From 4f18ada2f7e99495b815b5959120f15424457187 Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: LSMushui Date: Sat, 12 Sep 2026 11:15:16 +0800 Subject: [PATCH] =?UTF-8?q?fix(ins):=20=E4=BF=AE=E5=A4=8D=20QEKF=20?= =?UTF-8?q?=E7=9F=A9=E9=98=B5=E5=86=85=E5=AD=98=E5=88=86=E9=85=8D=E5=A4=B1?= =?UTF-8?q?=E8=B4=A5(=E5=A0=86=20512B=20->=208KB),=E5=B9=B6=E6=81=A2?= =?UTF-8?q?=E5=A4=8D=E5=A7=BF=E6=80=81=E8=AF=8A=E6=96=AD=E4=BD=8D?= MIME-Version: 1.0 Content-Type: text/plain; charset=UTF-8 Content-Transfer-Encoding: 8bit ## 根因: 堆太小导致卡尔曼滤波静默失效 modules/ins/kalman_filter.h 的分配宏是 #ifdef _CMSIS_OS_H #define user_malloc pvPortMalloc #else #define user_malloc malloc #endif 而 kalman_filter.c 整个编译单元只 include 了 kalman_filter.h,从未引入 cmsis_os.h,因此 _CMSIS_OS_H 未定义 -> user_malloc 展开为 libc malloc, FreeRTOS 那 32KB(configTOTAL_HEAP_SIZE=32768)堆完全用不上。 libc malloc 的堆来自 MDK-ARM/startup_stm32f407xx.s 的 Heap_Size,CubeMX 默认值是 0x200 = 512 字节。而 Kalman_Filter_Init(6, 0, 3) 会发起 25 次 分配、合计约 1602 字节(P/Pminus/F/FT/Q/S/temp_matrix/temp_matrix1 各 144B,H/HT/K 各 72B,R 36B,Q 系列 24B 等),且全程没有一处 NULL 检查, 分配失败后紧接着 memset(NULL, 0, n) 并把 NULL 直接交给 arm_mat_* 使用: - 前半段小分配成功、后半段 144B 级分配返回 NULL - arm_mat_* 对 pData=NULL 只读写地址 0 附近,函数本身不报错、只是不改 动输出 -> 滤波器不再更新状态,但 QEKF_INS.UpdateCount 照常自增 - 表现为: att_ready=1(看起来"在跑")、欧拉角却恒定不动 对照原始例程(能正常工作的那版)RoboMaster-C-Board-INS-Example-master, 其 MDK-ARM/startup_stm32f407xx.s 的 Heap_Size 为 0x2000 = 8KB,是本工程 的 16 倍。本次将两个工程的 Heap_Size 一并提到 0x2000,与该例程一致。 注意: startup_stm32f407xx.s 由 CubeMX 生成,若日后重新生成工程,这行会 被改回 0x200,需再次修改(或改走 pvPortMalloc 路线)。注释用纯 ASCII, 避免 armasm 处理非 ASCII 源文件。 ## 恢复姿态诊断位 上一版 debug_task.c 把 cvg 换成了 att_ready,丢掉了唯一的"是否真的收敛" 判据 —— 于是"IMU 没数据"和"滤波器没跑"都表现为 cvg=1 + 三个 0.00,无法 区分。本次: - cvg 恢复为 INS.ConvergeFlag(与原诊断输出同义) - 新增 rdy(=att_ready)、imu(=bmi088_online)、an(=|accel|)、 gn(=|gyro|) 四个姿态链路健康位 - 保留 DEBUG_ATT_HEALTH 开关,置 0 即只输出三个欧拉角 - 文件头补注: yaw 无绝对基准,上电静止时恒为 0,不能作为故障判据 --- 云台/Application/Task/Src/debug_task.c | 57 +++++++++++++++++++------- 云台/MDK-ARM/startup_stm32f407xx.s | 9 +++- 底盘/Application/Task/Src/debug_task.c | 57 +++++++++++++++++++------- 底盘/MDK-ARM/startup_stm32f407xx.s | 9 +++- 4 files changed, 100 insertions(+), 32 deletions(-) diff --git a/云台/Application/Task/Src/debug_task.c b/云台/Application/Task/Src/debug_task.c index 7b2a792..0d04872 100644 --- a/云台/Application/Task/Src/debug_task.c +++ b/云台/Application/Task/Src/debug_task.c @@ -1,18 +1,25 @@ /* ============================================================================= - * debug_task.c - USB 虚拟串口(CDC)欧拉角输出 - * 每 DEBUG_OUT_PERIOD_MS 输出一行 QuaternionEKF(见 modules/ins)解算出的 - * 欧拉角,单位度。