# N32_test_mcu

**Repository Path**: xuchi123/n32_test_mcu

## Basic Information

- **Project Name**: N32_test_mcu
- **Description**: N32G455 香橙派底盘主控板固件工程
- **Primary Language**: C++
- **License**: Apache-2.0
- **Default Branch**: master
- **Homepage**: None
- **GVP Project**: No

## Statistics

- **Stars**: 0
- **Forks**: 0
- **Created**: 2026-08-16
- **Last Updated**: 2026-08-16

## Categories & Tags

**Categories**: Uncategorized

**Tags**: None

## README

# N32_test_mcu — 香橙派底盘主控板固件

基于国民技术 **N32G455CEQ7**（ARM Cortex-M4F, 144MHz）的底盘主控板固件工程，负责电机驱动、LORA 遥控、编码器采集、CAN 总线桥接及与香橙派单板计算机的串口通信。

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## 工程概览

```
N32_test_mcu/
├── Core/          底层驱动层（时钟、GPIO、UART、CAN、定时器、ADC、中断）
├── user/          应用层（电机控制、LORA 遥控、编码器、CAN 解析、香橙派通信、IAP）
├── Drivers/       国民技术 N32G45x 标准外设库 + CMSIS DSP
├── MDK-ARM/       Keil MDK 工程文件
└── README.md
```

**开发环境：** Keil MDK V5.36 + ARM Compiler 5 (ARMCC)  
**目标芯片：** N32G455CEQ7 (Cortex-M4F, 144MHz, FPU/DSP)  
**系统时钟：** HSE 8MHz → PLL ×18 = **144MHz** SYSCLK → AHB=144M, APB2=72M, APB1=36M

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## 架构设计

### 三层头文件体系

工程采用三层 include 架构以消除循环依赖：

1. **base.h** — 基础层，聚合标准 C 库（`stdio.h`, `stdlib.h`, `stdint.h`, `math.h` 等）、N32G45x HAL 层（`n32g45x.h`, `n32g45x_conf.h`）和 ARM CMSIS DSP（`arm_math.h`）。所有模块只 include `base.h`，不直接引用底层头文件。

2. **各独立头文件**（`sys.h`, `gpio.h`, `uart.h`, `can.h`, `tim.h` 等）— 仅 include `base.h`，声明本模块的 API。

3. **main.h** — 汇总层，include 所有头文件，作为 `main.c` 的唯一入口。

### 定时器驱动架构

系统采用定时器中断驱动的周期性任务调度：

| 定时器 | 周期 | 用途 |
|--------|------|------|
| TIM6 | 1ms | 系统核心节拍 → 电机控制 (5ms)、香橙派通信 (8ms)、控制源超时计数 |
| TIM5 | 1s | LED 心跳指示、周期性状态任务 |
| TIM1 | 100μs | ADC 触发源（CC2 触发规则组，CC4 触发注入组） |

主循环（`main()` 超循环）轮询调用 `uart_parser_run()` 和 `lora_con_run()`。

### 中断优先级方案

所有中断使用抢占优先级 0，子优先级分配如下：

| 子优先级 | 外设 |
|----------|------|
| 0 | UART 中断、COMP 比较器 |
| 1 | CAN 接收中断 |
| 2 | DMA 通道 |
| 3 | TIM1 / TIM5 / TIM6 |

---

## Core — 底层驱动层

### sys — 系统初始化

`sys.c` / `sys.h` 负责全局初始化，`sys_init()` 按顺序调用：时钟配置 → NVIC 配置 → GPIO → UART → CAN → 定时器 → LORA。

**时钟树配置：**
- HSE 8MHz → PLL ×18 = 144MHz SYSCLK
- AHB = 144MHz, APB2 = 72MHz, APB1 = 36MHz
- Flash 等待周期：4 个 wait state（适配 144MHz）
- 使能所有外设时钟：GPIO A~F, DMA1/2, USART1/4/5/6/7, CAN1/2, TIM1/5/6, CRC, OPAMP, COMP

### gpio — 引脚配置

`gpio.c` / `gpio.h` 统一管理所有外设的 GPIO 初始化，并提供通用的 set / read / toggle 工具函数。

**关键引脚分配：**

| 信号 | 引脚 | 说明 |
|------|------|------|
| LED1 | PB8 | 心跳指示灯 |
| LED2 | PA15 | 心跳指示灯 |
| RS485_DE | PE12 | RS485 收发方向控制 |
| LORA MD0 | PE10 | LORA 模块模式选择 |
| LORA MD1 | PE11 | LORA 模块模式选择 |
| CAN1 TX/RX | PD9 / PD8 | 重映射引脚 |
| CAN2 TX/RX | PB13 / PB12 | 默认引脚 |
| UART1 TX/RX | PA9 / PA10 | 调试串口 |
| UART4 TX/RX | PB2 / PE7 | LORA 通信 |
| UART5 TX/RX | PE8 / PE9 | 传感器 |
| UART6 TX/RX | PB0 / PB1 | RS485 总线 |
| UART7 TX/RX | PC4 / PC5 | 香橙派通信 |

