简介：Simple FOC shield discrete version

好的，作为一名高级嵌入式软件开发工程师，我将针对您提供的Simple FOC shield discrete version项目，详细阐述最适合的代码设计架构，并提供具体的C代码实现方案。这个方案将涵盖从需求分析到系统实现，再到测试验证和维护升级的完整嵌入式系统开发流程，力求构建一个可靠、高效、可扩展的系统平台。
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项目简介回顾：

Simple FOC shield discrete version，从描述和图片来看，这是一个基于分立器件实现的Simple Field-Oriented Control (FOC) 驱动板，用于控制无刷直流电机 (BLDC) 或永磁同步电机 (PMSM)。 “discrete version” 暗示了功率驱动部分可能使用了分立的MOSFET、栅极驱动器等元件，而非集成驱动芯片。 这意味着在软件设计上需要更精细地控制硬件资源，例如PWM的生成、电流采样、电压采样等。

1. 需求分析

在开始任何嵌入式系统开发之前，清晰的需求分析至关重要。对于Simple FOC shield，我们可以从以下几个方面进行需求分析：

• 功能需求:

  • 电机控制模式:
    • 速度控制模式 (Velocity Control)
    • 位置控制模式 (Position Control)
    • 力矩控制模式 (Torque/Current Control)
    • 开环控制模式 (Open-loop Control, 用于调试或特定应用)
  • 控制性能指标:
    • 速度环带宽、位置环带宽、电流环带宽 (决定系统响应速度)
    • 稳态误差、超调量 (决定控制精度和稳定性)
    • 动态性能 (启动时间、加速时间、减速时间)
  • 保护功能:
    • 过流保护 (Over-current Protection)
    • 过压保护 (Over-voltage Protection)
    • 欠压保护 (Under-voltage Protection)
    • 过温保护 (Over-temperature Protection) (如果硬件支持温度传感器)
    • 短路保护 (Short-circuit Protection)
    • 电机堵转保护 (Motor Stall Protection)
  • 通信接口:
    • 串口 (UART) 通信 (用于上位机调试和指令控制)
    • CAN 总线通信 (用于工业应用，可选)
    • SPI/I2C 通信 (用于扩展传感器或外设，可选)
    • PWM 输入 (外部速度指令输入，可选)
    • 数字输入/输出 (GPIO) (用于控制使能、方向、刹车等)
  • 参数配置:
    • 电机参数配置 (极对数、额定电压、额定电流、Kv/Kt 值等)
    • 控制器参数配置 (PID 参数、滤波参数、保护阈值等)
    • 通信参数配置 (波特率、地址等)
  • 诊断与监控:
    • 实时监控电机速度、电流、电压等状态
    • 故障诊断与报警 (通过串口或指示灯)
    • 日志记录 (可选，用于故障分析)
  • 用户界面:
    • 命令行界面 (CLI) (通过串口进行参数配置和控制)
    • 图形用户界面 (GUI) (上位机软件，可选)

• 非功能需求:

  • 可靠性: 系统需要长时间稳定运行，避免意外故障。
  • 高效性: 代码执行效率高，资源占用低，保证控制环的实时性。
  • 可扩展性: 软件架构易于扩展新功能和支持更多类型的电机和传感器。
  • 可维护性: 代码结构清晰，模块化设计，方便维护和升级。
  • 实时性: 电机控制环需要高实时性，确保快速响应和精确控制。
  • 资源约束: 嵌入式系统通常资源有限 (CPU 性能、内存、Flash)，代码需要精简高效。
  • 成本约束: 在满足功能和性能的前提下，尽量降低软件和硬件的成本。
  • 开发周期: 需要在合理的开发周期内完成项目。

2. 系统架构设计

为了满足上述需求，并构建一个可靠、高效、可扩展的系统平台，我推荐采用分层模块化架构。 这种架构具有以下优点：

• 模块化: 将系统分解为多个独立的模块，每个模块负责特定的功能，降低了代码的复杂性，提高了可维护性和可重用性。
• 分层: 将模块组织成不同的层次，每一层只与相邻层交互，隐藏了底层硬件细节，提高了代码的抽象程度和可移植性。
• 解耦: 模块之间的依赖性降低，修改一个模块不会影响其他模块，提高了系统的稳定性和可扩展性。
• 易于测试: 每个模块可以独立进行单元测试，降低了整体测试的难度。
• 团队协作: 不同的开发人员可以并行开发不同的模块，提高了开发效率。

基于分层模块化架构，我们可以将Simple FOC shield的嵌入式软件系统划分为以下几个层次：

• 硬件抽象层 (HAL - Hardware Abstraction Layer):

  • 功能: 封装底层硬件驱动，向上层提供统一的硬件接口。
  • 模块:
    • GPIO 驱动: 控制GPIO端口的输入输出，例如控制 MOSFET 的栅极驱动器使能引脚、LED 指示灯、编码器接口的GPIO等。
    • PWM 驱动: 生成电机驱动所需的PWM信号，配置PWM频率、占空比、死区时间等。
    • ADC 驱动: 采集电流传感器、电压传感器等模拟信号，进行模数转换。
    • Timer 驱动: 提供定时器功能，用于生成控制环的采样周期、PWM 频率、实现延时等。
    • UART 驱动: 实现串口通信，用于上位机通信和调试。
    • SPI/I2C 驱动 (可选): 实现 SPI/I2C 通信，用于扩展传感器或外设。
  • 优点: 屏蔽了底层硬件的差异，使得上层应用代码可以独立于具体的硬件平台，方便代码移植和硬件更换。

• 驱动层 (Drivers):

  • 功能: 基于 HAL 层提供的硬件接口，实现特定外设的驱动，例如编码器、电流传感器、电压传感器、电机驱动器等。
  • 模块:
    • 编码器驱动 (Encoder Driver): 读取编码器数据，解码电机位置和速度信息。支持增量式编码器、绝对式编码器等。
    • 电流传感器驱动 (Current Sensor Driver): 读取电流传感器数据，进行信号调理和校准，获取电机相电流信息。
    • 电压传感器驱动 (Voltage Sensor Driver): 读取电压传感器数据，获取母线电压或相电压信息。
    • 电机驱动器控制 (Motor Driver Control): 控制电机驱动器的使能、方向、刹车等，根据控制指令生成相应的PWM信号。
  • 优点: 将硬件操作细节进一步封装，向上层提供更高级别的外设接口，例如可以直接获取电机位置、速度、电流等信息。

• 电机控制库层 (Motor Control Library):

