串口二进制协议
串口类接口（RS-232、TTL、RS-485、USB 虚拟串口）都按 HiPNUC 二进制协议输出数据帧。各型号提供的接口见适用产品。
帧格式
| 域 | 值 | 长度（字节） | 说明 |
|---|---|---|---|
| SOF | 5A A5 | 2 | 帧头同步标志 |
| LEN | 1–512 | 2 | 数据域长度，小端，不含帧头、长度和 CRC |
| CRC | — | 2 | 16 位 CRC，小端，算法见 CRC 校验 |
| 数据域 | — | 1–512 | 第 1 字节是标签（tag），决定后续数据的类型与长度 |
- 所有多字节数值都是小端，浮点为 IEEE-754 单精度（
float）。整帧最大 518 字节。 - 标签
0x91是 HI91，0x83是 HI83。遇到不认识的标签，按 LEN 跳过整帧。
浮点型数据帧（HI91）
HI91 的数据域固定 76 字节，整帧 82 字节。内容是状态、温度、加速度、角速度、磁场、气压和融合后的姿态。测量值已经过出厂校准，不是芯片寄存器的原始读数；测量值与姿态都按输出数据轴向表达。
| 偏移 | 名称 | 类型 | 大小 | 单位 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| 0 | tag | u8 | 1 | — | 数据标签 0x91 |
| 1 | main_status | u16 | 2 | — | 状态字，见 MAIN_STATUS 状态字 |
| 3 | temperature | i8 | 1 | °C | 模块平均温度，整数 |
| 4 | air_pressure | float | 4 | Pa | 气压 |
| 8 | system_time | u32 | 4 | ms | 时间戳，含义见时间与时间戳 |
| 12 | acc_b | float | 4×3 | G | 加速度 XYZ，1 G ≈ 9.8 m/s² |
| 24 | gyr_b | float | 4×3 | deg/s | 角速度 XYZ |
| 36 | mag_b | float | 4×3 | μT | 磁场 XYZ |
| 48 | roll | float | 4 | deg | 横滚角 |
| 52 | pitch | float | 4 | deg | 俯仰角 |
| 56 | yaw | float | 4 | deg | 航向角，±180°，正方向见航向约定 |
| 60 | quat | float | 4×4 | — | 四元数 WXYZ |
HI91 与 HI83 的单位不同，对照和换算见数据字典与跨协议解码易错点。
可变类型数据帧（HI83）
HI83 由每帧头部的 data_bitmap 决定包含哪些数据段，所以帧长随配置变化。需要微秒时间戳、UTC、倾角或 MRU 数据，或想按需控制带宽时，选用 HI83。字段由 LOG HI83 MAP 设置，见 HI83 字段选择。
帧头与解析规则
固定头部 8 字节，其后按 bit 从低到高的顺序拼接被选中的数据段。未选中的段不出现，整帧相应变短。
| 偏移 | 名称 | 类型 | 大小 | 说明 |
|---|---|---|---|---|
| 0 | tag | u8 | 1 | 数据标签 0x83 |
| 1 | main_status | u16 | 2 | 状态字，见 MAIN_STATUS 状态字 |
| 3 | ins_status | u8 | 1 | 组合导航状态，供 INS 产品使用；IMU / AHRS 解析时忽略 |
| 4 | data_bitmap | u32 | 4 | 数据段位图 |
| 8 | … | — | 变长 | 按位序排列的数据段 |
解析时遵守四条：
- 每帧读取自己的
data_bitmap，按置位的段逐段累加偏移。MAP 一改，下一帧的长度随之变化，所以不要写死帧长，也不要用自己请求的 MAP 代替帧头位图。 - 位图中出现本手册未定义的位时，各段长度无法确定，丢弃整帧。
- 累加偏移不得超过 LEN，超出时按错误帧丢弃。
utc段何时有效，见 MAIN_STATUS 状态字的UTC_UNSYNC位。
data_bitmap 位定义
位图置位的段一定在帧里；产品不具备对应功能时，该段的值可能为 0 或无物理意义。
| 位 | 名称 | 类型 | 大小 | 单位 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| 0 | acc_b | float | 4×3 | m/s² | 加速度 XYZ |
| 1 | gyr_b | float | 4×3 | rad/s | 角速度 XYZ |
| 2 | mag_b | float | 4×3 | μT | 磁场 XYZ |
| 3 | rpy | float | 4×3 | deg | 欧拉角 roll / pitch / yaw，yaw ±180° |
| 4 | quat | float | 4×4 | — | 四元数 WXYZ |
| 5 | system_time_us | u64 | 8 | μs | 本地高分辨率时间戳，开机累计，不受对时影响 |
| 6 | utc | — | 8 | — | 年偏移（u8，年 − 2000）、月（u8）、日（u8）、时（u8）、分（u8）、秒与毫秒合计（u16，单位 ms，如 12.345 s 记为 12345）、保留（u8） |
| 7 | air_pressure | float | 4 | Pa | 气压 |
| 8 | temperature | float | 4 | °C | 模块平均温度 |
| 9 | inclination | float | 4×3 | deg | 倾角输出：X 轴倾角、Y 轴倾角、航向角。第三个值是原始 yaw（±180°，逆时针为正，见航向约定），既不是 Z 轴倾角，也不是罗盘航向 |
| 10 | heave_surge_sway | float | 4×3 | m | MRU 位移：垂荡、纵荡、横荡 |
| 11 | heave_surge_sway_frq | float | 4×3 | Hz | MRU 频率：垂荡、纵荡、横荡 |
| 21 | att_std | float | 4×3 | deg | 姿态 1σ（绕世界系三个轴的姿态误差，非负）。前两项是水平倾斜不确定度，第三项是航向不确定度。排列顺序见下方说明 |
att_std（bit21）按世界系轴序排列，不按 roll / pitch / yaw 排列。COORD 0 下依次为东、北、天轴，6 轴 COORD 4 下依次为北、西、天轴。车头朝北时，COORD 0 的前两项分别对应俯仰、横滚的不确定度。其他朝向下，这两项是俯仰与横滚的混合。- 公开字段是 bit0–11 和 bit21，掩码
