# 2023 EC-basic-framework（C语言版）说明 当前版本更新日期：2022.11.03 本说明仅针对电控组2023赛季框架，如有变动以日期靠后的版本为准。**==由于当前仍然处在测试开发阶段，请定期拉取（`git pull`）获取最新更新。==** - 开发方式： 本框架使用stm32cubemx生成，基于makefile，使用gcc-arm-none-eabi编译（make命令）。 > ！deprecated：若需使用keil5开发，请在stm32cubemx的`project manager`标签页下将工具链改为MDK，然后在keil中自行添加所需包含的.c文件和头文件。关于如何在keil下添加dsplib，请参考文档。 > > ***强烈推荐使用VSCode进行开发，Ozone进行调试。*** VSCode可通过Cortex-Debug利用OpenOCD进行调试，jlink/stlink/dap-link都支持，具体的使用方法和环境配置教程在[VSCode+Ozone使用方法](./VSCode+Ozone使用方法.md)中。 推荐使用 SEGGER ozone进行调试。 - 分层： 本框架主要代码分为**BSP、Module、APP**三层。三层的代码分别存放在同名的三个文件夹中，这三个文件夹存放在根目录下。开发过程中主要编写APP层代码，Module层与BSP层不建议修改。如需添加module（如oled屏幕、其他传感器和外设等），请按照规范编写并联系组长提交commit到dev分支，完善后合并至主分支。 BSP层构建与HAL之上。HAL库和实时系统、DSP支持等文件都在`HAL_N_Middlewares`文件夹下（包括Cube生成的外设初始化的Inc和Src文件夹）。 **main.c的位置在**`HAL_N_Middlewares/Src/main.c` - 代码格式： 在vscode-设置-扩展-C/C++-C_Cpp:style下修改。默认为`Visual Studio`。请手动修改为： `{ BasedOnStyle: Google, IndentWidth: 4, TabWidth: 4, ColumnLimit: 0 }`。修改完成后可在代码中使用右键-格式化文档(注：请勿对cube生成的文件使用此操作)。此操作不会改变文档的内容，但会改变缩进、空行、符号位置等，使代码更加统一、整洁。 - 面向对象设计： C语言不存在“成员函数”的概念。为实现类似效果，所有按照这一思想构建的函数都会有一个传入参数，将结构体（对象）传入。 ## BSP层(Board Sopport Package) - TODO： 1. 增加SPI和I^2^C的BSP模组以便支持IST384磁力计和Oled显示屏等。 1. 增加和module层的deteck_task配合的蜂鸣器和led闪烁配置。 - 主要功能：实现映射功能。 - 在本框架中，BSP层与cube高度耦合，对该层的修改可能需要使用cube重新生成工程（主要是外设的配置，通信速度，时钟频率和分频数等）。该层也是唯一允许直接出现stm32HAL库函数的代码层，**在非BSP层编写代码时，如需使用HAL_...函数，请思考是否有同功能的BSP_...函数**。不过，由于ST的HAL已经对硬件进行较高的抽象（如以handle_xxx的方式描述一个硬件外设或功能引脚），因此更换开发板需要修改的内容极少。 - 最简单的(如gpio)仅是对HAL库函数的封装。较为复杂的则会进行一定程度的处理(如can) - 补充与修改：某款主控对应的BSP层应保持相同，当认为该层可能缺少部分功能或有错误时，请联系组长确认后解决并更新整个框架，**请勿自行修改**。 - 代码移植：BSP层也是在不同系列、型号的stm32间执行代码移植时主要需要关注的代码层。向功能更强系列移植一般只需要重配cube并重新组织BSP层的映射关系，而向功能较少的系列移植还需要去掉其不支持的功能。修改BSP后一般不需要对其他两层进行修改。 - 子文件与文件夹： - bsp.c/h：该层核心文件，其中.h被include至main.c中，以实现整个代码层的初始化。include了该层所有模块的.h并调用各模块的初始化函数。**注意**，有些外设如串口和CAN不需要在bsp.c中进行模块层的初始化，他们会在module层生成实例（即C语言中的结构体）并注册到bsp层时自动进行初始化。以此达到提高运行速度避免未使用的模块被加载的问题。 - bsp_xxx.c/h：每一个成对的.c/h对应一种外设，当上面两个代码层需要使用某个外设时，这里的文件就是对应的交互接口。 - 注册回调函数与接收：通信类外设模块有的定义了回调函数类型(函数指针类型)，若调用bsp...h中的回调函数注册函数将其他位置(HAL层)定义的符合形式的函数注册为回调函数，该函数在接收到数据后或其他设定位置会被调用。在module对模块进行初始化的时候需要将对应的协议解析函数进行设置，代码中注释有对应提示。 ## Module层 - TODO： 1. 添加pub-sub（订阅-发布消息机制）的支持，以进一步隔离不同的模块完成封装。 2. 增加模块离线/错误检测模块（官方例程中的`deteck_task`）。 3. 增加超级电容模块 4. 增加步进电机模块 5. 增加双板CAN通信模块 6. 增加裁判系统接收、多机通信、UI绘制模块 7. 增加舵机模块 8. 增加单点激光模块 - 主要功能：实现对设备的封装 - 子文件与子文件夹 - 注意，module层没有也不需要进行同意初始化。app层的应用会包含一些模块，因此由app来调用各个模块的init函数，只有当一个module被app实例化，这个模块才会存在。 - monitor文件夹:实现看门狗功能。提供回调函数和count可选（TODO） - algorithm:该层软件库存放位置，这些功能与硬件无关，而是提供通用的数据结构和“算子”以供该层的其他部分调用，主要是算法、控制器、底盘和位姿解算等。 - module要点： - 初始化： 根据代码对应的函数说明，传入对应的配置文件。对于某些需要集中设置的参数，一般于模块的头文件中会额外设定一个xxx_config_s的结构体用于初始化的参数传递。如果不需要进行这样的集中设置，则是直接传入对应的参数或module结构体中本就存在的成员变量。 - 结构体： 也就是所说的“实例”，定义一个module结构体，对于app层来说就是拥有某一个功能模块的实例，比如一个特定的电机。在对电机进行操作的时候，传入该结构体指针。 - 函数： .c中存放的相当于这个类的private函数，.h中的则相当于public。相似的driver的public函数应较为统一。由于通信格式，使用方法等的不同，不同通信设备在读取操作、数据格式上可能有所不同，这些不同应该在driver的内部处理。 - 封装程度： 应尽可能使到上层使用时不考虑下层所需的操作。如在使用电机时，这个电机的数据该和哪些电机的数据在一个数据包中发送，can的过滤器设置，均属于应该自动处理的功能； 接收类的driver应该封装到只有初始化（用于初始化的`register`和发送控制命令`set_control`两个函数和一个实时更新的用于给app层提供该信息的数据结构体）。 Module层主要存放的是类型定义和实例指针数组，在该层没有进行实例化（定义或通过malloc分配空间），若在APP层没有实例化，则该模块的存在与否基本不会影响编译后的可执行文件，只会占用初始化和代码区所需的少量内存。module只会保存每个实例对象的指针，在没有初始化的时候仅仅占用一个指针数组的空间。因此，基于本框架的其他工程没有必要删除APP层未使用的module文件。 ## APP层(application) - TODO： 1. 完成麦克纳姆轮/全向轮底盘的功能 2. 完成发射应用 3. 完成云台控制应用 4. 增加机器人整车控制应用 - 主要功能：实现机器人的控制 在完成BSP层和Module层后，如果在APP层没有控制代码，则代码并无实际功能。换言之，BSP层与Module层的存在是为了APP层更简单、更合理、更易于扩展和移植。本框架的初始目标即是实现：在APP层仅需思考逻辑并用无关硬件的C语言代码实现即可完成整个机器人的控制。所有需要使用的模块和算法都在Module层提供。 - APP层按照模块（如云台、发射、底盘）可以建立对应的子文件夹，在其中完成初始化和相关逻辑功能的编写。目前尚未对app层进行开发。 ## 文件树 板级支持包的每个组件,每个moduel,每个app都有对应的说明文档. ```shell ROOT:. │ .gitignore # git版本管理忽略文件 │ .mxproject # CubeMX项目文件 │ basic_framework.ioc # CubeMX初始化配置文件 │ Makefile # 编译管理文件,为make命令的目标 │ openocd.cfg # 用于OpenOCD调试使用的配置文件 │ README.md # 本说明文档 │ startup_stm32f407xx.s # F407汇编启动文件 │ STM32F407.svd # F407外设地址映射文件,用于调试 │ STM32F407IGHx_FLASH.ld # F407IGH(C板使用的MCU)的文件目标FLASH地址,用于烧录和调试 │ VSCode+Ozone使用方法.md # 开发环境配置 | ├─.vscode │ launch.json # 用于VSCode插件CORTEX-DEBUG调试的配置文件 | task.json # 启动编译的任务配置文件 │ ├─assets # markdown存放图片和外链文件夹 | ├─application # 应用层,包括底盘控制,云台控制和发射控制 │ chassis.c │ chassis.h │ chassis.md │ gimbal.c │ gimbal.h │ gimbal.md │ shoot.c │ shoot.h │ shoot.md | robot_cmd.c | robot_cmd.h │ ├─bsp # 板级支持包,提供对硬件的封装,将接口暴露给module层 │ bsp.md │ bsp_buzzer.c │ bsp_buzzer.h │ bsp_can.c │ bsp_can.h │ bsp_can.md │ bsp_dwt.c │ bsp_dwt.h │ bsp_init.c │ bsp_init.h │ bsp_led.c │ bsp_led.h │ bsp_log.c │ bsp_log.h │ bsp_log.md │ bsp_temperature.c │ bsp_temperature.h │ bsp_usart.c │ bsp_usart.h │ bsp_usart.md │ struct_typedef.h │ ├─HAL_N_Middlewares # HAL库对寄存器操作的封装,以及FreeRTOS等中间件 | └─modules # 模块层,使用BSP提供的接口构建对应的功能模块,将模块实例提供给应用层 ├─algorithm # 算法 │ algorithm.md │ controller.c # 控制器 │ controller.h │ crc16.c # 循环冗余校验 │ crc16.h │ crc8.c │ crc8.h │ kalman_filter.c # KF │ kalman_filter.h │ LQR.c # LQR控制器 │ LQR.h │ QuaternionEKF.c # 四元数EKF融合 │ QuaternionEKF.h │ user_lib.c # 多个模块都会使用到的函数 │ user_lib.h │ ├─can_comm # 双板CAN通信组件 │ can_comm.c │ can_comm.h │ can_comm.md | ├─imu # 考虑到使用SPI的设备较少,这里没有对SPI提供bsp支持,直接于此实现 │ BMI088driver.c │ BMI088driver.h │ BMI088Middleware.c │ BMI088Middleware.h │ BMI088reg.h │ ins_task.c # 姿态解算任务,在RTOS中以1kHz运行 │ ins_task.h │ ├─led_light │ led_task.c # 用于指示错误和主控是否正常运行,流水灯任务 │ led_task.h │ ├─master_machine # 和上位机(视觉PC)通信的模块 │ master_process.c │ master_process.h │ master_process.md │ seasky_protocol.c │ seasky_protocol.h │ 湖南大学RoboMaster电控组通信协议.md │ ├─motor # 电机模块 │ dji_motor.c # DJI智能电机 │ dji_motor.h │ HT04.c # 海泰-04关节电机 │ HT04.h │ LK9025.c # 瓴控9025驱动轮电机 │ LK9025.h │ motor_def.h # 电机通用定义 │ motor_task.c # 电机控制任务,1kHz运行在RTOS上 │ motor_task.h │ ├─referee # 裁判系统模块 │ referee.c # 接收裁判系统信息 │ referee.h │ referee_UI.c # UI绘制(发送) │ referee_communication.c # 多机通信 | ├─remote # 遥控器模块 │ remote_control.c │ remote_control.h │ └─super_cap # 超级电容 super_cap.c super_cap.h ``` ## BSP/Module/Application介绍 在对应应用、模块和板级支持包文件夹下。 ## 整体架构 ### 软件分层 ![image-20221113211942850](assets\framework.png) ### 运行任务 ![image-20221113212616636](assets\image-20221113212616636.png) ### 初始化流程 ~~~mermaid graph TD HAL库初始化 --> BSP初始化 --> Application初始化 --> app调用其拥有模块的初始化 --> 启动操作系统 ~~~ **注意，应用初始化不得放入其对应任务中，即使是在死循环前，否则可能导致一些需要定时器的任务初始化异常**。 APP会调用其所有的模块的初始化函数（注册函数），这是因为本框架的设计思想是任何模块在被注册（构造/初始化）之前，都是不存在的，当且仅当定义了一个模块结构体（也称实例）的时候，才有一个实体的概念。 > 代码参考了哈工深南宫小樱战队的框架设计，在此鸣谢。