**便捷宏：** `LED1(x)`, `LED2(x)`, `RS485_DE(x)`, `MD0(x)`, `MD1(x)`

### uart — 串口驱动

`uart.c` / `uart.h` 实现 5 路 UART 的完整驱动，支持轮询发送、DMA 发送、以及基于 IDLE 行中断 + DMA + 乒乓双缓冲的接收方案。

**串口配置总览：**

| 串口 | 波特率 | 用途 | TX DMA | RX DMA |
|------|--------|------|--------|--------|
| USART1 | 1,500,000 | 调试 / printf 重定向 | DMA1_CH4 | DMA1_CH5 |
| UART4 | 115,200 | LORA 遥控 | DMA2_CH5 | DMA2_CH3 |
| UART5 | 115,200 | 传感器 | DMA1_CH1 | DMA1_CH8 |
| UART6 | 115,200 | RS485 总线 | DMA2_CH2 | DMA2_CH1 |
| UART7 | 1,000,000 | 香橙派通信 | DMA2_CH7 | DMA2_CH6 |

**接收机制：** 每路串口分配 300 字节 × 2 的乒乓缓冲区（`RX_BUF_SIZE=300`），通过 IDLE 中断触发 DMA 缓冲区切换，主循环通过 `uart_get_flag()` / `uart_get_data()` 读取数据。

**printf 重定向：** `fputc()` 将 printf 输出重定向到 USART1，带 0xFF 超时防止死锁。

**RS485 支持：** UART6 发送时自动拉高 RS485_DE，发送完成中断自动拉低。

### can — CAN 总线驱动

`can.c` / `can.h` 实现双 CAN 总线（CAN1 + CAN2）的初始化、发送、接收和滤波器配置。

**配置参数：**
- 默认波特率：125Kbps（APB1=36MHz, 预分频=72, 4 时间量子位）
- 工作模式：Normal, ABOM 自动离线管理, NART 禁止自动重传, TXFP FIFO 优先发送
- 时序：RSJW=1tq, TBS1=2tq, TBS2=1tq
- 滤波器：默认全接收（32 位掩码模式），支持 16 位 ID 列表模式

**波特率预设（基于 36MHz APB1）：** 1M(÷9), 500K(÷18), 250K(÷36), 125K(÷72)

**数据结构：** `CanRx_t` 接收结构体包含 `{ id, len, data[8], flag }`。

### tim — 定时器

`tim.c` / `tim.h` 初始化 TIM1/TIM5/TIM6 三个定时器，作为系统时间基准和 ADC 触发源。TIM1 配置为 100μs 周期（144MHz APB2 时钟，Prescaler=143, Period=99），用于 ADC 规则组和注入组的硬件触发。

### adc — ADC 采样

`adc.c` / `adc.h` 实现双转换组 ADC 驱动：

- **规则组：** 4 通道（CH1/CH2/CH5/CH6），DMA 循环模式，TIM1_CC2 触发，连续扫描，每通道 16 次采样取和
- **注入组：** 4 通道，TIM1_CC4 触发，转换完成中断读取
- **温度传感器：** 使用工厂校准 NVR 参数（VTS @ 0x1FFFF520, AVG_SLOPE=0.004）计算芯片温度

### n32g45x_it — 中断向量表

`n32g45x_it.c` / `n32g45x_it.h` 实现 Cortex-M4 异常处理向量表。关键的定时器中断服务函数：

- `TIM6_IRQHandler()` → 调用 `main_1ms()` → 电机控制 (5ms) + 香橙派通信 (8ms)
- `TIM5_IRQHandler()` → 调用 `main_1s()` → LED 心跳

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## user — 应用层

### motor_zhongling — 中菱轮毂电机驱动

`motor_zhongling.c` / `motor_zhongling.h` 通过 CAN 总线控制两台中菱轮毂电机（左轮 CAN ID 0x211，右轮 0x212），并接收速度反馈（0x311 / 0x312）。