  • 功能: 实现电机控制的核心算法和逻辑，例如 FOC 算法、PID 控制器、各种控制模式的实现、保护功能等。
  • 模块:
    • FOC 算法模块 (FOC Algorithm Module): 实现 Clarke 变换、Park 变换、逆 Park 变换、SVPWM 调制等 FOC 核心算法。
    • PID 控制器模块 (PID Controller Module): 实现 PID 控制器，用于速度环、位置环、电流环的控制。
    • 控制模式管理模块 (Control Mode Manager): 管理不同的电机控制模式 (速度控制、位置控制、力矩控制等)，根据用户指令切换控制模式。
    • 保护模块 (Protection Module): 实现各种保护功能，例如过流保护、过压保护、过温保护、短路保护、堵转保护等。
    • 状态监控模块 (Status Monitor Module): 监控电机状态，例如速度、电流、电压、温度、故障状态等。
    • 参数配置模块 (Parameter Configuration Module): 管理电机参数、控制器参数、保护参数等配置信息。
  • 优点: 实现了电机控制的核心功能，向上层应用层提供易于使用的电机控制接口，降低了应用层开发的难度。

• 应用层 (Application Layer):

  • 功能: 实现具体的应用逻辑，例如通过串口接收上位机指令，解析指令并调用电机控制库的接口控制电机，将电机状态信息通过串口发送给上位机，实现用户交互和系统监控。
  • 模块:
    • 命令解析模块 (Command Parser Module): 解析上位机通过串口发送的控制指令，例如设置目标速度、目标位置、控制模式、PID 参数等。
    • 用户界面模块 (User Interface Module): 实现命令行界面 (CLI) 或简单的控制界面，用于用户交互和系统监控。
    • 主循环模块 (Main Loop Module): 系统的主循环，负责定时执行控制环任务、处理用户指令、监控系统状态等。
  • 优点: 专注于实现具体的应用逻辑，无需关心底层的硬件细节和电机控制算法，提高了开发效率。

3. 关键技术和方法

在 Simple FOC shield 项目中，我们将采用以下关键技术和方法，这些技术都经过了实践验证，能够保证系统的可靠性、高效性和可扩展性：

• C 语言编程: C 语言是嵌入式系统开发中最常用的编程语言，具有高效、灵活、可移植性好等优点，能够满足嵌入式系统对性能和资源的要求。
• 模块化编程: 采用模块化设计思想，将系统分解为多个独立的模块，提高代码的可维护性、可重用性和可扩展性。
• 分层架构: 采用分层架构，将系统划分为硬件抽象层、驱动层、电机控制库层和应用层，降低代码的耦合性，提高代码的可移植性和可维护性。
• 事件驱动编程: 对于异步事件 (例如串口接收数据、定时器中断等)，采用事件驱动编程模型，提高系统的响应速度和效率。
• 有限状态机 (FSM): 对于复杂的控制逻辑 (例如电机控制模式切换、保护状态处理等)，可以使用有限状态机进行建模和实现，提高代码的清晰度和可维护性。
• PID 控制算法: PID 控制算法是电机控制中最常用的控制算法，具有结构简单、参数整定方便、鲁棒性好等优点，能够满足电机速度环、位置环、电流环的控制需求。
• FOC 算法 (Field-Oriented Control): FOC 算法是高性能电机控制的核心算法，能够实现电机力矩的精确控制，提高电机的效率和动态性能。
• SVPWM 调制 (Space Vector Pulse Width Modulation): SVPWM 调制是一种先进的 PWM 调制技术，能够提高逆变器的电压利用率和降低谐波含量，提高电机控制的效率和性能。
• 电流采样技术: 采用适当的电流采样技术 (例如低端采样、高端采样、隔离采样等)，准确获取电机相电流信息，为 FOC 算法提供必要的反馈信号。
• 编码器反馈: 使用编码器作为电机位置和速度反馈传感器，实现闭环控制，提高控制精度和稳定性。
• 保护机制: 实现完善的保护机制，例如过流保护、过压保护、过温保护、短路保护、堵转保护等，提高系统的可靠性和安全性。
• 串口通信: 使用串口通信作为上位机调试和指令控制的主要接口，方便用户进行参数配置、系统监控和故障诊断。
• 代码版本控制 (Git): 使用 Git 进行代码版本控制，方便代码管理、团队协作和版本回溯。
• 单元测试: 对关键模块进行单元测试，保证代码的质量和可靠性。
• 集成测试: 进行模块之间的集成测试，验证模块之间的协同工作是否正常。
• 系统测试: 进行系统级的测试，验证整个系统的功能和性能是否满足需求。

4. 具体 C 代码实现 (示例 - 关键模块)

由于 3000 行代码的要求非常庞大，我在这里无法提供一个完整的 3000 行代码的工程项目。 但我将提供关键模块的 C 代码示例，以展示代码架构和关键算法的实现思路。 这些代码示例涵盖了 HAL 层、驱动层、电机控制库层和应用层的部分关键模块。

为了代码的可读性和完整性，我将把代码分散在多个文件中，并使用头文件进行接口声明。

4.1. 硬件抽象层 (HAL)

hal_gpio.h:

#ifndef HAL_GPIO_H
#define HAL_GPIO_H

#include <stdint.h>
#include <stdbool.h>

typedef enum {
    GPIO_PIN_0,
    GPIO_PIN_1,
    GPIO_PIN_2,
    // ... 定义所有可用的 GPIO 引脚
    GPIO_PIN_MAX
} GPIO_PinTypeDef;

typedef enum {
    GPIO_MODE_INPUT,
    GPIO_MODE_OUTPUT,
    GPIO_MODE_AF // Alternate Function
} GPIO_ModeTypeDef;

typedef enum {
    GPIO_PULL_NONE,
    GPIO_PULL_UP,
    GPIO_PULL_DOWN
} GPIO_PullTypeDef;

void HAL_GPIO_Init(GPIO_PinTypeDef pin, GPIO_ModeTypeDef mode, GPIO_PullTypeDef pull);
void HAL_GPIO_WritePin(GPIO_PinTypeDef pin, bool state);
bool HAL_GPIO_ReadPin(GPIO_PinTypeDef pin);

#endif // HAL_GPIO_H

hal_gpio.c:

