가리키는 헤더 (0xFE)
헤더2 (Payload-length)1페이로드 길이값 (n)
헤더3 (Packet sequence)2총 패킷에서 해당하는 순서값
헤더4 (System ID)3발신자 시스템의 고유 ID
헤더5 (Component ID)4해당 컴포넌트 고유 ID
헤더6 (Message ID)5페이로드 (payload) 정의 ID
데이터 (Payload)6 ~ (n+6)메시지 ID에서 참조되는 실질적인 데이터 값들 (없을 수 있다)
체크섬1 CRC(n+7)메시지 무결성 검사
체크섬2 CRC(n+8)네트워크 무결성 검사


MAVLink 2 버전 이후, 패킷 구조는 다음과 같이 확장되었다.[3]

필드 이름인덱스(바이트)목적
프레임 시작0프레임 전송의 시작을 나타냅니다(v2: 0xFD).
페이로드 길이1페이로드의 길이(n)입니다.
비호환 플래그2MAVLink 호환성을 위해 이해해야 하는 플래그입니다.
호환성 플래그3이해하지 못하면 무시할 수 있는 플래그입니다.
패킷 시퀀스4각 구성 요소는 전송 시퀀스를 계산하여 패킷 손실 감지를 가능하게 합니다.
시스템 ID5전송 시스템의 식별자이며, 동일한 네트워크에서 서로 다른 시스템을 구별할 수 있습니다.
구성 요소 ID6전송 구성 요소의 식별자이며, IMU와 오토파일럿 등 동일한 시스템의 서로 다른 구성 요소를 구별할 수 있습니다.
메시지 ID7 ~ 9메시지의 식별자입니다. ID는 페이로드가 "의미하는" 바와 이를 올바르게 디코딩하는 방법을 정의합니다.
페이로드10 ~ (n+10)메시지의 데이터이며 메시지 ID에 따라 다릅니다.
CRC(n+11) ~ (n+12)패킷 시작 기호를 제외한 전체 패킷의 체크섬입니다(LSB에서 MSB로).
서명(n+13) ~ (n+25)메시지가 신뢰할 수 있는 소스에서 왔음을 확인하는 서명입니다(선택 사항).


3. 3. CRC 필드

메시지 무결성을 보장하기 위해 순환 중복 검사(CRC)가 각 메시지의 마지막 두 바이트에 대해 계산된다. CRC 필드는 송신자와 수신자가 전송 중인 메시지에 대해 모두 동의하는지 확인하는 기능도 수행한다. 프레임 시작 표시자를 제외한 패킷의 바이트에 대한 ITU X.25/SAE AS-4 해시를 사용하여 계산된다.[4]

CRC를 계산할 때 시드 값이 데이터의 끝에 추가된다. 시드는 프로토콜의 모든 새로운 메시지 집합으로 생성되며, 각 메시지 사양의 패킷과 유사한 방식으로 해시된다. MAVLink 프로토콜을 사용하는 시스템은 이를 위해 미리 계산된 배열을 사용할 수 있다.[4]

MAVLink의 CRC 알고리즘은 파이썬[5] 및 자바[6][7][8]와 같은 많은 언어로 구현되었다.

4. 메시지 (Messages)

MAVLink 메시지는 패킷의 페이로드에 해당한다. 모든 메시지는 패킷의 ID 필드(헤더6 Message ID)로 식별되며, 페이로드에는 메시지의 데이터가 포함된다. MAVLink 소스의 XML 문서[9]에는 이 페이로드에 저장된 데이터의 정의가 있다.

XML 문서[9]는 프로토콜에 대한 필드의 논리적 순서를 설명한다. 실제 와이어 형식(및 일반적인 메모리 내 표현)은 데이터 구조 정렬 문제를 줄이기 위해 필드의 순서를 변경[10]한다.

아래는 XML 문서에서 추출한 ID 24, GPS_RAW_INT 메시지 예시이다.

```xml



전역 위치 시스템(GPS)에서 반환된 전역 위치입니다. 이것은 시스템의 전역 위치 추정이 아니라 RAW 센서 값입니다. 전역 위치 추정은 메시지 GLOBAL_POSITION을 참조하십시오. 좌표 프레임은 오른손 좌표계이며 Z축이 위쪽(GPS 프레임)입니다.


4. 1. GPS_RAW_INT 메시지 예시

XML 문서[9]는 프로토콜에 대한 필드의 논리적 순서를 설명한다. 실제 와이어 형식은 데이터 구조 정렬 문제를 줄이기 위해 필드 순서를 변경[10]할 수 있다.

다음은 XML 문서에서 추출한 ID가 24인 GPS_RAW_INT 메시지에 대한 내용이다.

이름타입설명
time_usecuint64_t타임스탬프 (UNIX 에포크 이후 마이크로초 또는 시스템 부팅 이후 마이크로초)
fix_typeuint8_t0-1: 수정 없음, 2: 2D 수정, 3: 3D 수정. 일부 애플리케이션은 이 필드의 값이 2 이상이 아니면 사용하지 않으므로 항상 수정을 올바르게 채워야 한다.
latint32_t위도(WGS84), 도 단위 * 1E7
lonint32_t경도(WGS84), 도 단위 * 1E7
altint32_t고도(WGS84), 미터 단위 * 1000 (위쪽은 양수)
ephuint16_tGPS HDOP 수평 위치 희석도(cm, m*100). 알 수 없는 경우: UINT16_MAX
epvuint16_tGPS VDOP 수직 위치 희석도(cm, m*100). 알 수 없는 경우: UINT16_MAX
veluint16_tGPS 지상 속도(m/s * 100). 알 수 없는 경우: UINT16_MAX
coguint16_t지상 코스(방위가 아닌 이동 방향) 도 단위 * 100, 0.0..359.99도. 알 수 없는 경우: UINT16_MAX
satellites_visibleuint8_t보이는 위성의 수. 알 수 없는 경우 255


참조

[1] 웹사이트 Initial commit · mavlink/mavlink@a087528 https://github.com/m[...]
[2] 웹사이트 MAVLink Micro Air Vehicle Communication Protocol - QGroundControl GCS http://qgroundcontro[...] 2013-07-31
[3] 웹사이트 Serialization · MAVLink Developer Guide https://mavlink.io/e[...] 2019-08-22
[4] 웹사이트 Field Reordering and CRC Extra Calculation - QGroundControl GCS http://qgroundcontro[...]
[5] 웹사이트 GitHub - ArduPilot/pymavlink: python MAVLink interface and utilities. https://github.com/A[...] 2019-08-18
[6] 웹사이트 GitHub - arthurbenemann/droidplanner: Ground Control Station for Android Devices. https://github.com/a[...] 2019-07-02
[7] 웹사이트 A Java code generator and a Java library for MAVLink: ghelle/MAVLinkJava https://github.com/g[...] 2019-08-04
[8] 웹사이트 GitHub - dronefleet/mavlink: A Java API for MAVLink communication. https://github.com/d[...] 2019-08-02
[9] 웹사이트 GitHub - mavlink/mavlink: Marshalling / communication library for drones. https://github.com/m[...] 2019-08-20
[10] 웹사이트 Field Reordering and CRC Extra Calculation - QGroundControl GCS http://qgroundcontro[...]
[11] 웹사이트 MAVLink Tutorial for Absolute Dummies (Part –I) https://diydrones.co[...] 2013-11-15
[12] URL https://github.com/m[...]
[13] 웹사이트 공식 - MAVLink Developer Guide http://qgroundcontro[...]


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