架构设计

分层

   ┌────────────────┐   ┌──────────────────────┐   ┌─────────────────────────┐
   │ chassisd       │   │ chassis-tune         │   │ chassis-bench           │
   │ 守护进程        │   │ 自动整定（搜索/报告）  │   │ 台架（激励/包络/采样）    │
   │ 1kHz 循环 / 安全│   │  sim ↓      bench ↓  │   │ chassis-spin 等         │
   └───┬────────┬───┘   └────┬──────────┬──────┘   └────┬───────────────────┘
       │        │            │          │               │
       │        │            │          └───────┬───────┘
       ▼        ▼            ▼                  ▼
 ┌───────────┐ ┌──────────────────┐  ┌───────────────────────┐
 │ mecanum   │ │ dji-esc-sim      │  │ dji-esc-slcan         │
 │ 麦轮运动学 │ │ 被控对象 / 场景   │  │ dji-esc-socketcan     │
 └───────────┘ │ 离线 harness     │  │ 真实总线 ↔ CanLink     │
               │ 异步假电调        │  └──────────┬────────────┘
               └────────┬─────────┘             │
                        │  CanLink（tokio mpsc 通道对）
                        ▼                       ▼
               ┌────────────────────┐  ┌──────────────────┐
               │ motor-core         │◄─│ dji-esc          │
               │ 能力 trait / Pid   │  │ C620/C610 协议    │
               │ VelocityGains      │  │ EscBus 异步驱动   │
               └────────────────────┘  └──────────────────┘

               ┌────────────────────┐
               │ chassis-config     │  chassis.toml schema（chassisd + chassis-tune 共用）
               └────────────────────┘

核心解耦点：CanLink 是一对 tokio 通道（发送 / 接收 CanFrame）。dji-esc 的协议状态机只面向通道工作，因此：

闭环仿真由 dji-esc-sim 提供两条路径：异步假电调（挂在同一对通道上，chassisd --mock 与集成测试用）与同步 harness（纯浮点积分、无任务无通道，自动整定用，可并行上千次）；
dji-esc-socketcan（板载原生 SocketCAN）与 dji-esc-slcan（CANable 等 USB 适配器，串口 Lawicel 协议）只把真实总线桥接到通道，不含任何应用逻辑；应用住在 chassis-bench （台架）与 chassis-tune（整定）；
未来更换总线介质（串口转 CAN、MCU 转发）只需新增一个桥接 crate。

被控对象模型（dji-esc-sim）

逐拍离散（dt 秒），电调坐标系（正电流 → 正转速）：

命令延迟：current_raw 进 FIFO，delay_ticks 拍后才作用（链路 + 采样延迟）；
摩擦：运动时 net = u − sign(rpm)·coulomb − viscous·rpm；静止且 |u| > static 时 net = u − sign(u)·coulomb；静止且 |u| ≤ static 时 net = 0（粘住）；
一阶转速：rpm_target = clamp(net × gain, ±max_rpm) − load_rpm，以时间常数 tau 一阶趋近；
量化：机械角按转速积分并对 8192 取模，反馈帧是 EscFeedback，因此角度被截断为 u16、转速为 i16——量化由协议类型自带。

PlantParams::gm3508() 是无摩擦无延迟的理想模型（chassisd --mock 与历史闭环测试依赖它，行为逐位不变）；PlantParams::gm3508_bench() 叠加静 / 库仑摩擦（400~600 raw 量级，取自台架实测）与 2 拍延迟，是整定的默认被控对象。

单点模型整定出来的增益往往对增益 / 时间常数 / 延迟高度敏感，因此 chassis-tune 默认在 PlantEnsemble（域随机化：增益 ±20%、时间常数 ±30%、延迟 0~3 拍、摩擦 ±50%）上做鲁棒优化，而不是针对一条理想曲线做最优化。

自动整定（chassis-tune）

两阶段搜索：

粗扫：Latin Hypercube 分层采样 + rayon 并行评估，用有限次数铺满四维空间；
精修：以成本最低的 top-k 为起点，在坐标空间（对数刻度，增益恒正）做多起点 argmin 局部搜索（Nelder-Mead 默认，可选 PSO）。

成本 = 归一化加权（调节时间 / 超调 / IAE / 电流）；硬约束不进权重：过速、饱和占比过高、不收敛直接给罚值并记录判定——否则搜索会主动挑一个会飞车的解。

可复现性：每个候选的随机性只来自 (种子, 候选下标) 派生的独立 RNG，粗扫结果排序后再取 top-k，因此同 seed 两次运行逐位一致（CI 的 just tune-smoke 依赖这一点）。

超参数（参数空间 / 场景 / 权重 / 验收阈值 / 搜索预算 / 被控对象 / 真机安全包络）不在命令行默认值里散着，而是版本化在 config/tune.toml 的具名预设中（见 preset.rs）。优先级为 内置默认 < 预设文件 < 显式 CLI，逐字段覆盖；current_limit / direction / gear_ratio 不是预设字段，写进预设文件会直接报错（安全参数不允许被预设绕过）。

真机后端（--backend bench）与仿真后端实现同一个 Evaluator trait，区别只是"评估一组增益" 从浮点积分换成真机试验：打开链路 → 上电门控（反馈新鲜）→ 逐次热更新增益（EscMotor::set_velocity_gains，不重启总线）→ 逐拍重发设定值 + 安全包络 → 任何退出路径先 0 电流 → 试验间静默。搜索强制单线程，因为只有一条总线。