#include "hal_gpio.h"
// 包含具体的硬件头文件，例如 STM32 的头文件
// #include "stm32fxxx_hal.h"  // 假设使用 STM32

void HAL_GPIO_Init(GPIO_PinTypeDef pin, GPIO_ModeTypeDef mode, GPIO_PullTypeDef pull) {
    //  根据 pin, mode, pull 配置具体的 GPIO 寄存器
    //  例如：
    //  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    //  GPIO_InitStruct.Pin = (1 << pin); // 假设 pin 是 GPIO_PIN_x 枚举值
    //  GPIO_InitStruct.Mode = mode;
    //  GPIO_InitStruct.Pull = pull;
    //  HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct); // 假设默认使用 GPIOA
    //  ...  根据具体硬件平台实现
    (void)pin; (void)mode; (void)pull; // 避免编译警告，实际代码需要实现
}

void HAL_GPIO_WritePin(GPIO_PinTypeDef pin, bool state) {
    // 根据 pin 和 state 设置 GPIO 输出状态
    // 例如：
    // HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, (1 << pin), state ? GPIO_PIN_SET : GPIO_PIN_RESET);
    // ... 根据具体硬件平台实现
    (void)pin; (void)state; // 避免编译警告，实际代码需要实现
}

bool HAL_GPIO_ReadPin(GPIO_PinTypeDef pin) {
    // 读取 GPIO 输入状态
    // 例如：
    // return (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, (1 << pin)) == GPIO_PIN_SET);
    // ... 根据具体硬件平台实现
    (void)pin; // 避免编译警告，实际代码需要实现
    return false; // 默认返回 false，实际代码需要实现
}

hal_pwm.h:

#ifndef HAL_PWM_H
#define HAL_PWM_H

#include <stdint.h>

typedef enum {
    PWM_CHANNEL_1,
    PWM_CHANNEL_2,
    PWM_CHANNEL_3,
    // ... 定义所有可用的 PWM 通道
    PWM_CHANNEL_MAX
} PWM_ChannelTypeDef;

void HAL_PWM_Init(PWM_ChannelTypeDef channel, uint32_t frequency, float duty_cycle);
void HAL_PWM_SetDutyCycle(PWM_ChannelTypeDef channel, float duty_cycle);
void HAL_PWM_SetFrequency(PWM_ChannelTypeDef channel, uint32_t frequency);
void HAL_PWM_Start(PWM_ChannelTypeDef channel);
void HAL_PWM_Stop(PWM_ChannelTypeDef channel);

#endif // HAL_PWM_H

hal_pwm.c:

#include "hal_pwm.h"
// 包含具体的硬件头文件，例如 STM32 的头文件
// #include "stm32fxxx_hal.h"  // 假设使用 STM32

void HAL_PWM_Init(PWM_ChannelTypeDef channel, uint32_t frequency, float duty_cycle) {
    //  根据 channel, frequency, duty_cycle 配置具体的 PWM 模块
    //  例如： 使用 HAL 库配置 STM32 的 PWM
    //  TIM_HandleTypeDef htim;
    //  TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC;
    //  htim.Instance = TIM1; // 假设使用 TIM1
    //  htim.Init.Prescaler = ...; // 根据 frequency 计算预分频系数
    //  htim.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
    //  htim.Init.Period = ...;    // 根据 frequency 计算周期
    //  HAL_TIM_PWM_Init(&htim);
    //
    //  sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;
    //  sConfigOC.Pulse = (uint32_t)(duty_cycle * (htim.Init.Period + 1)); // 计算占空比对应的 Pulse 值
    //  sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH;
    //  sConfigOC.OCFastMode = TIM_OCFAST_DISABLE;
    //  HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim, &sConfigOC, channel + TIM_CHANNEL_1); // 假设 channel 枚举值从 0 开始
    //  HAL_TIM_PWM_Start(&htim, channel + TIM_CHANNEL_1);
    //  ...  根据具体硬件平台实现
    (void)channel; (void)frequency; (void)duty_cycle; // 避免编译警告，实际代码需要实现
}

void HAL_PWM_SetDutyCycle(PWM_ChannelTypeDef channel, float duty_cycle) {
    // 设置 PWM 通道的占空比
    // 例如：
    // TIM_HandleTypeDef htim; // 需要在初始化时保存 htim 指针或者重新获取
    // htim.Instance = TIM1; // 假设使用 TIM1
    // TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC;
    // sConfigOC.Pulse = (uint32_t)(duty_cycle * (htim.Init.Period + 1));
    // HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim, &sConfigOC, channel + TIM_CHANNEL_1);
    // HAL_TIM_PWM_Start(&htim, channel + TIM_CHANNEL_1);
    // ... 根据具体硬件平台实现
    (void)channel; (void)duty_cycle; // 避免编译警告，实际代码需要实现
}

void HAL_PWM_SetFrequency(PWM_ChannelTypeDef channel, uint32_t frequency) {
    // 设置 PWM 通道的频率 (可能需要重新初始化 PWM)
    // ... 根据具体硬件平台实现
    (void)channel; (void)frequency; // 避免编译警告，实际代码需要实现
}

void HAL_PWM_Start(PWM_ChannelTypeDef channel) {
    // 启动 PWM 通道
    // 例如：
    // TIM_HandleTypeDef htim; // 需要在初始化时保存 htim 指针或者重新获取
    // htim.Instance = TIM1; // 假设使用 TIM1
    // HAL_TIM_PWM_Start(&htim, channel + TIM_CHANNEL_1);
    // ... 根据具体硬件平台实现
    (void)channel; // 避免编译警告，实际代码需要实现
}

void HAL_PWM_Stop(PWM_ChannelTypeDef channel) {
    // 停止 PWM 通道
    // 例如：
    // TIM_HandleTypeDef htim; // 需要在初始化时保存 htim 指针或者重新获取
    // htim.Instance = TIM1; // 假设使用 TIM1
    // HAL_TIM_PWM_Stop(&htim, channel + TIM_CHANNEL_1);
    // ... 根据具体硬件平台实现
    (void)channel; // 避免编译警告，实际代码需要实现
}

hal_adc.h:

#ifndef HAL_ADC_H
#define HAL_ADC_H

#include <stdint.h>

typedef enum {
    ADC_CHANNEL_1,
    ADC_CHANNEL_2,
    ADC_CHANNEL_3,
    // ... 定义所有可用的 ADC 通道
    ADC_CHANNEL_MAX
} ADC_ChannelTypeDef;

void HAL_ADC_Init(ADC_ChannelTypeDef channel);
uint16_t HAL_ADC_Read(ADC_ChannelTypeDef channel);

#endif // HAL_ADC_H

hal_adc.c:

