Firmware¶

Ueberblick¶

Die MCU-Firmware laeuft auf zwei Seeed Studio XIAO ESP32-S3 (Dual-Core Xtensa LX7, 240 MHz, 8 MB Flash, 8 MB PSRAM). Jeder Knoten ist ein eigenstaendiges PlatformIO-Projekt mit statisch kompilierter micro-ROS-Library. Kommunikation mit dem Raspberry Pi 5 ueber micro-ROS/UART (921600 Baud).

Dual-Core-Pattern (FreeRTOS)¶

Beide Knoten verwenden dasselbe Dual-Core-Pattern:

• Core 0 (Arduino loop()): micro-ROS Executor (spin_some()), Servo-I2C-Writes (nur Sensor-Knoten), circa 500 Hz Zyklusrate
• Core 1 (FreeRTOS Task): Echtzeit-Datenerfassung und CAN-Bus-Sends, Mutex-geschuetzt

CAN-Sends laufen auf Core 1, damit sie unabhaengig vom micro-ROS Agent funktionieren. Ein Inter-Core-Watchdog auf Core 0 prueft den Heartbeat von Core 1 und loest bei Ausbleiben einen Failsafe-Stopp aus.

Schluesselmodule¶

Drive-Knoten (kein I2C):

• robot_hal.hpp — Motorsteuerung (Cytron MDD3A), PWM (LEDC), Encoder-ISR (Quadratur)
• pid_controller.hpp — PID-Regler mit Anti-Windup (Kp=0,4, Ki=0,1, Kd=0,0)
• diff_drive_kinematics.hpp — Inverskinematik (v, w) → (v_l, v_r), Odometrie-Integration

Sensor-Knoten (I2C-Bus 400 kHz: MPU6050 0x68, INA260 0x40, PCA9685 0x41 via A0-Loetbruecke):

• mpu6050.hpp — 6-Achsen IMU, Komplementaerfilter (alpha=0,98)
• range_sensor.hpp — HC-SR04 Ultraschall, ISR-basiert (nicht-blockierend)
• cliff_sensor.hpp — MH-B IR Cliff-Sensor, GPIO-Poll
• ina260.hpp — Batterieueberwachung (Spannung, Strom, Leistung)
• pca9685.hpp — 16-Kanal PWM Servo-Controller, Pan/Tilt

Beide Knoten: twai_can.hpp — CAN 2.0B Sender (TWAI, 1 Mbit/s). Drive-Knoten IDs 0x200–0x2FF, Sensor-Knoten IDs 0x110–0x1F0.

Build-Einschraenkungen¶

• C++17 (-std=gnu++17), inline constexpr Konfiguration mit static_assert
• Keine dynamische Allokation zur Laufzeit
• ISR: IRAM_ATTR, globaler Scope, volatile Globals
• Kein I2C in Callbacks: Deferred-Pattern (Callback → RAM-Struct → loop()/sensorTask → I2C)
• micro-ROS QoS: Reliable fuer Nachrichten > 512 Bytes (XRCE-DDS MTU, keine Best-Effort-Fragmentierung)

Unterseiten¶

Die Firmware-Dokumentation ist in drei Fachseiten gegliedert:

• FreeRTOS-Architektur — Dual-Core-Pattern, Core-Zuordnung, Synchronisation, Watchdog, I2C-Bus
• micro-ROS-Integration — Zwei-Node-Architektur, Serial Transport, Build-Befehle, harte Constraints
• Sensorik und Aktorik — Module beider Knoten (Drive + Sensor), PID, LED, I2C-Geraete, CAN-Bus-Frames

Code-Stil und Linting¶

• Sprache: C++17 (-std=gnu++17, GCC 8.4.0)
• Zeilenlaenge: 100 Zeichen
• Einrueckung: 4 Spaces
• Klammern: Attach (K&R)
• Benennung: CamelCase Klassen, camelBack Methoden, lower_case Funktionen/Variablen/Parameter
• Konfiguration: .clang-format (LLVM-basiert)

clang-format --dry-run --Werror \
    amr/mcu_firmware/drive_node/src/*.cpp \
    amr/mcu_firmware/drive_node/include/*.hpp \
    amr/mcu_firmware/sensor_node/src/*.cpp \
    amr/mcu_firmware/sensor_node/include/*.hpp

Abgrenzung¶