Year 2 Project: 下位机开发-Juntong20XX Pages

在嵌入式开发中，下位机通常不参与决策，作为执行器或传感器使用。

此项目中，每个模块都作为下位机，执行上位机的指令。

开发中，下位机使用 Arduino Uno，上位机使用 Raspberry Pi 5。

代码设计

状态机设计

下位机不参与决策，可以将其视为状态机。

下位机状态机

stateDiagram-v2
[*]     --> 无连接
无连接   --> 检查连接: 周期检查
检查连接 --> 无连接:   未得到回应
检查连接 --> 等待命令: 响应
等待命令 --> 检查连接: 周期检查
等待命令 --> 反馈确认: 校验和确认
反馈确认 --> 执行:     校验并确认
反馈确认 --> 检查连接: 未得到回应或取消
执行 --> 等待命令

通信协议设计

communication system

项目硬件层面（对应图中的 Communication Channel）的通信协议，选择了基于 USB 连接的 UART 通信，其优点如下：

易操作
USB 线保证信道可靠性

在数据包发送前，要对其进行编码（对应图中的 Encoder-modulator 或许可以叫 “链路层”）。项目采用了嵌入式通信中常见的数据结构：

uart packet

packet-beta
title UART Packet
0-7: "Start Byte"
8-15: "CRC"
16-79: "Data"
80-87: "Stop Byte"

数据层面的通信协议（对应图中 Message Source）根据状态机设计。

数据包结构，每个数据包大小为 16 byte 。该设计是出于与上位机的 Python 代码兼容，使得每个包长度正好等于两个 int 类型，避免在 Python 中直接操作 ctype 或二进制.
```
struct __attribute__((packed)) STRUCT_Message {
  int32_t msg_type;
  char    data[4];
} Message;
```
在数据包之上的连接协议分为三种，ping wait 和 command。ping 用于测试上位机是否在线，wait 通知上位机当前下位机在等待指令，command 是上位机发出指令到下位机返回执行结果的一系列消息。