#include "hal_adc.h"
// 包含具体的硬件头文件，例如 STM32 的头文件
// #include "stm32fxxx_hal.h"  // 假设使用 STM32

void HAL_ADC_Init(ADC_ChannelTypeDef channel) {
    //  根据 channel 配置具体的 ADC 模块
    //  例如： 使用 HAL 库配置 STM32 的 ADC
    //  ADC_HandleTypeDef hadc;
    //  ADC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0};
    //  hadc.Instance = ADC1; // 假设使用 ADC1
    //  hadc.Init.Resolution = ADC_RESOLUTION_12B;
    //  hadc.Init.ScanConvMode = DISABLE;
    //  hadc.Init.ContinuousConvMode = DISABLE;
    //  HAL_ADC_Init(&hadc);
    //
    //  sConfig.Channel = channel + ADC_CHANNEL_0; // 假设 channel 枚举值从 0 开始
    //  sConfig.Rank = ADC_REGULAR_RANK_1;
    //  sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_28CYCLES_5;
    //  HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc, &sConfig);
    //  HAL_ADC_Start(&hadc);
    //  ...  根据具体硬件平台实现
    (void)channel; // 避免编译警告，实际代码需要实现
}

uint16_t HAL_ADC_Read(ADC_ChannelTypeDef channel) {
    // 读取 ADC 通道的转换结果
    // 例如：
    // ADC_HandleTypeDef hadc; // 需要在初始化时保存 hadc 指针或者重新获取
    // hadc.Instance = ADC1; // 假设使用 ADC1
    // HAL_ADC_Start(&hadc);
    // HAL_ADC_PollForConversion(&hadc, HAL_MAX_DELAY);
    // return HAL_ADC_GetValue(&hadc);
    // ... 根据具体硬件平台实现
    (void)channel; // 避免编译警告，实际代码需要实现
    return 0; // 默认返回 0，实际代码需要实现
}

4.2. 驱动层 (Drivers)

encoder_driver.h:

#ifndef ENCODER_DRIVER_H
#define ENCODER_DRIVER_H

#include <stdint.h>

typedef struct {
    float position;     // 电机位置 (角度或圈数)
    float velocity;     // 电机速度 (角度/秒 或 RPM)
} EncoderDataTypeDef;

void Encoder_Init(void);
EncoderDataTypeDef Encoder_GetData(void);

#endif // ENCODER_DRIVER_H

encoder_driver.c:

#include "encoder_driver.h"
#include "hal_gpio.h"
// ... 其他需要的 HAL 头文件，例如 HAL_Timer 用于编码器接口

// 编码器接口引脚定义 (假设使用 GPIO)
#define ENCODER_A_PIN   GPIO_PIN_0
#define ENCODER_B_PIN   GPIO_PIN_1
// ... 其他编码器相关的配置

static int32_t encoder_count = 0; // 编码器计数器

void Encoder_Init(void) {
    // 初始化编码器接口 GPIO 引脚为输入模式
    HAL_GPIO_Init(ENCODER_A_PIN, GPIO_MODE_INPUT, GPIO_PULL_UP);
    HAL_GPIO_Init(ENCODER_B_PIN, GPIO_MODE_INPUT, GPIO_PULL_UP);
    // ... 初始化其他编码器相关的硬件，例如 timer 的编码器模式
    encoder_count = 0;
}

EncoderDataTypeDef Encoder_GetData(void) {
    EncoderDataTypeDef encoder_data;
    // 读取编码器计数器的值，并计算位置和速度
    //  (这里只是一个简单的示例，实际编码器驱动可能更复杂，需要考虑编码器类型、分辨率、速度计算方法等)
    int32_t current_count = encoder_count; // 实际应该从硬件读取编码器计数器值
    static int32_t last_count = 0;
    static uint32_t last_time_ms = 0;

    uint32_t current_time_ms = HAL_GetTick(); // 获取当前时间 (需要 HAL 层提供 HAL_GetTick() 函数)
    float time_diff_sec = (float)(current_time_ms - last_time_ms) / 1000.0f;

    // 计算位置 (假设编码器每圈脉冲数为 PPR，电机极对数为 pole_pairs)
    float position_degrees = (float)current_count * 360.0f / PPR / pole_pairs; // 转换为角度

    // 计算速度 (假设编码器每圈脉冲数为 PPR，电机极对数为 pole_pairs)
    float velocity_rpm = (float)(current_count - last_count) / PPR / pole_pairs / time_diff_sec * 60.0f; // 转换为 RPM

    encoder_data.position = position_degrees;
    encoder_data.velocity = velocity_rpm;

    last_count = current_count;
    last_time_ms = current_time_ms;

    return encoder_data;
}

// ... 编码器中断服务函数 (如果使用硬件编码器接口，需要在中断服务函数中更新 encoder_count)
//  例如：
// void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) {
//     if (htim->Instance == TIMx && htim->Channel == HAL_TIM_ACTIVE_CHANNEL_x) {
//         //  编码器计数器溢出或发生捕获事件，更新 encoder_count
//         if (__HAL_TIM_GET_FLAG(htim, TIM_FLAG_UPDATE) != RESET) {
//             if (__HAL_TIM_IS_TIM_COUNTING_DOWN(htim)) {
//                 encoder_count--;
//             } else {
//                 encoder_count++;
//             }
//         }
//     }
// }

current_sensor_driver.h:

#ifndef CURRENT_SENSOR_DRIVER_H
#define CURRENT_SENSOR_DRIVER_H

#include <stdint.h>

typedef struct {
    float current_u; // U 相电流
    float current_v; // V 相电流
    float current_w; // W 相电流
} CurrentSensorDataTypeDef;

void CurrentSensor_Init(void);
CurrentSensorDataTypeDef CurrentSensor_GetData(void);

#endif // CURRENT_SENSOR_DRIVER_H

current_sensor_driver.c:

#include "current_sensor_driver.h"
#include "hal_adc.h"
// ... 其他需要的头文件，例如信号调理相关的头文件

// 电流传感器 ADC 通道定义
#define CURRENT_SENSOR_U_CHANNEL  ADC_CHANNEL_1
#define CURRENT_SENSOR_V_CHANNEL  ADC_CHANNEL_2
#define CURRENT_SENSOR_W_CHANNEL  ADC_CHANNEL_3
// ... 电流传感器相关的配置，例如灵敏度、偏置电压等

void CurrentSensor_Init(void) {
    // 初始化电流传感器 ADC 通道
    HAL_ADC_Init(CURRENT_SENSOR_U_CHANNEL);
    HAL_ADC_Init(CURRENT_SENSOR_V_CHANNEL);
    HAL_ADC_Init(CURRENT_SENSOR_W_CHANNEL);
    // ... 其他电流传感器初始化操作，例如校准
}

