基于无人机边沿相关 ------- IBUS、SBUS协议和PPM信号_遥控 ibus

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一、IBUS协议

IBUS（Intelligent Bus）是一种用于电子设备之间通信的协议，采用串行通信方式，允许多设备通过单一数据线通信，较低延迟，支持多主机和从机结构，常用于遥控器与天空端之间，富斯官网已公开协议，协议格式如下可见：

一共32字节，2 字节帧头+28字节数据位 + 2字节校验位组成

解码如下：

#define IBUS_USER_CHANNELS		10		
#define IBUS_LENGTH				0x20	
#define IBUS_COMMAND40			0x40	
#define IBUS_MAX_CHANNLES		14

uint8_t rx_buffer[32] = {0};
uint16_t channel[IBUS_USER_CHANNELS] = {0};
uint16_t checksum_cal, checksum_ibus;

void IBUS_READ_CHANNEL(uint8_t user_channels)
{
	uint16_t channel_buffer[IBUS_MAX_CHANNLES] = {0};

	if(rx_buffer[0] == IBUS_LENGTH && rx_buffer[1] == IBUS_COMMAND40)
	{
		checksum_cal = 0xffff - rx_buffer[0] - rx_buffer[1];

		for(int i = 0; i < IBUS_MAX_CHANNLES; i++)
		{
			channel_buffer[i] = (uint16_t)(rx_buffer[i * 2 + 3] << 8 | rx_buffer[i * 2 + 2]);
			checksum_cal = checksum_cal - rx_buffer[i * 2 + 3] - rx_buffer[i * 2 + 2];
		}

		checksum_ibus = rx_buffer[31] << 8 | rx_buffer[30];

		if(checksum_cal == checksum_ibus)
		{
			for(int j = 0; j < user_channels; j++)
			{
				channel[j] = channel_buffer[j];
			}
		}
	}

	HAL_UART_Receive_IT(IBUS_UART, rx_buffer, 32);
}

二、SBUS协议

SBUS（Serial Bus）也是一种用于遥控模型、无人机和其他应用程序中的串行通信协议，特别是在飞控系统和遥控设备之间，以实现高效的数据传输。

采用串行通信，单线信号传输，支持最多16个通道的控制，实时性强，可反向兼容PWM，设计考虑冗余性。

协议格式共有25字节数据，由首部（1字节）+ 数据（22字节）+ 标志位（1字节）+ 结束符（1字节）组成

• 帧头： 0x0F
• 数据： 22 字节的数据，分别代表16个通道的数据，也即是每个通道的值用了 11 位来表示，22x8/16 = 11，每个通道的取值范围为 0~2047，低位在前、高位在后
• 标志位： 1字节，高四位从高到低依次表示：
  bit7：CH17数字通道
  bit6：CH16数字通道
  bit5：帧丢失(Frame lost)
  bit4：安全保护(Failsafe)：失控保护激活位(0x10）判断飞机是否失控
  bit3~bit0：低四位不用
• 结束符： 0x00

通道解析：

解码如下：

#define USART_BUF_SIZE      8       
#define SBUS_DATA_SIZE      25      
struct SBUS_t{
    uint8_t head;                   // 1字节帧头
    uint16_t ch[16];                // 16个通道数据
    uint8_t flag;                   // 1字节标志位
    uint8_t end;                    // 1字节结束
};

uint8_t usart_buf[USART_BUF_SIZE];
uint8_t sbus_rx_head = 0;               // 发现起始字节 0x0F
uint8_t sbus_rx_sta = 0;                // sbus 接收状态，0：未完成，1：已完成一帧接收
uint8_t sbus_rx_index;                  // 接收字节计数
uint8_t sbus_rx_buf[SBUS_DATA_SIZE];    // 接收sbus数据缓冲区

struct SBUS_t sbus;                     // SBUS 结构体实例化


void USART2_IRQHandler(void)                                            //中断函数
{
    uint8_t chr;
    if ((__HAL_UART_GET_FLAG(&UART2_Handler, UART_FLAG_RXNE) != RESET)) // 接收中断
    {
       
        HAL_UART_Receive(&UART2_Handler, &chr, 1, 1000);                // 接收一个字符

        if (sbus_rx_sta == 0)                                           // 接收未完成
        {
            if ((chr == 0x0F) || sbus_rx_head)                          // 找到首字节或已经找到首字节
            {
                sbus_rx_head = 1;                                       // 标明已经找到首字母
                if (sbus_rx_index < SBUS_DATA_SIZE)                     // 未接收到25个字符
                {
                    sbus_rx_buf[sbus_rx_index] = chr;                   // 不断接收
                    sbus_rx_index ++;
                }
                else                                                    // 接收到25个字符了
                {
                    sbus_rx_sta = 1;                                    // 接收完成
                    sbus_rx_head = 0;                                   // 清零，准备下一次接收
                    sbus_rx_index = 0;
                }
            }
        }
    }
    HAL_UART_IRQHandler(&UART2_Handler);
}
   
/* 对SBUS协议数据进行解析                                                      */
/* 实现对S.BUS协议缓存，头部为 0x0F,结尾为 0x00, 中间22Bytes16通道数据，1Byte标志符 */
void SbusParseTask(void *arg)
{
    while (1)
    {
        if(sbus_rx_sta==1)                          // 接收完一帧
        {
           