**核心功能：**

- **`motor_speed_run()`**（5ms 周期）：读取 CAN 反馈速度，交替发送左右轮速度指令，含安全超时检测
- **`lora_con_run()`**：解析 LORA 摇杆数据，施加死区补偿（Y轴 ±20, X轴 ±25），转换为线速度 v 和角速度 omega
- **`diff_calc(v, omega)`**：差速运动学计算，轮距 B=0.45m，轮径 D=0.254m

**差速公式：**
```
vL = v - (B/2) × ω
vR = v + (B/2) × ω
RPM = v_wheel × 60 / (π × D)
```

**安全机制：** 当 LORA 和香橙派均超时（>1 秒无有效指令），自动停止电机。LORA 遥控优先级高于香橙派。

### orange — 香橙派通信桥

`orange.c` / `orange.h` 是 MCU 与香橙派之间的协议转换器，通过 UART7（1Mbps）通信，承担三项职责：

1. **CAN 桥接：** 将 CAN1/CAN2 接收的数据帧打包（帧头 + CAN ID + CRC）转发给香橙派；接收香橙派的 CAN 帧并分发到 CAN1/CAN2
2. **遥测上报：** 周期性构建遥测帧（`0x55 0xAB` 帧头 + 总长度 + `Mcu_to_Orangepi` 结构体 + 累加和 CRC + `0xBB` 帧尾），包含 LORA 遥控数据和轮速信息
3. **指令解析：** 解析香橙派下发的速度指令（`Orangepi_to_Mcu` 结构体：`{v×100, omega×100}`，共 9 字节，小端序），调用 `diff_calc()` 驱动电机

**通信协议帧格式（MCU → 香橙派）：**
```
[0x55][0xAB][长度][LORA数据 + 轮速数据][CRC累加和低8位][0xBB]
```

**通信协议帧格式（香橙派 → MCU）：**
```
[0x55][0xAB][0x09][v_lo][v_hi][omega_lo][omega_hi][CRC][0xBB]  共9字节
```

### LORA — 无线遥控

`LORA.c` / `LORA.h` 驱动 LORA 无线模块（通过 UART4 通信），支持配置模式（9600 baud, MD0=0/MD1=0）和透传模式（115200 baud, MD0=1/MD1=0）。

**数据帧结构（`LORA_Data_t`，1 字节对齐）：**
```
[0xAA][len][x1][y1][x2][y2][btn1][btn2][encoder_lo][encoder_hi][checksum][0xBB]
```

**初始化流程：** 切换到配置模式 → 发送 51 字节参数数组（频率、功率、信道等） → 切换到透传模式。

接收数据时进行帧头（0xAA）和 CRC 校验，解析双摇杆轴值、按钮状态和编码器值，并可转发到香橙派（帧头改为 0xCC 通过 UART7）。

### uart_parser — 串口数据分发

`uart_parser.c` / `uart_parser.h` 在主循环中轮询 4 路串口的接收标志，按端口分发数据：

| 串口 | 处理函数 | 目标模块 |
|------|----------|----------|
| UART1 | `uart1_rx_parser()` | 调试回显（数据环回） |
| UART4 | `uart4_rx_parser()` | LORA 数据接收 → `lora_set_data()` |
| UART6 | `uart6_rx_parser()` | RS485（预留） |
| UART7 | `uart7_rx_parser()` | 香橙派通信：0x55+0xAB 帧头 → `orange_parse_cmd()`（速度指令），其他 → `orange_get_data()`（CAN 桥接） |

### can_parser — CAN 数据解析

`can_parser.c` / `can_parser.h` 轮询 CAN1 和 CAN2 的接收标志，提取数据后转发给香橙派桥接模块（`orange_set_can1_data()` / `orange_set_can2_data()`）。

### encoder — 编码器数据封装

`encoder.c` / `encoder.h` 将磁编码器的角度和温度数据打包为 6 字节协议帧（帧头 0xAA + 2 字节角度 + 2 字节温度 + XOR 校验），支持通过 UART1 (RS485)、UART2 或 CAN 总线发送。

### adc_parser — ADC 数据处理

`adc_parser.c` / `adc_parser.h` 处理磁编码器的 4 路 ADC 原始数据（X1/Y1/X2/Y2），计算差分信号（aa=X1-X2, bb=Y1-Y2），经自适应低通滤波后通过 CMSIS-DSP 的 `arm_atan2_f32` 计算角度，并计算转速，结果传递给 encoder 模块。