CurrentSensorDataTypeDef CurrentSensor_GetData(void) {
    CurrentSensorDataTypeDef current_sensor_data;
    // 读取 ADC 通道数据，并转换为电流值
    uint16_t adc_value_u = HAL_ADC_Read(CURRENT_SENSOR_U_CHANNEL);
    uint16_t adc_value_v = HAL_ADC_Read(CURRENT_SENSOR_V_CHANNEL);
    uint16_t adc_value_w = HAL_ADC_Read(CURRENT_SENSOR_W_CHANNEL);

    // 将 ADC 值转换为电流值 (需要根据电流传感器特性和电路设计进行转换)
    //  (这里只是一个简单的示例，实际转换公式需要根据传感器手册和硬件电路确定)
    float current_u = (float)adc_value_u * ADC_TO_CURRENT_FACTOR_U; // ADC_TO_CURRENT_FACTOR_U 为转换系数
    float current_v = (float)adc_value_v * ADC_TO_CURRENT_FACTOR_V;
    float current_w = (float)adc_value_w * ADC_TO_CURRENT_FACTOR_W;

    current_sensor_data.current_u = current_u;
    current_sensor_data.current_v = current_v;
    current_sensor_data.current_w = current_w;

    return current_sensor_data;
}

4.3. 电机控制库层 (Motor Control Library)

foc_algorithm.h:

#ifndef FOC_ALGORITHM_H
#define FOC_ALGORITHM_H

#include <stdint.h>

typedef struct {
    float u_alpha;
    float u_beta;
} Vector_ab_TypeDef;

typedef struct {
    float u_d;
    float u_q;
} Vector_dq_TypeDef;

Vector_ab_TypeDef clarke_transform(float i_a, float i_b, float i_c);
Vector_dq_TypeDef park_transform(float u_alpha, float u_beta, float theta);
Vector_ab_TypeDef inverse_park_transform(Vector_dq_TypeDef u_dq, float theta);
void svpwm_modulation(Vector_ab_TypeDef u_ab, float *duty_u, float *duty_v, float *duty_w);

#endif // FOC_ALGORITHM_H

foc_algorithm.c:

#include "foc_algorithm.h"
#include <math.h>

// Clarke 变换
Vector_ab_TypeDef clarke_transform(float i_a, float i_b, float i_c) {
    Vector_ab_TypeDef vector_ab;
    vector_ab.u_alpha = (2.0f / 3.0f) * i_a - (1.0f / 3.0f) * i_b - (1.0f / 3.0f) * i_c;
    vector_ab.u_beta  = (1.0f / sqrtf(3.0f)) * i_b - (1.0f / sqrtf(3.0f)) * i_c;
    return vector_ab;
}

// Park 变换
Vector_dq_TypeDef park_transform(float u_alpha, float u_beta, float theta) {
    Vector_dq_TypeDef vector_dq;
    vector_dq.u_d = u_alpha * cosf(theta) + u_beta * sinf(theta);
    vector_dq.u_q = -u_alpha * sinf(theta) + u_beta * cosf(theta);
    return vector_dq;
}

// 逆 Park 变换
Vector_ab_TypeDef inverse_park_transform(Vector_dq_TypeDef u_dq, float theta) {
    Vector_ab_TypeDef vector_ab;
    vector_ab.u_alpha = u_dq.u_d * cosf(theta) - u_dq.u_q * sinf(theta);
    vector_ab.u_beta  = u_dq.u_d * sinf(theta) + u_dq.u_q * cosf(theta);
    return vector_ab;
}

// SVPWM 调制 (简化的实现，实际应用中需要考虑零矢量、扇区判断等)
void svpwm_modulation(Vector_ab_TypeDef u_ab, float *duty_u, float *duty_v, float *duty_w) {
    //  (这里只是一个非常简化的 SVPWM 示例，实际 SVPWM 实现要复杂得多)
    float v_alpha = u_ab.u_alpha;
    float v_beta  = u_ab.u_beta;

    float v_ref = sqrtf(v_alpha * v_alpha + v_beta * v_beta); // 参考电压幅值
    float angle = atan2f(v_beta, v_alpha); // 参考电压角度

    // 假设简单的线性映射到占空比 (实际 SVPWM 需要更复杂的计算)
    *duty_u = 0.5f + 0.5f * cosf(angle);
    *duty_v = 0.5f + 0.5f * cosf(angle - 2.0f * M_PI / 3.0f);
    *duty_w = 0.5f + 0.5f * cosf(angle + 2.0f * M_PI / 3.0f);

    // 占空比限幅 (0 ~ 1.0)
    *duty_u = fmaxf(0.0f, fminf(1.0f, *duty_u));
    *duty_v = fmaxf(0.0f, fminf(1.0f, *duty_v));
    *duty_w = fmaxf(0.0f, fminf(1.0f, *duty_w));
}

pid_controller.h:

#ifndef PID_CONTROLLER_H
#define PID_CONTROLLER_H

#include <stdint.h>
#include <stdbool.h>

typedef struct {
    float kp;
    float ki;
    float kd;
    float integral_term;
    float last_error;
    float output_limit_max;
    float output_limit_min;
    bool enable_integral_windup_protection;
} PIDControllerTypeDef;

void PID_Init(PIDControllerTypeDef *pid, float kp, float ki, float kd, float output_limit_min, float output_limit_max, bool enable_integral_windup_protection);
float PID_Update(PIDControllerTypeDef *pid, float setpoint, float feedback, float dt);
void PID_ResetIntegral(PIDControllerTypeDef *pid);

#endif // PID_CONTROLLER_H

pid_controller.c:

#include "pid_controller.h"

void PID_Init(PIDControllerTypeDef *pid, float kp, float ki, float kd, float output_limit_min, float output_limit_max, bool enable_integral_windup_protection) {
    pid->kp = kp;
    pid->ki = ki;
    pid->kd = kd;
    pid->integral_term = 0.0f;
    pid->last_error = 0.0f;
    pid->output_limit_max = output_limit_max;
    pid->output_limit_min = output_limit_min;
    pid->enable_integral_windup_protection = enable_integral_windup_protection;
}

float PID_Update(PIDControllerTypeDef *pid, float setpoint, float feedback, float dt) {
    float error = setpoint - feedback;
    float proportional_term = pid->kp * error;
    float derivative_term = pid->kd * (error - pid->last_error) / dt;

    pid->integral_term += pid->ki * error * dt;

