磁铁、舵机、网页控制、通信协议
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# EDC 通讯协议
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## 概述
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本协议用于 MPU 与 MCU (ESP32-C5) 之间的数据交互，支持 **I2C** 与 **UART** 双通道冗余传输。
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| 属性 | 值 |
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|------|-----|
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| 帧头 | `0xAA 0x55` |
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| 字节序 | 大端 (Big-Endian) |
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| CRC | CRC-16/MODBUS (多项式 `0x8005`) |
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| I2C 模式 | ESP32 从机, 地址 `0x2A` |
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| UART 波特率 | `115200`, 8N1 |
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## 1. 数据模型
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```
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Point = { x: uint16, y: uint16, angle_x10: uint16 }
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Fragment = { source: Point, target: Point }
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Cycle = { cycle_id: uint16, frag_count: uint8 (2~4), fragments: Fragment[] }
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```
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- **Point**: 单个坐标点, `angle_x10 = 角度 × 10` (如 `450` = 45.0°)
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- **Fragment**: 一次运动片段, 从 `source` 移动到 `target`
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- **Cycle**: 一个执行周期, 包含 2~4 个 Fragment
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## 2. 帧格式
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```
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┌────────┬────────┬────────┬────────┬───────────────────┬──────────────┐
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│ SOF1 │ SOF2 │ CMD │ LEN │ DATA (N bytes) │ CRC16 (LE) │
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│ 0xAA │ 0x55 │ 1B │ 1B │ variable │ 2B │
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└────────┴────────┴────────┴────────┴───────────────────┴──────────────┘
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◄──────────── CRC 计算范围 (CMD + LEN + DATA) ────────────►
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```
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- **SOF**: 帧头, 固定 `0xAA 0x55`
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- **CMD**: 命令字 (见 §3)
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- **LEN**: DATA 区字节数
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- **DATA**: 有效载荷
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- **CRC**: CRC-16/MODBUS, 低位在前
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## 3. 命令字
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| 命令 | 值 | 方向 | 说明 |
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|------|-----|------|------|
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| `CYCLE_DATA` | `0x01` | MPU → MCU | 下发 Cycle 数据 |
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| `CYCLE_DONE` | `0x02` | MCU → MPU | Cycle 执行完成 |
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| `CYCLE_REQUEST` | `0x03` | MCU → MPU | 请求下一个 Cycle |
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| `ACK` | `0x80` | 双向 | 通用应答 (预留) |
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| `NACK` | `0xFF` | 双向 | 错误 (预留) |
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## 4. 帧类型详解
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### 4.1 CYCLE_DATA (MPU → MCU)
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SOF(2) + CMD=0x01 + LEN + DATA + CRC(2)
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DATA:
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┌──────────────┬────────────┬─────────────────────────┐
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│ cycle_id │ frag_count │ fragments │
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│ uint16 (BE) │ uint8 │ N × 12B │
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│ 2B │ 1B │ 12~48B │
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└──────────────┴────────────┴─────────────────────────┘
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LEN = 3 + frag_count × 12
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```
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**Fragment (12B)**:
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```
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┌──────────┬──────────┬───────────────┬──────────┬──────────┬───────────────┐
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│ src.x │ src.y │ src.angle_x10 │ dst.x │ dst.y │ dst.angle_x10 │
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│ uint16 │ uint16 │ uint16 │ uint16 │ uint16 │ uint16 │
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│ 2B │ 2B │ 2B │ 2B │ 2B │ 2B │
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└──────────┴──────────┴───────────────┴──────────┴──────────┴───────────────┘
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```
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**示例** (2 个 Fragment, `cycle_id=1`):
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```
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AA 55 01 1B 00 01 02
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00 64 00 C8 01 C2 01 2C 01 90 02 58 ← Fragment 0
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00 96 01 2C 03 84 01 F4 02 BC 04 B0 ← Fragment 1
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XX XX ← CRC16
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```
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解析:
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| 字段 | 值 | 含义 |
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|------|-----|------|
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| cycle_id | `0x0001` = 1 | 第 1 个 Cycle |
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| frag_count | `0x02` = 2 | 2 个 Fragment |
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| F0 src | (100, 200), 45.0° | |
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| F0 dst | (300, 400), 60.0° | |
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| F1 src | (150, 300), 90.0° | |
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||||
| F1 dst | (500, 700), 120.0° | |
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### 4.2 CYCLE_DONE (MCU → MPU)
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```
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SOF(2) + CMD=0x02 + LEN=2 + cycle_id(2B, BE) + CRC(2)
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总长度: 8 字节
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```
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**示例** (`cycle_id=1` 完成):
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```
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AA 55 02 02 00 01 XX XX
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```
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### 4.3 CYCLE_REQUEST (MCU → MPU)
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```