命令租约与链路深度（实车踩过的坑）

命令是租约：EscBus 在 command_timeout（默认 50ms）内没收到新命令就强制 0 输出（防上层任务死亡后旧指令持续输出）。所以 set_velocity 不是"设一次就完事"，上层必须逐拍重发；只在开头下发一次的台架脚本会在 50ms 后自动失电。
命令队列必须浅：驱动按 1kHz 生产命令，而 slcan 一次 write 在 CDC ACM 上约 2ms，下行只有几百帧/秒。若 CanLink 命令方向缓冲很深（早期是 512），队列会被过时命令灌满， ESC 执行的是一秒多以前算出的电流——速度环等于开了 1.4s 延迟，轮子必然跑飞。现在 slcan 桥的 CHANNEL_BOUND = 8：send().await 立即回压，每一帧都按最新反馈现算。反馈方向是采样流，来不及就丢（try_send），绝不阻塞泵线程。
桥的两个方向不能互相饿死：发送要有上界（TX_BURST）并在一帧写不动时立刻让位，接收要批量排空（RX_BURST）。serial crate 的 TTYPort 读写共用同一个超时，写超时属正常现象，不能当致命错误（否则一次写超时就会把接收方向一起带停）。

DJI 电调 CAN 协议要点（C620 手册）

项目	值
控制帧 ID	`0x200`（电调 1–4）、`0x1FF`（电调 5–8）
控制帧格式	8 字节 = 4 × i16 大端电流命令，按电调 ID 顺序
C620 电流标度	±16384 ↔ ±20 A
C610 电流标度	±10000 ↔ ±10 A（M2006 组合，接硬件前需核对）
反馈帧 ID	`0x200 + 电调ID`（`0x201`–`0x208`）
反馈帧格式	u16 角度(0..8191) + i16 转速rpm + i16 转矩电流 + i8 温度℃，均大端
反馈频率	每电调 1kHz

C620 内部只闭电流环：转速 / 位置环由主控侧 PID 实现（motor-core::Pid，挂在 EscBus 的 1kHz 发送节拍上）。GM3508 减速比 3591 / 187 ≈ 19.203。

单位与方向约定

机器人坐标系：ISO 约定——x 前、y 左、ω 逆时针为正（见 mecanum）。
Motor 接口呈现的是物理量（安装方向修正后）： EscConfig::direction = -1 时，驱动层在写命令与读反馈时统一翻转符号，上层永远以"轮子正转 = 底盘前进方向"的正向工作。
MotorState::rotor_speed_rpm 为电机转子转速；轮端转速 = 转子转速 / 减速比。
电流一律以协议原始值（raw）为主，安培换算通过 EscModel 常量提供。

安全设计

上电门控：底盘循环在收到任一电机首帧反馈前不下发速度命令。
反馈离线：任一电机反馈超时（默认 100ms）→ 该电机命令强制 0 电流并告警。
命令超时：上层 twist 命令超时（默认 200ms）→ 目标速度归零。
所有超时可经 chassis.toml 配置。

测试策略

层级	内容	平台
单元测试	帧编解码字节级样例 / 饱和、多圈回绕、PID（阶跃、抗饱和、滤波）、运动学解析解 + 属性测试、slcan 帧形状过滤	全平台
闭环仿真	内存通道 + 一阶电机模型：4 电机速度环收敛、群帧组装、离线安全、命令租约到期与续租、增益热更新、守护进程全链路	全平台
模型一致性	同步 harness 与 `EscBus` 异步闭环在同一组增益下的稳态 / effort 对齐（防止"对着错模型调参"）	全平台
整定	指标（合成轨迹解析解）、参数空间（界内 / 确定性 / 对数分布 / 分层覆盖）、成本（硬约束罚值）、搜索（同 seed 逐位复现、优于手调基线）、报告（CSV/TOML/JSON 往返）	全平台（CI 跑 `just tune-smoke`）
超参数预设	schema 往返、逐字段覆盖与优先级、未知键 / 越界 / 缺失报错、`config/tune.toml` 全部预设可解算、命名与后端一致、安全参数不可注入	全平台
vcan 集成	vcan0 双 socket 收发，真实内核 CAN 栈	Linux（`#[ignore]`，CI 显式跑）
实车台架	`chassis-spin`（`chassis-bench`）四轮定速旋转：链路/反馈、方向、转速稳态、过速保护、安全停机；`chassis-tune --backend bench` 逐次试验 + 重复性复验	armv7 目标板 + slcan/SocketCAN（人工）
交叉检查	`aarch64-unknown-linux-gnu` 全 workspace check	CI

部署

chassisd 为单二进制守护进程：--interface can0 --config /etc/chassisd/chassis.toml。 systemd 样例见 deploy/chassisd.service。板端 CAN 两条路径：

SocketCAN：USB 转 CAN（gs_usb / candleLight）或 SPI CAN HAT（MCP2515）驱动加载后的 can0；
slcan：USB 适配器（CANable2 等）在 CDC ACM 下枚举为 /dev/ttyACM0，由 dji-esc-slcan 在用户态处理（不需 ip link，也绕开了 gs_usb 驱动）。台架工具 chassis-spin（chassis-bench）与自动整定的真机后端走这条路径。整定工具本身是宿主机 / 板端通用的纯 Rust 程序， current_limit 等安全参数由 CLI 显式给出，不参与搜索。

12 KiB Raw Blame History Unescape Escape