# 外骨骼主控32

**Repository Path**: bigcat0001/exoskeleton-controller-32

## Basic Information

- **Project Name**: 外骨骼主控32
- **Description**: 本项目为openexo遥操外骨骼主控STM32控制器代码
- **Primary Language**: C
- **License**: MulanPSL-2.0
- **Default Branch**: master
- **Homepage**: None
- **GVP Project**: No

## Statistics

- **Stars**: 0
- **Forks**: 1
- **Created**: 2026-05-08
- **Last Updated**: 2026-05-08

## Categories & Tags

**Categories**: Uncategorized

**Tags**: None

## README

# 外骨骼主控 STM32F407ZGT6

## 项目简介

openexo 外骨骼控制系统的 STM32 主控端代码。STM32F407ZGT6 作为系统主控，负责串口屏交互，并通过三路通信通道发送 ExoLink-RT 协议帧：2.4G 无线（UART2）、有线串行（UART4）、WiFi UDP（SPI2→ESP32）。ESP32 负责 BLE 配网、WiFi UDP 转发和密码存储。

## 系统架构

```
[串口屏 Nextion]
      |  USART3 (PB10/PB11, 9600)
      |
[STM32F407ZGT6] ---- SPI2 (PB12~15) ---- [ESP32 模组] ---- UDP ---- [上位机 / 其他节点]
      |                                      - BLE 配网
      |  USART2 (PA2/PA3, 9600)              - WiFi UDP 发送
      |                                      - NVS 密码存储
[2.4G 无线模块] --------------------------------- 2.4G 无线 ---- [上位机 / 其他节点]
      |
      |  UART4 (PC10/PC11, 9600)
      |
[有线串行设备] ----------------------------------- 有线串行 ---- [上位机 / 其他节点]
```

## 硬件引脚分配

| 外设 | 引脚 | 说明 |
|------|------|------|
| USART1 TX/RX | PA9 / PA10 | 调试日志（printf 重定向，115200） |
| USART2 TX/RX | PA2 / PA3  | 2.4G 无线模块，9600 baud |
| USART3 TX/RX | PB10 / PB11 | Nextion 串口屏，9600 baud |
| UART4 TX/RX | PC10 / PC11 | ExoLink-RT 有线发送，9600 baud |
| SPI2 NSS | PB12 | ESP32 片选（软件控制） |
| SPI2 SCK | PB13 | SPI 时钟 |
| SPI2 MISO | PC2  | ESP32 → STM32 |
| SPI2 MOSI | PB15 | STM32 → ESP32 |
| ESP32 DRDY | PA1 | ESP32 有数据时拉低，触发 EXTI1 下降沿中断 |

## 目录结构

```
STM32F407ZGT6/
├── USER/
│   ├── main.c              # 主函数，FreeRTOS 任务编排
│   ├── stm32f4xx_it.c      # 中断向量表
│   └── F407.uvprojx        # Keil MDK 工程文件
├── HARDWARE/
│   ├── SPI2/               # SPI2 主模式驱动（PB12-15）
│   ├── ESP32_SPI/          # STM32↔ESP32 SPI 通信协议层
│   ├── EXOLINK/            # ExoLink-RT 协议构建/解析/CRC16
│   ├── USART2/             # UART2 驱动（2.4G 模块）
│   ├── USART3/             # UART3 驱动（Nextion 串口屏）
│   └── USART4/             # UART4 驱动（ExoLink-RT 有线发送）
├── SYSTEM/
│   ├── usart/              # UART1 驱动（调试日志）
│   ├── delay/              # 延时函数
│   └── sys/                # 系统时钟、GPIO 位带操作
├── FWLIB/                  # STM32F4 标准外设库
├── FreeRTOS/               # FreeRTOS V9.0.0 内核
└── CORE/                   # ARM Cortex-M4 启动文件
```

## FreeRTOS 任务说明

| 任务 | 优先级 | 周期 | 功能 |
|------|--------|------|------|
| `task_exolink_tx` | 3 | 2000ms | 构建 ExoLink-RT 帧，经 SPI 发给 ESP32（UDP）、UART2（2.4G）和 UART4（有线串行） |
| `task_screen_rx`  | 3 | 20ms   | 解析 UART3 串口屏命令，转发 WiFi 配置/IP 设置给 ESP32 |
| `task_serial_rx`  | 3 | 10ms   | 解析 UART2（2.4G）和 UART4（有线串行）接收的 ExoLink-RT 帧 |
| `task_esp32_rx`   | 3 | 事件驱动 | 等待 PA1 DRDY 中断，读取 ESP32 推送数据并更新串口屏 |
| `task_heartbeat`  | 1 | 1000ms | 打印系统运行状态（UDP/2.4G/串行使能、IP 等） |