    // 积分限幅 (积分饱和保护)
    if (pid->enable_integral_windup_protection) {
        if (pid->integral_term > pid->output_limit_max) {
            pid->integral_term = pid->output_limit_max;
        } else if (pid->integral_term < pid->output_limit_min) {
            pid->integral_term = pid->output_limit_min;
        }
    }

    float output = proportional_term + pid->integral_term + derivative_term;

    // 输出限幅
    if (output > pid->output_limit_max) {
        output = pid->output_limit_max;
    } else if (output < pid->output_limit_min) {
        output = pid->output_limit_min;
    }

    pid->last_error = error;
    return output;
}

void PID_ResetIntegral(PIDControllerTypeDef *pid) {
    pid->integral_term = 0.0f;
}

motor_control.h:

#ifndef MOTOR_CONTROL_H
#define MOTOR_CONTROL_H

#include <stdint.h>
#include <stdbool.h>
#include "pid_controller.h"

typedef enum {
    MOTOR_CONTROL_MODE_IDLE,
    MOTOR_CONTROL_MODE_VELOCITY,
    MOTOR_CONTROL_MODE_POSITION,
    MOTOR_CONTROL_MODE_TORQUE
} MotorControlModeTypeDef;

typedef struct {
    MotorControlModeTypeDef control_mode;
    float target_velocity;
    float target_position;
    float target_torque;
    PIDControllerTypeDef velocity_pid;
    PIDControllerTypeDef position_pid;
    PIDControllerTypeDef current_d_pid;
    PIDControllerTypeDef current_q_pid;
    float motor_electrical_angle; // 电机电角度
} MotorControlTypeDef;

void MotorControl_Init(MotorControlTypeDef *motor_control);
void MotorControl_SetControlMode(MotorControlTypeDef *motor_control, MotorControlModeTypeDef mode);
void MotorControl_SetTargetVelocity(MotorControlTypeDef *motor_control, float velocity);
void MotorControl_SetTargetPosition(MotorControlTypeDef *motor_control, float position);
void MotorControl_SetTargetTorque(MotorControlTypeDef *motor_control, float torque);
void MotorControl_RunControlLoop(MotorControlTypeDef *motor_control);
void MotorControl_UpdateMotorAngle(MotorControlTypeDef *motor_control, float angle); // 从编码器或传感器更新电机角度

#endif // MOTOR_CONTROL_H

motor_control.c:

#include "motor_control.h"
#include "encoder_driver.h"
#include "current_sensor_driver.h"
#include "foc_algorithm.h"
#include "hal_pwm.h"
#include "hal_gpio.h"
#include "math.h"

// 电机参数 (需要根据实际电机配置)
#define MOTOR_POLE_PAIRS 7        // 电机极对数
#define MOTOR_KV         100.0f     // 电机 Kv 值 (RPM/V)
#define MOTOR_CURRENT_LIMIT  5.0f   // 最大电流限制 (A)

// PWM 通道定义 (假设 U, V, W 相分别对应 PWM_CHANNEL_1, PWM_CHANNEL_2, PWM_CHANNEL_3)
#define PWM_U_CHANNEL  PWM_CHANNEL_1
#define PWM_V_CHANNEL  PWM_CHANNEL_2
#define PWM_W_CHANNEL  PWM_CHANNEL_3

// MOSFET 栅极驱动器使能引脚 (假设使用 GPIO 控制)
#define DRV8301_ENABLE_PIN GPIO_PIN_2 // 示例引脚

MotorControlTypeDef motor_controller; // 电机控制器实例

void MotorControl_Init(MotorControlTypeDef *motor_control) {
    motor_control->control_mode = MOTOR_CONTROL_MODE_IDLE;
    motor_control->target_velocity = 0.0f;
    motor_control->target_position = 0.0f;
    motor_control->target_torque = 0.0f;
    motor_control->motor_electrical_angle = 0.0f;

    // 初始化 PID 控制器参数 (需要根据实际电机和系统进行整定)
    PID_Init(&motor_control->velocity_pid, 0.1f, 0.01f, 0.0f, -MOTOR_CURRENT_LIMIT, MOTOR_CURRENT_LIMIT, true); // 输出限制为电流限制
    PID_Init(&motor_control->position_pid, 10.0f, 0.0f, 0.0f, -360.0f, 360.0f, false); // 位置环输出限制为角度范围
    PID_Init(&motor_control->current_d_pid, 1.0f, 0.0f, 0.0f, -1.0f, 1.0f, false); // 电流环输出限制为 PWM 占空比范围 (-1 ~ 1)
    PID_Init(&motor_control->current_q_pid, 1.0f, 0.0f, 0.0f, -1.0f, 1.0f, false);

    // 初始化 PWM 模块 (假设 PWM 频率为 20kHz)
    HAL_PWM_Init(PWM_U_CHANNEL, 20000, 0.0f);
    HAL_PWM_Init(PWM_V_CHANNEL, 20000, 0.0f);
    HAL_PWM_Init(PWM_W_CHANNEL, 20000, 0.0f);

    // 初始化 MOSFET 栅极驱动器使能引脚为输出，并使能驱动器
    HAL_GPIO_Init(DRV8301_ENABLE_PIN, GPIO_MODE_OUTPUT, GPIO_PULL_NONE);
    HAL_GPIO_WritePin(DRV8301_ENABLE_PIN, true); // 使能驱动器

    // 启动 PWM 输出
    HAL_PWM_Start(PWM_U_CHANNEL);
    HAL_PWM_Start(PWM_V_CHANNEL);
    HAL_PWM_Start(PWM_W_CHANNEL);
}

void MotorControl_SetControlMode(MotorControlTypeDef *motor_control, MotorControlModeTypeDef mode) {
    motor_control->control_mode = mode;
    if (mode == MOTOR_CONTROL_MODE_VELOCITY || mode == MOTOR_CONTROL_MODE_POSITION) {
        PID_ResetIntegral(&motor_control->velocity_pid); // 切换到速度或位置模式时，重置速度环积分项
    } else if (mode == MOTOR_CONTROL_MODE_TORQUE) {
        PID_ResetIntegral(&motor_control->current_d_pid); // 切换到力矩模式时，重置电流环积分项
        PID_ResetIntegral(&motor_control->current_q_pid);
    }
}

void MotorControl_SetTargetVelocity(MotorControlTypeDef *motor_control, float velocity) {
    motor_control->target_velocity = velocity;
}

void MotorControl_SetTargetPosition(MotorControlTypeDef *motor_control, float position) {
    motor_control->target_position = position;
}

void MotorControl_SetTargetTorque(MotorControlTypeDef *motor_control, float torque) {
    motor_control->target_torque = torque;
}

void MotorControl_UpdateMotorAngle(MotorControlTypeDef *motor_control, float angle) {
    motor_control->motor_electrical_angle = angle * MOTOR_POLE_PAIRS * M_PI / 180.0f; // 转换为电角度 (弧度)
}


void MotorControl_RunControlLoop(MotorControlTypeDef *motor_control) {
    // 1. 读取传感器数据
    EncoderDataTypeDef encoder_data = Encoder_GetData();
    CurrentSensorDataTypeDef current_data = CurrentSensor_GetData();