### mc_math — 电机控制数学库

`mc_math.c` / `mc_math.h` 提供 FOC（磁场定向控制）所需的数学运算，全程使用 Q1.15 定点数：

- **Clarke 变换 / 逆 Clarke 变换：** uvw ↔ αβ 坐标系
- **Park 变换 / 逆 Park 变换：** αβ ↔ qd 坐标系
- **SVPWM：** 空间矢量脉宽调制（含中点偏移）
- **三角函数：** 5120 点正弦查找表，四象限映射
- **PI 控制器：** 带积分累加
- **低通滤波器：** 一阶 IIR
- **均值滤波器：** 窗口大小 100

### IAP — 在线应用编程

`IAP.c` / `IAP.h` 实现 IAP 引导加载程序：

**Flash 布局：**
```
0x08000000 ─── IAP 引导区 (16KB, 8页)
0x08004000 ─── APP 应用区 (48KB, 24页)
0x08010000 ─── Flash 末尾
```

**核心功能：** Flash 擦除/写入/读取、硬件 CRC32 校验、跳转到 APP、通过 RS485 中断标志进入固件更新模式、启动计数器管理（Flash Page 7）。

### FIR — 数字滤波器

`FIR.c` / `FIR.h` 基于 CMSIS-DSP 的 33 阶浮点 FIR 低通滤波器（`arm_fir_f32`），用于 ADC 信号后处理。

### delay — 延时工具

`delay.c` / `delay.h` 基于 SysTick 定时器实现精确的微秒和毫秒阻塞延时，提供 `delay_us(n)` 和 `delay_ms(n)` 便捷宏。

### opamp — 运算放大器

`opamp.c` / `opamp.h` 配置两路硬件 OPAMP（OPAMP1: VP=PA1/VM=PA3, OPAMP2: VP=PA7/VM=PA2）为外部运放模式，用于电机电流采样。

### comp — 比较器

`comp.c` / `comp.h` 配置三路硬件比较器（COMP1/COMP2/COMP5），以 DAC1/PA4 为反相参考电压，输出连接 TIM1 刹车输入（BKIN），实现电机过流保护。滤波参数：采样窗口 31，阈值 18。

### log — 日志框架

`log.c` / `log.h` 提供编译期日志级别过滤（`LOG_NONE` / `ERROR` / `WARNING` / `INFO` / `DEBUG`），通过宏控制是否在编译中包含 `printf()` 调用，以及 `uint16_t` 数组格式化输出。

---

## 模块间数据流

```
                        ┌──────────────┐
                        │  LORA 遥控器  │
                        └──────┬───────┘
                               │ UART4
                               ▼
┌──────────┐           ┌───────────────┐           ┌───────────┐
│ 磁编码器  │──ADC──▶  │  adc_parser   │──angle──▶ │  encoder  │
│ (X1Y1X2Y2)│          └───────────────┘           └─────┬─────┘
└──────────┘                                             │ UART1/CAN
                                                         ▼
┌──────────┐    UART7    ┌───────────────┐    CAN1/2   ┌────────────┐
│  香橙派   │◀─────────▶│    orange     │◀──────────▶│ CAN 总线    │
│          │            └───────┬───────┘             └─────┬──────┘
└──────────┘                    │                          │
                          v, omega                     速度反馈
                                ▼                          ▼
                    ┌───────────────────────┐    ┌──────────────────┐
                    │  motor_zhongling      │◀───│ LORA 摇杆数据    │
                    │  (差速运动学 + 安全)    │    └──────────────────┘
                    └───────────┬───────────┘
                                │ CAN (0x211/0x212)
                                ▼
                    ┌───────────────────────┐
                    │   中菱轮毂电机 ×2     │
                    │   (左轮 0x211/0x311)  │
                    │   (右轮 0x212/0x312)  │
                    └───────────────────────┘
```

---

## 安全与控制权机制

系统实现双控制源（LORA 遥控 / 香橙派指令）的安全管理：

- **超时保护：** `g_lora_ctrl_ms` 和 `g_orangepi_ctrl_ms` 计数器在 1ms 中断中递增，超过 1000ms 无有效指令则判定超时，自动停止电机
- **优先级仲裁：** LORA 活跃时（`g_lora_ctrl_ms < 1000`），忽略香橙派的速度指令，避免冲突
- **CAN 安全：** CAN 报文采用 NART（禁止自动重传），避免总线拥塞

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## 编译与烧录

本工程使用 **Keil MDK V5.36** + **ARM Compiler 5 (ARMCC)** 编译。通过 USB 下载器（如 J-Link / DAP-Link）连接目标板烧录。

工程文件位于 `MDK-ARM/N32G455CEQ7.uvprojx`。