## STM32↔ESP32 SPI 通信协议

所有帧以 `0xAA` 开头，第二字节为类型。

**配置类（短帧，无校验）：**
```
[AA] [TYPE] [DATA...]
```

**协议帧（直接透传 ExoLink-RT）：**
```
[AA] [09] [47字节 ExoLink-RT 原始帧]
```

| TYPE | 方向 | 说明 | DATA |
|------|------|------|------|
| 0x01 | STM32 → ESP32 | 设置 UDP 目标 IP | IP 字符串（≤16字节，`\0` 结尾） |
| 0x02 | STM32 → ESP32 | 发送 WiFi 凭据 | `#SSID#PASSWORD` 格式字符串 |
| 0x03 | STM32 → ESP32 | WiFi 扫描请求 | 无 |
| 0x04 | ESP32 → STM32 | 返回 ESP32 自身 IP | IP 字符串（≤16字节，`\0` 结尾） |
| 0x05 | ESP32 → STM32 | WiFi 扫描结果 | `[COUNT][SSID0\0][SSID1\0]...`，`0xFF` 结尾填充 |
| 0x06 | ESP32 → STM32 | UDP 接收长帧 | 47字节 ExoLink-RT 原始帧 |
| 0x09 | STM32 → ESP32 | 发送 ExoLink-RT 帧 | 47字节原始协议帧（不修改内容） |

**ESP32 推送流程（事件驱动）：**
```
ESP32 有数据 → 拉低 PA1(DRDY)
STM32 EXTI1 下降沿中断 → vTaskNotifyGiveFromISR 唤醒 task_esp32_rx
task_esp32_rx 读取 SPI → 解析 TYPE → 更新串口屏 / 解析帧
```

## ExoLink-RT 协议帧格式

帧总长 **47 字节**：

```
[AA][FC][SEQ_H][SEQ_L][DATA 40B][CRC_H][CRC_L][55]
```

| 字段 | 长度 | 说明 |
|------|------|------|
| Header | 1B | 固定 `0xAA` |
| FuncCode | 1B | `0x01`=CTRL `0x02`=FEEDBACK `0x03`=ESTOP `0x04`=CALIB `0x05`=HEARTBEAT |
| SEQ | 2B | 序列号，大端，自动递增 |
| 左臂关节 | 14B | 7×uint16，大端，`0~16384` 对应 `0~360°` |
| 右臂关节 | 14B | 同上 |
| 手部数据 | 12B | 设备类型、按键、扳机、摇杆等 |
| CRC16 | 2B | CRC16-CCITT（poly=0x1021，init=0xFFFF），覆盖 bytes[0..43] |
| Tail | 1B | 固定 `0x55` |

角度换算：`uint16 = (degrees / 360.0) × 16384`

## 串口屏命令格式（USART3）

串口屏发送的数据以 `;` 结尾，STM32 在缓冲区中查找标志字符：

| 标志 | 格式示例 | 说明 |
|------|----------|------|
| `@` | `@0;` `@1;` | UDP 关/开 |
| `@` | `@2;` `@3;` | 2.4G 无线 关/开 |
| `@` | `@4;` `@5;` | 有线串行 关/开 |
| `#` | `#MySSID#MyPassword;` | WiFi 凭据，转发给 ESP32 |
| `$` | `$192.168.1.100;` | 设置 UDP 目标 IP，转发给 ESP32 |

STM32 收到 ESP32 IP 后，向串口屏发送：
```
page_ip.ip1.txt.str="192.168.x.x";
page(page_ip);
```

## 开发环境

- IDE：Keil MDK 5
- 编译器：ARM Compiler 5（AC5，C89/C90 标准）
- FreeRTOS：V9.0.0
- STM32 库：标准外设库（StdPeriph）
- 系统时钟：168MHz（外部晶振 + PLL）

## 注意事项

- UART1（PA9/PA10）仅用于 `printf` 调试输出，不承担业务功能
- FreeRTOS 中断优先级：`configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY = 5`，优先级 0~4 的中断不受 FreeRTOS 管理，**不能**在其中调用 FreeRTOS API
- EXTI1（PA1 DRDY）中断优先级设为 6，低于 SYSCALL 阈值，可安全调用 `vTaskNotifyGiveFromISR`
- ESP32 代码在独立仓库维护，本仓库不包含 ESP32 端代码