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由于 RT-Thread 穩(wěn)定高效的內(nèi)核，豐富的文檔教程，積極活躍的社區(qū)氛圍，以及設(shè)備驅(qū)動框架、Kconfig、Scons、日志系統(tǒng)、海量的軟件包……很難不選擇 RT-Thread 進行項目開發(fā)。但也正是因為這些優(yōu)點的覆蓋面較廣，很多初學者會覺得無從下手，但只要步入 RT-Thread 的大門，你就發(fā)現(xiàn)她的美好。這系列文檔將作為本人基于 RT-Thread 開發(fā) RoboMaster 電控框架的記錄與分享，希望能幫助到更多初識 RT-Thread 的小伙伴，也歡迎大家交流分享，指正不足，共同進步。

背景

Robomaster 機器人比賽包含多個兵種，為了提高研發(fā)效率，模塊化尤為重要，使用 RT-Thread 有助于面對對象思想開發(fā)；通過配備的 Kconfig，Scons 等工具可以實現(xiàn)工程的靈活配置；軟件定時器可用作各電機等模塊監(jiān)控，RingBuffer 可以實現(xiàn)傳感器信息的高效處理 …….使用的開發(fā)板為大疆的 RoboMaster-C 型開發(fā)板，基礎(chǔ)工程為 rt-thread>bsp>stm32f407-robomaster-c

電機模塊開發(fā)

使用電機和電調(diào)均為大疆官方出品，如 2006，3508，6020 等，采用 CAN 通訊方式。

構(gòu)建對象

首先我們根據(jù)使用的電機特性，構(gòu)建一個通用的電機對象

 1/**
 2*@briefDJIintelligentmotortypedef
 3*/
 4typedefstructdji_motor_object
 5{
 6rt_device_tcan_dev;//電機CAN實例
 7dji_motor_measure_tmeasure;//電機測量值
 8uint32_ttx_id;//發(fā)送id(主發(fā))
 9uint32_trx_id;//接收id(主收)
10/*分組發(fā)送設(shè)置*/
11uint8_tsend_group;//同一幀報文分組
12uint8_tmessage_num;//一幀報文中位置
13motor_type_emotor_type;//電機類型
14motor_working_type_estop_flag;//啟停標志
15/*監(jiān)控線程相關(guān)*/
16rt_timer_ttimer;//電機監(jiān)控定時器
17/*電機控制相關(guān)*/
18void*controller;//電機控制器
19int16_t(*control)(dji_motor_measure_tmeasure);//控制電機的接口用戶可以自定義,返回值為16位的電壓或電流值
20}dji_motor_object_t;

因為這些電機我們均使用 CAN 方式進行驅(qū)動，是 CAN 設(shè)備的延申，于是將 rt_device_t can_dev 父類結(jié)構(gòu)體對象內(nèi)嵌。

dji_motor_measure_t 結(jié)構(gòu)體中為，電機控制時需要用到的一些反饋值，包括電調(diào)直接反饋的數(shù)據(jù)以及進一步解算的得出的：

 1/**
 2*@briefDJImotorfeedback
 3*/
 4typedefstruct
 5{
 6/*以下是處理得出的數(shù)據(jù)*/
 7floatangle_single_round;//單圈角度
 8floatspeed_aps;//角速度,單位為:度/秒
 9floattotal_angle;//總角度,注意方向
10int32_ttotal_round;//總?cè)?shù),注意方向
11floattarget;//目標值(輸出軸扭矩矩/速度/角度(單位度))
12/*以下是電調(diào)直接回傳的數(shù)據(jù)*/
13uint16_tecd;//0-8191
14uint16_tlast_ecd;//上一次讀取的編碼器值
15int16_tspeed_rpm;//電機的轉(zhuǎn)速值
16int16_treal_current;//實際轉(zhuǎn)矩電流
17uint8_ttemperature;//Celsius
18}dji_motor_measure_t;

注冊實例

通過 dji_motor_object_t *dji_motor_register(motor_config_t *config, void *controller) 注冊對應(yīng)的電機實例，用戶通過 motor_config_t *config 對實例進行靈活配置：

