micro-ROS-Integration¶

Zwei-Knoten-Architektur¶

Die Firmware besteht aus zwei getrennten PlatformIO-Projekten. Jeder ESP32-S3 erhaelt eine eigene micro-ROS-Library (statisch kompiliert).

ESP32-S3-Support

ESP32-S3 ist nicht in der offiziellen micro_ros_platformio Board-Tabelle gelistet. Der Support ist Community-basiert und im Projekt erfolgreich validiert.

Eigenschaft	Drive-Knoten	Sensor-Knoten
Verzeichnis	`amr/mcu_firmware/drive_node/`	`amr/mcu_firmware/sensor_node/`
Konfiguration	`include/config_drive.h` (v4.0.0)	`include/config_sensors.h` (v3.0.0)
udev-Symlink	`/dev/amr_drive`	`/dev/amr_sensor`
Baudrate	921600 (micro-ROS UART)	921600 (micro-ROS UART)
Funktion	Motoren, PID, Encoder, Odometrie, LED	IMU, Ultraschall, Cliff, Batterie, Servo
CAN-ID-Bereich	0x200–0x2FF	0x110–0x1F0

micro-ROS Agent (Pi 5)¶

Zwei separate Agenten laufen im Docker-Container:

# Drive-Agent
ros2 run micro_ros_agent micro_ros_agent serial --dev /dev/amr_drive -b 921600

# Sensor-Agent
ros2 run micro_ros_agent micro_ros_agent serial --dev /dev/amr_sensor -b 921600

Beide werden automatisch ueber full_stack.launch.py gestartet.

QoS-Konfiguration¶

Publisher-Seite (Firmware)¶

Alle MCU-Publisher verwenden Reliable QoS (rclc_publisher_init_default()):

/odom (~725 Bytes) — ueberschreitet XRCE-DDS MTU (512 B), erfordert Fragmentierung
/imu (~550 Bytes) — ebenfalls fragmentiert
/battery, /cliff, /range/front, /battery_shutdown — kleiner, aber einheitlich Reliable

Subscriber-Seite (ROS2)¶

Der cliff_safety_node verwendet Best-Effort QoS fuer /cliff, damit er auch bei QoS-Mismatch Nachrichten empfaengt:

from rclpy.qos import QoSProfile, ReliabilityPolicy
qos_sensor = QoSProfile(depth=10, reliability=ReliabilityPolicy.BEST_EFFORT)
self.create_subscription(Bool, "/cliff", self.cliff_callback, qos_sensor)

Maximale Nachrichtengroesse¶

2048 Bytes (MTU × STREAM_HISTORY).

Build-Befehle¶

# Drive-Knoten
cd amr/mcu_firmware/drive_node
pio run -e drive_node                      # Kompilieren
pio run -e drive_node -t upload -t monitor # Upload + Serial Monitor

# Sensor-Knoten
cd amr/mcu_firmware/sensor_node
pio run -e sensor_node                      # Kompilieren
pio run -e sensor_node -t upload -t monitor # Upload + Serial Monitor

Immer -e angeben

pio run -t upload ohne -e flasht ALLE Environments — das letzte ueberschreibt die vorherigen.

Erster Build pro Knoten: ~15 Min (micro-ROS aus Source). Folgebuilds gecacht.

Harte Constraints¶

Typen: int32_t/uint8_t/int16_t statt int/long. Encoder-Zaehler: volatile int32_t
ISR: IRAM_ATTR, globaler Scope (kein Namespace), volatile Globals
Speicher: Keine dynamische Allokation zur Laufzeit
I2C in Callbacks: Verboten. Deferred-Pattern: Callback → RAM-Struct → loop()/sensorTask → I2C
Getrennte Projekte: Drive-Knoten und Sensor-Knoten werden immer getrennt gebaut, geflasht und betrieben