    // 2. 更新电机角度 (从编码器获取的角度，或者使用无感 FOC 的估算角度)
    MotorControl_UpdateMotorAngle(motor_control, encoder_data.position); // 使用编码器位置更新电机角度

    // 3. FOC 控制算法
    // 3.1 Clarke 变换 (abc -> alpha-beta)
    Vector_ab_TypeDef current_ab = clarke_transform(current_data.current_u, current_data.current_v, current_data.current_w);

    // 3.2 Park 变换 (alpha-beta -> dq)
    Vector_dq_TypeDef current_dq = park_transform(current_ab.u_alpha, current_ab.u_beta, motor_control->motor_electrical_angle);

    float i_d = current_dq.u_d;
    float i_q = current_dq.u_q;

    float u_d_ref = 0.0f; //  通常 i_d_ref 设置为 0，目标是励磁电流最小化，提高效率
    float u_q_ref = 0.0f;

    // 3.3 控制器计算
    if (motor_control->control_mode == MOTOR_CONTROL_MODE_VELOCITY) {
        // 速度环 PID 控制器
        float velocity_error = motor_control->target_velocity - encoder_data.velocity;
        u_q_ref = PID_Update(&motor_control->velocity_pid, motor_control->target_velocity, encoder_data.velocity, CONTROL_LOOP_PERIOD_SEC); // 速度环输出作为 q 轴参考电压
    } else if (motor_control->control_mode == MOTOR_CONTROL_MODE_POSITION) {
        // 位置环 PID 控制器 (外环)
        float position_error = motor_control->target_position - encoder_data.position;
        float velocity_setpoint = PID_Update(&motor_control->position_pid, motor_control->target_position, encoder_data.position, CONTROL_LOOP_PERIOD_SEC); // 位置环输出作为速度环设定值
        // 速度环 PID 控制器 (内环)
        u_q_ref = PID_Update(&motor_control->velocity_pid, velocity_setpoint, encoder_data.velocity, CONTROL_LOOP_PERIOD_SEC);
    } else if (motor_control->control_mode == MOTOR_CONTROL_MODE_TORQUE) {
        u_q_ref = motor_control->target_torque; // 力矩模式直接使用目标力矩作为 q 轴参考电压
    } else { // MOTOR_CONTROL_MODE_IDLE
        u_q_ref = 0.0f; // 空闲模式，输出电压为 0
    }

    // 电流环 PID 控制器 (dq 轴电流环，可选，这里简化直接使用 u_q_ref 和 u_d_ref 作为电压参考)
    //  在更高级的 FOC 控制中，可以使用电流环 PID 控制器来精确控制 dq 轴电流
    //  u_d_ref = PID_Update(&motor_control->current_d_pid, 0.0f, i_d, CONTROL_LOOP_PERIOD_SEC);
    //  u_q_ref = PID_Update(&motor_control->current_q_pid, u_q_ref_from_outer_loop, i_q, CONTROL_LOOP_PERIOD_SEC);

    Vector_dq_TypeDef voltage_dq = {u_d_ref, u_q_ref};

    // 3.4 逆 Park 变换 (dq -> alpha-beta)
    Vector_ab_TypeDef voltage_ab = inverse_park_transform(voltage_dq, motor_control->motor_electrical_angle);

    // 3.5 SVPWM 调制 (alpha-beta -> PWM 占空比)
    float duty_u, duty_v, duty_w;
    svpwm_modulation(voltage_ab, &duty_u, &duty_v, &duty_w);

    // 4. 设置 PWM 占空比
    HAL_PWM_SetDutyCycle(PWM_U_CHANNEL, duty_u);
    HAL_PWM_SetDutyCycle(PWM_V_CHANNEL, duty_v);
    HAL_PWM_SetDutyCycle(PWM_W_CHANNEL, duty_w);
}

4.4. 应用层 (Application Layer)

main.c:

#include "main.h"
#include "motor_control.h"
#include "encoder_driver.h"
#include "current_sensor_driver.h"
#include "hal_uart.h" // 假设 HAL 层提供了 UART 驱动
#include "string.h"
#include "stdio.h"

#define CONTROL_LOOP_PERIOD_MS 1 // 控制环周期 (毫秒)
#define CONTROL_LOOP_PERIOD_SEC (CONTROL_LOOP_PERIOD_MS / 1000.0f)

MotorControlTypeDef motor_controller; // 电机控制器实例

void SystemClock_Config(void); // 系统时钟配置函数 (需要根据具体硬件平台实现)

int main(void) {
    // 初始化硬件
    SystemClock_Config(); // 配置系统时钟
    HAL_Init();          // 初始化 HAL 库 (如果使用 HAL 库)
    Encoder_Init();      // 初始化编码器驱动
    CurrentSensor_Init(); // 初始化电流传感器驱动
    HAL_UART_Init();     // 初始化串口驱动 (假设 HAL 层提供了 UART 驱动)

    MotorControl_Init(&motor_controller); // 初始化电机控制器

    // 启动控制循环定时器 (假设使用 HAL_Timer 实现定时器中断)
    //  (需要配置一个定时器，周期为 CONTROL_LOOP_PERIOD_MS，并在定时器中断服务函数中调用 MotorControl_RunControlLoop())
    //  HAL_Timer_Start_IT(&htim_control_loop); // 假设 htim_control_loop 是控制环定时器句柄

    char uart_rx_buffer[128];
    uint32_t rx_index = 0;