板子插上电脑出现虚拟 COM 口,串口助手打开即可(波特率随意)。 + * debug_task.c - USB 虚拟串口(CDC)姿态输出(欧拉角 + 姿态链路健康位) + * 每 DEBUG_OUT_PERIOD_MS 输出一行。单位: 角度 ° / 加速度 m/s² / 角速度 rad/s * - * 输出格式: yaw=<> pitch=<> roll=<> cvg=<> + * ---- 欧拉角(QuaternionEKF 解算结果,见 modules/ins) ---- * yaw 多圈连续偏航角 (att_deg_yaw = INS.YawTotalAngle,云台 Yaw 环反馈) * pitch 绕 y 轴角 (att_deg_pitch = QEKF_INS.Roll ) * roll 绕 x 轴角 (att_deg_roll = QEKF_INS.Pitch,云台 Pitch 环反馈) - * 以上为工程侧语义(att_deg_*);QEKF 内部 Pitch/Roll 命名与航空惯例互换, - * 映射关系与原因见 modules/attitude/attitude.c 文件头。 - * cvg 1-EKF 已有有效姿态输出(att_ready),0-未收敛,此时角度不可信 + * QEKF 内部 Pitch/Roll 命名与航空惯例互换,映射与原因见 attitude.c 文件头。 + * 注意 yaw 没有绝对基准(纯陀螺积分),上电静止时恒为该次上电的相对 0 点, + * 因此"yaw=0.00"本身不是故障特征;判断故障要看下面的健康位。 * - * 说明: 云台板与底盘板共用本文件,两者 IMU_Task 均运行 attitude_update(), - * 故 att_deg_* 在两种板上都有效,无需按 ROBOT_TYPE 分支。 + * ---- 健康位(排查"角度不动"时必须与角度一起看) ---- + * cvg 1-INS.ConvergeFlag:EKF 卡方检验通过、姿态可信(原诊断输出的 cvg + * 就是它,不要改成别的量,否则会丢掉"是否真的收敛"这一唯一判据); + * 0-未收敛/发散,此时角度不可信 + * rdy 1-att_ready:ins_update() 至少执行过一次,只说明"在跑",不代表可信 + * imu 1-bmi088_online:IMU 初始化成功;0=ID 检测失败,姿态必然全 0 + * an |bmi088_accel|:静止时≈9.8;≈0 说明 IMU 根本没给出数据 + * gn |bmi088_gyro|:静止时≈0;转动时明显变大说明陀螺通路正常 + * + * 不需要健康位时把 DEBUG_ATT_HEALTH 置 0,即只输出三个欧拉角。 * ========================================================================== */ #include "debug_task.h" #include "cmsis_os.h" @@ -20,21 +27,41 @@ #include "task.h" #include "usbd_cdc_if.h" #include "attitude.h" +#include "ins.h" +#include "bmi088.h" #include +#include -/* 输出周期(ms)。姿态观测建议 100ms(10Hz);如需接近原诊断节拍可改 500 */ +/* 1-输出欧拉角 + 姿态链路健康位; 0-只输出欧拉角 */ +#define DEBUG_ATT_HEALTH 1 + +/* 输出周期(ms)。姿态观测建议 100ms(10Hz) */ #define DEBUG_OUT_PERIOD_MS 100 void debug_task(void const * argument) { - char line[96]; + char line[128]; for (;;) { - int len = snprintf(line, sizeof(line), - "yaw=%.2f pitch=%.2f roll=%.2f cvg=%u\r\n", - att_deg_yaw, att_deg_pitch, att_deg_roll, - (unsigned)att_ready); + const float an = sqrtf(bmi088_accel[0] * bmi088_accel[0] + + bmi088_accel[1] * bmi088_accel[1] + + bmi088_accel[2] * bmi088_accel[2]); + const float gn = sqrtf(bmi088_gyro[0] * bmi088_gyro[0] + + bmi088_gyro[1] * bmi088_gyro[1] + + bmi088_gyro[2] * bmi088_gyro[2]); + + int len; +#if DEBUG_ATT_HEALTH + len = snprintf(line, sizeof(line), + "yaw=%.2f pitch=%.2f roll=%.2f cvg=%u rdy=%u imu=%u an=%.2f gn=%.3f\r\n", + att_deg_yaw, att_deg_pitch, att_deg_roll, + (unsigned)INS.ConvergeFlag, (unsigned)att_ready, + (unsigned)bmi088_online, an, gn); +#else + len = snprintf(line, sizeof(line), "yaw=%.2f pitch=%.2f roll=%.2f\r\n", + att_deg_yaw, att_deg_pitch, att_deg_roll); +#endif if (len > 0) CDC_Transmit_FS((uint8_t *)line, (uint16_t)len); diff --git a/云台/MDK-ARM/startup_stm32f407xx.s b/云台/MDK-ARM/startup_stm32f407xx.s index ef8311f..6281c75 100644 --- a/云台/MDK-ARM/startup_stm32f407xx.s +++ b/云台/MDK-ARM/startup_stm32f407xx.s @@ -40,7 +40,14 @@ __initial_sp ; Heap Size (in Bytes) <0x0-0xFFFFFFFF:8> ; -Heap_Size EQU 0x200 +; Heap raised from 0x200 (512B) to 0x2000 (8KB): +; modules/ins/kalman_filter.c allocates all KF matrix storage via libc +; malloc (it does not include cmsis_os.h, so user_malloc expands to +; malloc, not pvPortMalloc). Kalman_Filter_Init(6,0,3) issues 25 +; allocations totalling about 1.6KB with no NULL checks; a 512B heap +; made the later ones return NULL and silently broke the filter. +; 8KB matches the original RoboMaster-C-Board-INS-Example value. +Heap_Size EQU 0x2000 AREA HEAP, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3 __heap_base diff --git a/底盘/Application/Task/Src/debug_task.c b/底盘/Application/Task/Src/debug_task.c index 7b2a792..0d04872 100644 --- a/底盘/Application/Task/Src/debug_task.c +++ b/底盘/Application/Task/Src/debug_task.c @@ -1,18 +1,25 @@ /* ============================================================================= - * debug_task.c - USB 虚拟串口(CDC)欧拉角输出 - * 每 DEBUG_OUT_PERIOD_MS 输出一行 QuaternionEKF(见 modules/ins)解算出的 - * 欧拉角,单位度。板子插上电脑出现虚拟 COM 口,串口助手打开即可(波特率随意)。 + * debug_task.c - USB 虚拟串口(CDC)姿态输出(欧拉角 + 姿态链路健康位) + * 每 DEBUG_OUT_PERIOD_MS 输出一行。单位: 角度 ° / 加速度 m/s² / 角速度 rad/s * - * 输出格式: yaw=<> pitch=<> roll=<> cvg=<> + * ---- 欧拉角(QuaternionEKF 解算结果,见 modules/ins) ---- * yaw 多圈连续偏航角 (att_deg_yaw = INS.YawTotalAngle,云台 Yaw 环反馈) * pitch 绕 y 轴角 (att_deg_pitch = QEKF_INS.Roll ) * roll 绕 x 轴角 (att_deg_roll = QEKF_INS.Pitch,云台 Pitch 环反馈) - * 以上为工程侧语义(att_deg_*);QEKF 内部 Pitch/Roll 命名与航空惯例互换, - * 映射关系与原因见 modules/attitude/attitude.c 文件头。 - * cvg 1-EKF 已有有效姿态输出(att_ready),0-未收敛,此时角度不可信 + * QEKF 内部 Pitch/Roll 命名与航空惯例互换,映射与原因见 attitude.c 文件头。 + * 注意 yaw 没有绝对基准(纯陀螺积分),上电静止时恒为该次上电的相对 0 点, + * 因此"yaw=0.00"本身不是故障特征;判断故障要看下面的健康位。 * - * 说明: 云台板与底盘板共用本文件,两者 IMU_Task 均运行 attitude_update(), - * 故 att_deg_* 在两种板上都有效,无需按 ROBOT_TYPE 分支。 + * ---- 健康位(排查"角度不动"时必须与角度一起看) ---- + * cvg 1-INS.ConvergeFlag:EKF 卡方检验通过、姿态可信(原诊断输出的 cvg + * 就是它,不要改成别的量,否则会丢掉"是否真的收敛"这一唯一判据); + * 0-未收敛/发散,此时角度不可信 + * rdy 1-att_ready:ins_update() 至少执行过一次,只说明"在跑",不代表可信 + * imu 1-bmi088_online:IMU 初始化成功;0=ID 检测失败,姿态必然全 0 + * an |bmi088_accel|:静止时≈9.8;≈0 说明 IMU 根本没给出数据 + * gn |bmi088_gyro|:静止时≈0;转动时明显变大说明陀螺通路正常 + * + * 不需要健康位时把 DEBUG_ATT_HEALTH 置 0,即只输出三个欧拉角。 * ========================================================================== */ #include "debug_task.h" #include "cmsis_os.h" @@ -20,21 +27,41 @@ #include "task.h" #include "usbd_cdc_if.h" #include "attitude.h" +#include "ins.h" +#include "bmi088.h" #include +#include -/* 输出周期(ms)。姿态观测建议 100ms(10Hz);如需接近原诊断节拍可改 500 */ +/* 1-输出欧拉角 + 姿态链路健康位; 0-只输出欧拉角 */ +#define DEBUG_ATT_HEALTH 1 + +/* 输出周期(ms)。姿态观测建议 100ms(10Hz) */ #define DEBUG_OUT_PERIOD_MS 100 void debug_task(void const * argument) { - char line[96]; + char line[128]; for (;;) { - int len = snprintf(line, sizeof(line), - "yaw=%.2f pitch=%.2f roll=%.2f cvg=%u\r\n", - att_deg_yaw, att_deg_pitch, att_deg_roll, - (unsigned)att_ready); + const float an = sqrtf(bmi088_accel[0] * bmi088_accel[0] + + bmi088_accel[1] * bmi088_accel[1] + + bmi088_accel[2] * bmi088_accel[2]); + const float gn = sqrtf(bmi088_gyro[0] * bmi088_gyro[0] + + bmi088_gyro[1] * bmi088_gyro[1] + + bmi088_gyro[2] * bmi088_gyro[2]); + + int len; +#if DEBUG_ATT_HEALTH + len = snprintf(line, sizeof(line), + "yaw=%.2f pitch=%.2f roll=%.2f cvg=%u rdy=%u imu=%u an=%.2f gn=%.3f\r\n", + att_deg_yaw, att_deg_pitch, att_deg_roll, + (unsigned)INS.ConvergeFlag, (unsigned)att_ready, + (unsigned)bmi088_online, an, gn); +#else + len = snprintf(line, sizeof(line), "yaw=%.2f pitch=%.2f roll=%.2f\r\n", + att_deg_yaw, att_deg_pitch, att_deg_roll); +#endif if (len > 0) CDC_Transmit_FS((uint8_t *)line, (uint16_t)len); diff --git a/底盘/MDK-ARM/startup_stm32f407xx.s b/底盘/MDK-ARM/startup_stm32f407xx.s index ef8311f..6281c75 100644 --- a/底盘/MDK-ARM/startup_stm32f407xx.s +++ b/底盘/MDK-ARM/startup_stm32f407xx.s @@ -40,7 +40,14 @@ __initial_sp ; Heap Size (in Bytes) <0x0-0xFFFFFFFF:8> ; -Heap_Size EQU 0x200 +; Heap raised from 0x200 (512B) to 0x2000 (8KB): +; modules/ins/kalman_filter.c allocates all KF matrix storage via libc +; malloc (it does not include cmsis_os.h, so user_malloc expands to +; malloc, not pvPortMalloc). Kalman_Filter_Init(6,0,3) issues 25 +; allocations totalling about 1.6KB with no NULL checks; a 512B heap +; made the later ones return NULL and silently broke the filter. +; 8KB matches the original RoboMaster-C-Board-INS-Example value. +Heap_Size EQU 0x2000 AREA HEAP, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3 __heap_base