175 lines
5.6 KiB
C++
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C++
/**
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* @file protocol.h
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* @brief SkyLink 多平台实时视频传输 - 公共协议定义
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*
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* 这个文件定义了机载端（ROS 2）、PC 端（Qt）和移动端（Android）之间的通信协议。
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* 必须保持三端的字节对齐和字段顺序一致。
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*
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* @author flowzl
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* @date 2026-01-19
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*/
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#pragma once
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#include <cstdint>
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#include <cstring>
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/**
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* @brief 强制1字节对齐，避免编译器补齐导致的大小差异
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*/
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#pragma pack(push, 1)
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/**
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* @struct PacketHeader
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* @brief UDP 数据包头部结构
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*
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* 总大小: 50 字节
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* - 报头识别: 2 字节 (Magic)
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* - 帧标识: 4 字节 (FrameID)
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* - 分片信息: 4 字节 (TotalChunks + ChunkIndex)
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* - 数据长度: 2 字节 (DataLen)
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* - 时间戳: 8 字节 (Timestamp)
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* - GPS 位置: 24 字节 (Lat, Lon, Alt)
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* - 预留: 6 字节 (Reserve 用于将来扩展)
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*/
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struct PacketHeader {
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// ============ 包头识别 ============
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uint16_t magic; ///< 魔数 0xAA55 用于识别合法数据包
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// ============ 帧标识 ============
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uint32_t frame_id; ///< 唯一的帧编号，从 0 开始递增，用于帧同步
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// ============ 分片信息 ============
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uint16_t total_chunks; ///< 该帧总共被分成多少个 UDP 包
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uint16_t chunk_index; ///< 当前数据包是第几个分片 (0-based)
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// ============ 载荷信息 ============
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uint16_t data_len; ///< 当前包的有效载荷长度（单位：字节）
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// ============ 时间戳 ============
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double timestamp; ///< GPS 时间戳 (秒数，Unix 时间 或 ROS 时间)
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// ============ GPS 位置数据 ============
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double lat; ///< 纬度 (WGS84 坐标系)
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double lon; ///< 经度 (WGS84 坐标系)
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double alt; ///< 海拔高度 (米)
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// ============ 校验与预留 ============
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uint16_t crc16; ///< CRC16 校验码 (可选，当前未使用)
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uint32_t reserve; ///< 保留字段，用于将来的扩展
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/**
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* @brief 获取包头大小（字节数）
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* @return 包头固定大小：50 字节
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*/
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static constexpr uint16_t size() {
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return sizeof(PacketHeader);
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}
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};
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/**
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* @brief 设备信息包头结构（UDP 10000）
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*
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* 用于传输设备参数、帧率、像素格式等信息。
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*/
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struct DeviceInfoPacket {
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uint16_t magic; ///< 魔数 0xAA56
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uint32_t sequence; ///< 序列号
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uint16_t width; ///< 图像宽度
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uint16_t height; ///< 图像高度
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float framerate; ///< 帧率
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uint32_t pixel_format; ///< 像素格式（V4L2 FourCC）
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char device_path[32]; ///< 设备路径（/dev/videoX）
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char device_name[64]; ///< 设备名称
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float current_fps; ///< 当前实际 FPS
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uint32_t total_frames; ///< 总帧数
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uint64_t timestamp; ///< 时间戳（毫秒）
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uint16_t crc16; ///< CRC 校验（可选）
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static constexpr uint16_t size() {
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return sizeof(DeviceInfoPacket);
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}
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};
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/**
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* @brief 恢复默认的对齐方式
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*/
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#pragma pack(pop)
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// ============================================================================
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// 协议常量定义
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// ============================================================================
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/** @brief 数据包魔数，用于识别合法的 SkyLink 数据包 */
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constexpr uint16_t SKYLINK_MAGIC = 0xAA55;
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/** @brief 设备信息魔数，用于识别设备信息数据包 */
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constexpr uint16_t DEVICE_INFO_MAGIC = 0xAA56;
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/** @brief 设备信息请求魔数，用于请求立即发送设备信息 */
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constexpr uint16_t DEVICE_INFO_REQUEST = 0xAA57;
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/** @brief 最大的单个 UDP 包大小 (包含报头) - MTU 1500 字节 */
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constexpr uint16_t MAX_UDP_PACKET_SIZE = 1472; // 1500 - 20 (IP) - 8 (UDP)
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/** @brief 最大的载荷大小 */
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constexpr uint16_t MAX_PAYLOAD_SIZE = MAX_UDP_PACKET_SIZE - PacketHeader::size();
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/** @brief UDP 接收缓冲区大小 */
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constexpr uint32_t RX_BUFFER_SIZE = 65536;
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/** @brief 最大支持的分片数 */
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constexpr uint16_t MAX_CHUNKS = 1000;
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/** @brief 帧超时时间（毫秒），超过此时间的分片将被丢弃 */
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constexpr uint32_t FRAME_TIMEOUT_MS = 5000;
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// ============================================================================
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// 图像编码相关常量
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// ============================================================================
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/** @brief JPEG 图像格式 ID */
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constexpr uint8_t IMAGE_FORMAT_JPEG = 0x01;
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/** @brief JPEG 最大压缩质量 */
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constexpr uint8_t JPEG_MAX_QUALITY = 100;
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/** @brief JPEG 最小压缩质量 */
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constexpr uint8_t JPEG_MIN_QUALITY = 10;
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// ============================================================================
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// 辅助函数
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// ============================================================================
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/**
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* @brief 验证包头魔数是否合法
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* @param header 待验证的包头结构
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* @return 如果魔数为 0xAA55 返回 true，否则返回 false
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*/
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inline bool isValidPacket(const PacketHeader& header) {
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return header.magic == SKYLINK_MAGIC;
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}
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/**
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* @brief 计算 CRC16 校验码 (可选)
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* @param data 数据指针
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* @param len 数据长度
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* @return 16 位 CRC 校验结果
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*/
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inline uint16_t crc16_ccitt(const uint8_t* data, uint16_t len) {
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uint16_t crc = 0xFFFF;
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for (uint16_t i = 0; i < len; i++) {
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crc ^= (uint16_t)data[i] << 8;
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for (int j = 0; j < 8; j++) {
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if (crc & 0x8000) {
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crc = (crc << 1) ^ 0x1021;
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} else {
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crc = crc << 1;
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}
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crc &= 0xFFFF;
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}
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}
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return crc;
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}
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