 1/**
 2*@brief電機初始化,返回一個電機實例
 3*@paramconfig電機配置
 4*@returndji_motor_object_t*電機實例指針
 5*/
 6dji_motor_object_t*dji_motor_register(motor_config_t*config,void*controller)
 7{
 8dji_motor_object_t*object=(dji_motor_object_t*)rt_malloc(sizeof(dji_motor_object_t));
 9rt_memset(object,0,sizeof(dji_motor_object_t));
10//對接用戶配置的motor_config
11object->motor_type=config->motor_type;//6020or2006or3508
12object->rx_id=config->rx_id;//電機接收報文的ID
13object->control=controller;//電機控制器
14/*查找CAN設(shè)備*/
15object->can_dev=rt_device_find(config->can_name);
16//電機分組,因為至多4個電機可以共用一幀CAN控制報文
17motor_send_grouping(object,config);
18//電機離線檢測定時器相關(guān)
19object->timer=rt_timer_create("motor1",
20motor_lost_callback,
21object,20,
22RT_TIMER_FLAG_PERIODIC);
23rt_timer_start(object->timer);
24dji_motor_enable(object);
25dji_motor_obj[idx++]=object;
26returnobject;
27}
28/*電機配置結(jié)構(gòu)體*/
29typedefstruct
30{
31motor_type_emotor_type;
32constchar*can_name;
33uint32_ttx_id;//發(fā)送id(主發(fā))
34uint32_trx_id;//接收id(主收)
35void*controller;//電機控制器
36}motor_config_t;

motor_config_t 結(jié)構(gòu)體中的 void *controller 為電機所使用到的控制器集合，是一個控制器類型為其成員的結(jié)構(gòu)體變量，如下：

1staticstructchassis_controller_t{
2pid_object_t*speed_pid;
3}chassis_controller;
4staticstructgimbal_controller_t{
5pid_object_t*speed_pid;
6pid_object_t*angle_pid;
7}gimbal_controlelr;

調(diào)用 dji_motor_object_t *dji_motor_register 時傳入的 void *controller 為電機對應(yīng)的控制器具體實現(xiàn)，如進行 pid 計算，濾波等，會賦值給電機對象對應(yīng)的函數(shù)指針，在進行電機控制計算時被執(zhí)行，如下：

1rt_int16_tchassis_control(dji_motor_measure_tmeasure){
2staticrt_int16_tset=0;
3set=pid_calculate(chassis_controller.speed_pid,measure.speed_rpm,1000);
4returnset;
5}

數(shù)據(jù)處理

電機對象離不開對數(shù)據(jù)穩(wěn)定快速的收發(fā)和解析計算，接下來展開討論使用 RT-Thread 的 CAN 設(shè)備驅(qū)動收發(fā)數(shù)據(jù)的思路。

首先是數(shù)據(jù)的接收，stm32f4 擁有 2 個 CAN 外設(shè)，所有電機和使用 CAN 總線的設(shè)備都掛載在這兩條總線上，但 RT-Thread 的每個 CAN 總線只能通過 rt_device_set_rx_indicate(can_dev, can_rx_call); 注冊一個對應(yīng)的接收回調(diào)函數(shù)。但不同類型電機，不同 CAN 設(shè)備的數(shù)據(jù)解析處理都是不一樣的，我這里的解決思路是：首先創(chuàng)建了一個 usr_callback 文件，用于統(tǒng)一管理 CAN、串口等設(shè)備可能用到的用戶接收對調(diào)函數(shù)；將一個大的設(shè)備類型回調(diào)函數(shù)注冊到對應(yīng) CAN 設(shè)備，其中再細分各掛載設(shè)備的數(shù)據(jù)解析，實現(xiàn)如下：

 1#ifdefBSP_USING_CAN
 2rt_err_tcan_rx_call(rt_device_tdev,rt_size_tsize)
 3{
 4structrt_can_msgrxmsg={0};
 5uint8_t*rxbuff=rxmsg.data;
 6/*從CAN讀取一幀數(shù)據(jù)*/
 7rt_device_read(dev,0,&rxmsg,sizeof(rxmsg));
 8/*CAN接收到數(shù)據(jù)后產(chǎn)生中斷，調(diào)用此回調(diào)函數(shù)，然后發(fā)送接收信號量*/
 9#ifdefBSP_USING_DJI_MOTOR
10dji_motot_rx_callback(rxmsg.id,rxbuff);
11#endif/*BSP_USING_DJI_MOTOR*/
12returnRT_EOK;
13}
14#endif/*BSP_USING_CAN*/