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SOF(2) + CMD=0x03 + LEN=0 + CRC(2)
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总长度: 6 字节
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```
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||||
**示例**:
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```
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AA 55 03 00 XX XX
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```
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## 5. CRC-16/MODBUS
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| 参数 | 值 |
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|------|-----|
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| 多项式 | `0x8005` (逆序 `0xA001`) |
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| 初始值 | `0xFFFF` |
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| 输入反射 | 是 |
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| 输出反射 | 是 |
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| 异或输出 | `0x0000` |
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| 校验范围 | CMD + LEN + DATA |
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### 参考实现 (C)
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```c
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uint16_t edc_crc16(const uint8_t *data, size_t len)
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{
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||||
uint16_t crc = 0xFFFF;
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||||
for (size_t i = 0; i < len; i++) {
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||||
crc ^= data[i];
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||||
for (int j = 0; j < 8; j++) {
|
||||
if (crc & 0x0001)
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||||
crc = (crc >> 1) ^ 0xA001;
|
||||
else
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||||
crc >>= 1;
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||||
}
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||||
}
|
||||
return crc;
|
||||
}
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```
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## 6. 传输通道
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### 6.1 I2C (冗余接收)
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- ESP32 作为 **I2C 从机**, 地址 `0x2A` (7-bit)
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- MPU 作为 I2C 主机
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- MPU 将完整帧直接 `Write` 到从机地址
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- ESP32 通过 ISR 回调接收并 CRC 校验
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- 默认引脚: SDA=GPIO2, SCL=GPIO3
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### 6.2 UART (双向)
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- **RX**: 接收 CYCLE_DATA (冗余备份)
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- **TX**: 发送 CYCLE_DONE / CYCLE_REQUEST
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- 默认引脚: TX=GPIO8, RX=GPIO9
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- 波特率: 115200, 8N1
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### 6.3 冗余策略
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同一帧 CYCLE_DATA 同时通过 I2C 和 UART 发送, **任一通道先收到有效帧即采纳**, 通过 `edc_proto_stat_t.last_channel` 可判断来源。
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## 7. 交互流程
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MPU MCU (ESP32-C5)
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│ │
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│──── CYCLE_DATA (I2C+UART) ────────►│ 下发 Cycle
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│ │
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||||
│ │ 执行 fragments[0..N]
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│ │
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||||
│◄──── CYCLE_DONE (UART) ───────────│ 上报完成
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│ │
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||||
│──── CYCLE_DATA (I2C+UART) ────────►│ 下发下一个...
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│ │
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— 或 —
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│ │
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||||
│ (超时无数据) │
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||||
│ │
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||||
│◄──── CYCLE_REQUEST (UART) ────────│ 主动请求
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```
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## 8. MCU 端 API
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```c
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#include "protocol.h"
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// 初始化 (I2C 从机 + UART)
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edc_proto_init(NULL);
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// 方式一: 手动轮询
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edc_cycle_t cycle;
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||||
if (edc_proto_poll(&cycle) > 0) {
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||||
// 处理 cycle.fragments[0..frag_count-1]
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||||
edc_proto_send_done(cycle.cycle_id);
|
||||
}
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||||
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||||
// 方式二: FreeRTOS 任务 + 回调
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||||
xTaskCreate(edc_proto_task, "proto", 4096, NULL, 5, NULL);
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||||
void edc_proto_on_cycle(const edc_cycle_t *cycle, edc_channel_t ch) {
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||||
// ch: EDC_CH_I2C 或 EDC_CH_UART
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||||
// 执行完调用:
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||||
edc_proto_send_done(cycle->cycle_id);
|
||||
}
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||||
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||||
// 超时请求
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||||
edc_proto_send_request();
|
||||
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||||
// 查看统计
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||||
edc_proto_stat_t stat;
|
||||
edc_proto_get_stats(&stat);
|
||||
// stat.i2c.cycles_ok, stat.uart.cycles_err, stat.done_sent ...
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```
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## 9. 帧总长速查
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| frag_count | DATA 长度 | 帧总长 (SOF+CMD+LEN+DATA+CRC) |
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|------------|-----------|------|
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| 2 | 3 + 24 = 27 | 2 + 1 + 1 + 27 + 2 = **33** |
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| 3 | 3 + 36 = 39 | 2 + 1 + 1 + 39 + 2 = **45** |
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||||
| 4 | 3 + 48 = 51 | 2 + 1 + 1 + 51 + 2 = **57** |
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||||
| DONE | 2 | **8** |
|
||||
| REQUEST | 0 | **6** |
|
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