    HAL_UART_TransmitString("Simple FOC Shield Ready!\r\n"); // 通过串口发送启动信息

    while (1) {
        // 1. 串口接收命令处理 (简单示例)
        if (HAL_UART_AvailableData()) { // 检查串口是否有数据可读 (假设 HAL 层提供了 HAL_UART_AvailableData() 函数)
            char rx_char = HAL_UART_ReceiveChar(); // 读取一个字节 (假设 HAL 层提供了 HAL_UART_ReceiveChar() 函数)
            if (rx_char == '\r' || rx_char == '\n') {
                uart_rx_buffer[rx_index] = '\0'; // 字符串结束符
                // 解析命令并执行
                if (strncmp(uart_rx_buffer, "speed ", 6) == 0) {
                    float target_speed = atof(uart_rx_buffer + 6);
                    MotorControl_SetControlMode(&motor_controller, MOTOR_CONTROL_MODE_VELOCITY);
                    MotorControl_SetTargetVelocity(&motor_controller, target_speed);
                    char response_str[64];
                    sprintf(response_str, "Set target speed to: %.2f RPM\r\n", target_speed);
                    HAL_UART_TransmitString(response_str);
                } else if (strncmp(uart_rx_buffer, "pos ", 4) == 0) {
                    float target_pos = atof(uart_rx_buffer + 4);
                    MotorControl_SetControlMode(&motor_controller, MOTOR_CONTROL_MODE_POSITION);
                    MotorControl_SetTargetPosition(&motor_controller, target_pos);
                    char response_str[64];
                    sprintf(response_str, "Set target position to: %.2f degrees\r\n", target_pos);
                    HAL_UART_TransmitString(response_str);
                } else if (strncmp(uart_rx_buffer, "torque ", 7) == 0) {
                    float target_torque = atof(uart_rx_buffer + 7);
                    MotorControl_SetControlMode(&motor_controller, MOTOR_CONTROL_MODE_TORQUE);
                    MotorControl_SetTargetTorque(&motor_controller, target_torque);
                    char response_str[64];
                    sprintf(response_str, "Set target torque to: %.2f A\r\n", target_torque);
                    HAL_UART_TransmitString(response_str);
                } else if (strncmp(uart_rx_buffer, "idle", 4) == 0) {
                    MotorControl_SetControlMode(&motor_controller, MOTOR_CONTROL_MODE_IDLE);
                    HAL_UART_TransmitString("Motor Idle mode\r\n");
                } else if (strncmp(uart_rx_buffer, "status", 6) == 0) {
                    EncoderDataTypeDef encoder_data = Encoder_GetData();
                    CurrentSensorDataTypeDef current_data = CurrentSensor_GetData();
                    char status_str[256];
                    sprintf(status_str, "Status: Mode=%d, Speed=%.2f RPM, Pos=%.2f deg, Current_U=%.2f A, Current_V=%.2f A, Current_W=%.2f A\r\n",
                            motor_controller.control_mode, encoder_data.velocity, encoder_data.position,
                            current_data.current_u, current_data.current_v, current_data.current_w);
                    HAL_UART_TransmitString(status_str);
                } else {
                    HAL_UART_TransmitString("Unknown command\r\n");
                }
                rx_index = 0; // 重置接收缓冲区索引
            } else {
                uart_rx_buffer[rx_index++] = rx_char;
                if (rx_index >= sizeof(uart_rx_buffer) - 1) {
                    rx_index = 0; // 缓冲区溢出保护
                }
            }
        }

        // 2. 控制环运行 (定时器中断方式更佳，这里为了简化，使用延时模拟)
        MotorControl_RunControlLoop(&motor_controller);
        HAL_Delay(CONTROL_LOOP_PERIOD_MS); // 延时模拟控制环周期
    }
}


// 控制环定时器中断服务函数示例 (需要在具体的 HAL 层实现定时器中断配置和回调)
// void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) {
//     if (htim->Instance == TIMx) { // 假设 TIMx 是控制环定时器
//         MotorControl_RunControlLoop(&motor_controller); // 定时执行控制环
//     }
// }

// ... 系统时钟配置函数 SystemClock_Config() 和 HAL_Init() 函数 需要根据具体的硬件平台进行实现
// ... HAL_Delay() 函数 需要根据具体的硬件平台进行实现
// ... HAL_UART_TransmitString(), HAL_UART_ReceiveChar(), HAL_UART_AvailableData(), HAL_UART_Init() 函数 需要根据具体的 HAL 层实现

5. 测试验证和维护升级

• 测试验证:

  • 单元测试: 对 HAL 层、驱动层、电机控制库层的每个模块进行单元测试，例如测试 PWM 驱动是否能正确生成 PWM 信号，ADC 驱动是否能正确读取 ADC 值，PID 控制器是否能按照预期工作等。
  • 集成测试: 将不同的模块组合在一起进行集成测试，例如测试编码器驱动和电机控制库的集成，电流传感器驱动和电机控制库的集成，验证模块之间的接口和协同工作是否正常。
  • 系统测试: 进行系统级的测试，验证整个系统的功能和性能是否满足需求，例如测试速度控制精度、位置控制精度、动态响应、保护功能等。 使用示波器、逻辑分析仪等工具进行硬件调试和信号分析。
  • 压力测试: 长时间运行系统，测试系统的稳定性和可靠性，例如进行长时间的速度控制或位置控制测试，观察系统是否会出现故障或异常。

• 维护升级:

  • 模块化设计: 模块化设计使得代码易于维护和升级，当需要修改或添加新功能时，只需要修改或添加相应的模块，而不会影响其他模块。
  • 版本控制: 使用 Git 进行代码版本控制，方便代码管理、版本回溯和团队协作，也方便进行代码的维护和升级。
  • 代码文档: 编写清晰的代码文档，包括模块功能说明、接口说明、算法说明等，方便后续开发人员理解和维护代码。
  • 固件升级: 预留固件升级接口 (例如通过串口或 OTA)，方便用户进行固件升级，修复 Bug 和添加新功能。
  • 日志记录: 添加日志记录功能 (可选)，记录系统运行状态和错误信息，方便故障诊断和维护。

总结

以上代码示例和架构设计方案，旨在为您展示一个完整嵌入式系统开发流程中，如何针对 Simple FOC shield discrete version 项目构建可靠、高效、可扩展的系统平台。 这仅仅是一个基础框架，实际项目开发中还需要根据具体的需求和硬件平台进行详细的设计和实现。 3000 行代码的篇幅限制，我只能提供关键模块的示例代码，完整的项目代码量会远超 3000 行。

希望这个详细的方案能够帮助您理解嵌入式系统开发流程和代码架构设计，并为您的 Simple FOC shield 项目提供有价值的参考。 在实际开发过程中，请务必进行充分的测试和验证，并不断优化和完善代码，以确保系统的可靠性和性能。