但是這其中也有一點問題，rt_err_t can_rx_call(rt_device_t dev, rt_size_t size) 傳入的參數(shù)無法判斷具體的 CAN 設(shè)備來源，因此所有使用到的 CAN 外設(shè)數(shù)據(jù)處理函數(shù)都會被調(diào)用，但目前問題不大，因為同一條總線上不會掛載相同 ID 的設(shè)備，這也是一開始就應(yīng)該避免的錯誤。接下來是 CAN 報文的發(fā)送，調(diào)用 rt_device_write 發(fā)送填充好的 CAN 報文幀即可。離線檢測這里使用 RT-Thread 的軟件定時器對電機進行離線檢測，當超過定時間沒有接收到對應(yīng)電機反饋報文，則進入超時回調(diào)，并輸出警告日志：

 1/**
 2*@brief電機定時器超時回調(diào)函數(shù)
 3*@parammotor_ptr
 4*/
 5staticvoidmotor_lost_callback(void*motor_ptr)
 6{
 7dji_motor_object_t*motor=(dji_motor_object_t*)motor_ptr;
 8//dji_motor_stop(motor);
 9LOG_W("[dji_motor]Motorlost,canbus[%s],id0x[%x]",motor->can_dev->parent.name,motor->rx_id);
10}

使用實例

封裝完成的電機模塊使用示例如下：

 1staticstructchassis_controller_t{
 2pid_object_t*speed_pid;
 3}chassis_controller;
 4staticstructgimbal_controller_t{
 5pid_object_t*speed_pid;
 6pid_object_t*angle_pid;
 7}gimbal_controlelr;
 8staticdji_motor_object_t*chassis_motor;
 9staticdji_motor_object_t*gimbal_motor;
10rt_int16_tchassis_control(dji_motor_measure_tmeasure){
11staticrt_int16_tset=0;
12set=pid_calculate(chassis_controller.speed_pid,measure.speed_rpm,1000);
13returnset;
14}
15rt_int16_tgimbal_control(dji_motor_measure_tmeasure){
16staticrt_int16_tset=0;
17set=pid_calculate(gimbal_controlelr.speed_pid,measure.speed_rpm,0);
18returnset;
19}
20staticvoidexample_init()
21{
22pid_config_tchassis_speed_config={
23.Kp=10,//4.5
24.Ki=0,//0
25.Kd=0,//0
26.IntegralLimit=3000,
27.Improve=PID_Trapezoid_Intergral|PID_Integral_Limit|PID_Derivative_On_Measurement,
28.MaxOut=12000,
29};
30pid_config_tgimbal_speed_config={
31.Kp=50,//50
32.Ki=200,//200
33.Kd=0,
34.Improve=PID_Trapezoid_Intergral|PID_Integral_Limit|PID_Derivative_On_Measurement,
35.IntegralLimit=3000,
36.MaxOut=20000,
37};
38chassis_controller.speed_pid=pid_register(&chassis_speed_config);
39gimbal_controlelr.speed_pid=pid_register(&gimbal_speed_config);
40motor_config_tchassis_motor_config={
41.motor_type=M3508,
42.can_name=CAN_CHASSIS,
43.rx_id=0x201,
44.controller=&chassis_controller,
45};
46motor_config_tgimbal_motor_config={
47.motor_type=GM6020,
48.can_name=CAN_GIMBAL,
49.rx_id=0x206,
50.controller=&gimbal_controlelr,
51};
52chassis_motor=dji_motor_register(&chassis_motor_config,chassis_control);
53gimbal_motor=dji_motor_register(&gimbal_motor_config,gimbal_control);
54}

到此就可以方便且靈活的配置和使用電機模塊啦

倉庫地址放這里了 HNU_RM_SHARK_C ，覺得不錯可以點個 Star ！

存在問題及優(yōu)化方向

目前 rt-thread 下 stm32 can驅(qū)動似乎僅支持 FIFO0 ，但 stm32f4 系列 can 具備兩個 FIFO，如能同時使能所有 FIFO，應(yīng)該能有效提高性能和穩(wěn)定性。
電機的離線回調(diào)可以增加相應(yīng)的聲光報警。
后續(xù)考慮能不能也優(yōu)化為，read，write，control 等形式。

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版權(quán)聲明：本文為RT-Thread論壇用戶「螺絲松掉的人」的原創(chuàng)文章，遵循CC 4.0 BY-SA版權(quán)協(xié)議，轉(zhuǎn)載請附上原文出處鏈接及本聲明。

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原文標題：基于 RT-Thread 的 RoboMaster 電控框架（一）

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