0x00200FFF。只能置位这些位，全开配置（如0xFFFFFFFF）会让帧长和字段语义无法按本手册解析。全部公开字段置位时，数据域 144 字节，整帧 150 字节，未超过数据域 512 字节的上限。 - 倾角（bit9）的含义和取值范围见倾角输出。MRU（bit10、11，MRU 型号）见 MRU 输出。
- -I2C 型号读取 HI83 的方法见 I2C 协议。
帧长示例
帧长 = 6（帧头、长度、CRC）+ 8（固定头部）+ 被选中各段之和。
例如 data_bitmap = 0x0000003B（acc_b、gyr_b、rpy、quat、system_time_us）：各段 12 + 12 + 12 + 16 + 8 = 60 字节，数据域 8 + 60 = 68 字节，整帧 74 字节。各档带宽占用见输出带宽与波特率。
CRC 校验
采用 CRC-16/XMODEM（有的工具把它叫 CRC-16/CCITT，但初值 0xFFFF 的 CCITT-FALSE 是另一种算法，不能混用）：多项式 0x1021，初值 0x0000，无输入 / 输出反转，无最终异或。校验范围是帧头（2）+ 长度（2）+ 数据域，不含 CRC 字段本身。
#include <stdint.h>
#include <stddef.h>
/* CRC-16/XMODEM, poly 0x1021, init 0x0000, no reflection, no final XOR.
* Pass the previous result as "crc" to continue over another buffer. */
uint16_t hipnuc_crc16(uint16_t crc, const uint8_t *buf, size_t len)
{
for (size_t i = 0; i < len; i++) {
crc ^= (uint16_t)buf[i] << 8;
for (int b = 0; b < 8; b++)
crc = (crc & 0x8000) ? (uint16_t)((crc << 1) ^ 0x1021) : (uint16_t)(crc << 1);
}
return crc;
}
/* frame[] holds one complete frame: SOF(2) LEN(2) CRC(2) payload(LEN).
* payload_len is the LEN field, not the whole frame length. */
int hipnuc_frame_crc_ok(const uint8_t *frame, uint16_t payload_len)
{
uint16_t crc = hipnuc_crc16(0, frame, 4); /* SOF + LEN */
crc = hipnuc_crc16(crc, frame + 6, payload_len); /* payload, skipping the CRC field */
return crc == (uint16_t)(frame[4] | (frame[5] << 8));
}自测：hipnuc_crc16(0, "123456789", 9) 应返回 0x31C3。CRC 总是校验失败时，先用这个值和下面的帧解析示例核对自己的实现。
帧解析示例（HI91）
一帧 HI91 共 82 字节：前 6 字节是帧头 / 长度 / CRC，其后 76 字节是数据域。示例采集于默认输出数据轴向（COORD 0）。这也是解析器测试向量使用的那一帧：
5A A5 4C 00 18 4A 91 08 14 23 09 A2 C4 47 08 15 1C 00 CC E8 61 BE 9A 35 56 3E 65 EA 72 3F 31 D0 7C BD 75 DD C5 BB 6B D7 24 BC 89 88 FC 40 01 00 6A 41 AB 2A 70 C2 96 D4 50 41 ED 03 43 41 41 F4 F4 C2 CC CA F8 BE 73 6A 19 BE F0 00 1C 3D 8D 37 5C 3F| 字段 | 类型 | 原始值 | 解析值 | 说明 |
|---|---|---|---|---|
| 帧头 | — | 5A A5 | — | 同步标志 |
| 数据域长度 | — | 4C 00 | 0x004C = 76 | 76 字节 |
| CRC | — | 18 4A | 0x4A18 | 小端，对 5A A5 4C 00 加数据域计算 |
| tag | — | 91 | 0x91 | 数据域起始 |
| main_status | u16 | 08 14 | 0x1408 | bit3 WB_CONV、bit10 MAG_AIDING、bit12 SOUT_PULSE 置位；bit0–2 COORD = 0。各位含义见 MAIN_STATUS 状态字 |
| temperature | i8 | 23 | 35 | °C |
| air_pressure | float | 09 A2 C4 47 | 100676 | Pa |
| system_time | u32 | 08 15 1C 00 | 1840392 | ms |
| acc_b x/y/z | float | CC E8 61 BE9A 35 56 3E65 EA 72 3F | −0.2206 / 0.2092 / 0.9489 | G |
| gyr_b x/y/z | float | 31 D0 7C BD75 DD C5 BB6B D7 24 BC | −0.0617 / −0.0060 / −0.0101 | deg/s |
| mag_b x/y/z | float | 89 88 FC 4001 00 6A 41AB 2A 70 C2 | 7.892 / 14.625 / −60.042 | μT |
| roll / pitch / yaw | float | 96 D4 50 41ED 03 43 4141 F4 F4 C2 | 13.052 / 12.188 / −122.477 | deg |
| quat w/x/y/z | float | CC CA F8 BE73 6A 19 BEF0 00 1C 3D8D 37 5C 3F | −0.4859 / −0.1498 / 0.0381 / 0.8602 | — |
CRC 校验应通过，acc_b 合成约 0.996 G。