            NVIC_DisableIRQ(USART2_IRQn);           // 要关闭中断，防止读写混乱
           
            sbus.head = sbus_rx_buf[0];             // 首部
            sbus.flag = sbus_rx_buf[23];            // 标志符
            sbus.end  = sbus_rx_buf[24];            // 结尾

            sbus.ch[0] =((sbus_rx_buf[2]<<8)  + (sbus_rx_buf[1])) & 0x07ff;          
            sbus.ch[1] =((sbus_rx_buf[3]<<5)  + (sbus_rx_buf[2]>>3)) & 0x07ff;
            sbus.ch[2] =((sbus_rx_buf[5]<<10) + (sbus_rx_buf[4]<<2) + (sbus_rx_buf[3]>>6)) & 0x07ff;
            sbus.ch[3] =((sbus_rx_buf[6]<<7)  + (sbus_rx_buf[5]>>1)) & 0x07ff;
            sbus.ch[4] =((sbus_rx_buf[7]<<4)  + (sbus_rx_buf[6]>>4)) & 0x07ff;
            sbus.ch[5] =((sbus_rx_buf[9]<<9)  + (sbus_rx_buf[8]<<1) + (sbus_rx_buf[7]>>7)) & 0x07ff;  
            sbus.ch[6] =((sbus_rx_buf[10]<<6) + (sbus_rx_buf[9]>>2)) & 0x07ff;
            sbus.ch[7] =((sbus_rx_buf[11]<<3) + (sbus_rx_buf[10]>>5)) & 0x07ff;
            sbus.ch[8] =((sbus_rx_buf[13]<<8)  + sbus_rx_buf[12]) & 0x07ff;
            sbus.ch[9] =((sbus_rx_buf[14]<<5)  + (sbus_rx_buf[13]>>3)) & 0x07ff;
            sbus.ch[10]=((sbus_rx_buf[16]<<10) + (sbus_rx_buf[15]<<2) + (sbus_rx_buf[14]>>6)) & 0x07ff;
            sbus.ch[11]=((sbus_rx_buf[17]<<7)  + (sbus_rx_buf[16]>>1)) & 0x07ff;
            sbus.ch[12]=((sbus_rx_buf[18]<<4)  + (sbus_rx_buf[17]>>4)) & 0x07ff;
            sbus.ch[13]=((sbus_rx_buf[20]<<9)  + (sbus_rx_buf[19]<<1) + (sbus_rx_buf[18]>>7)) & 0x07ff;
            sbus.ch[14]=((sbus_rx_buf[21]<<6) + (sbus_rx_buf[20]>>2)) & 0x07ff;
            sbus.ch[15]=((sbus_rx_buf[22]<<3) + (sbus_rx_buf[21]>>5)) & 0x07ff;
           
            delay_ms(500);                          // 先做完延时再开启中断与下一次捕获，否则延时期间中断到来，没有达到预期效果
            NVIC_EnableIRQ(USART2_IRQn);            // 打开串口中断
            sbus_rx_sta = 0;                        // 准备下一次接收   
        }
        else
        {
            delay_ms(500);                          // 免得异常时，到此处使得低优先级任务无法执行
        }
    }
}

三、PPM信号

PPM（Pulse Position Modulation，脉冲位置调制）信号是一种用于传输控制信号的调制方式，尤其在遥控系统中非常常见。PPM信号通过改变脉冲在时间上的位置来代表不同的信息，在遥控模型、无人机和一些工业控制系统中被广泛应用。

采用串行通信，信号频率只有50Hz，略逊于ibus和sbus，对于一些高精度仪器不可用。

这里提一下，PWM表示脉冲宽度调制，也就是高电平维持的时间，而PPM实质上就是将多个通道的PWM放到“一根线”上进行传输，一个完整的PPM信号帧包含了多个通道的PWM值。

PPM信号一帧数据分为低电平（0.5ms）+高电平（0.5ms-1.5ms），高电平长度与PWM占空比成正比。因为一帧信号最多要2ms，信号周期为20ms，所以理论一次PPM信号可以发送10帧数据，但是由于要确定帧头信号，所以要加入同步帧，真正的PPM信号里面最多有9帧数据帧。

解析方式：①外部中断 ②定时器输入捕获

考虑安全条件下，建议使用定时器输入捕获方式进行解码，具体解码参考如下：

uint16_t PPM_Sample_Cnt=0;
uint32_t PPM_Time=0;
uint16_t PPM_Okay=0;
uint16_t PPM_Databuf[8]={0};   //PPM信号存储
uint8_t TIM2_CH2_CAPTURE_STA=0;

void TIM2_IRQHandler(void)
{
	if(TIM_GetITStatus(TIM2,TIM_IT_CC2)==!RESET)//捕获中断
	{
		if(TIM2_CH2_CAPTURE_STA&0x01)//符合条件的话说明上次捕获了高电平，那么这次捕获的一定是低电平
		{
			PPM_Time=TIM_GetCapture2(TIM2);
			if(PPM_Time>0)
				PPM_Time++;			
			if(PPM_Okay==1)
			{
				PPM_Databuf[PPM_Sample_Cnt]=PPM_Time;
				PPM_Sample_Cnt++;
				if(PPM_Sample_Cnt>8)
					PPM_Okay=0;
			}
			if(PPM_Time>7000)//识别到帧尾
			{
				PPM_Okay=1;
				PPM_Sample_Cnt=0;
			}    

				TIM_OC2PolarityConfig(TIM2,TIM_ICPolarity_Rising);
				TIM2_CH2_CAPTURE_STA=0;//清掉标志位准备开始下一次上升沿和下降沿检测
		}
			else
			{
				TIM_SetCounter(TIM2,0);//以上为清零            
				TIM2_CH2_CAPTURE_STA|=0x01;//高电平指示被赋值
				TIM_OC1PolarityConfig(TIM2,TIM_ICPolarity_Falling); //当捕获上升沿后改为捕获下降沿
			}        
	}
	
	TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_CC2|TIM_IT_Update); //清除中断标志位，一定不要忘，要不然下次进不了中断    
}