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Motor_v2/Robot_V2/device/Timer.cpp
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cbb 4c4e47e9e3 refactor(FOC): 添加Doxygen文档注释并优化SVPWM算法性能
添加了完整的Doxygen文档注释到FOC算法模块的所有函数、类和变量,提升了代码可读性和维护性。同时优化了SVPWM算法实现,将atan2f替换为符号法扇区判断,显著提升计算效率(约15周期vs atan2f 300周期),并改进了arm_sin_cos_f32替代sqrtf提高性能。

feat(FOC): 统一电气角度计算避免重复运算

重构代码以统一电气角度计算,在各个控制循环中只计算一次电气角度并传递给需要的函数,避免了多次重复的fmodf运算和角度归一化操作,提升了实时控制性能。

refactor(Filter): 改进α-β观测器角度处理精度

修改角度卡尔曼滤波器在归一化角度空间[0,360)内工作,避免大累积角度的浮点精度损失问题,确保静止状态下不会产生虚假速度,同时保持与下游代码的兼容性。

refactor: 为算法模块添加完整文档注释

为所有算法模块(FOC、Filter、pid、thermal)添加了详细的Doxygen文档注释,包括函数说明、参数描述、返回值说明等,便于代码理解和API文档生成。
2026-05-23 22:46:32 +08:00

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C++
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/**
* @file device/Timer.cpp
* @brief 底层设备驱动与外设封装源文件
* @note 本文件仅补充 Doxygen 文档注释,不改变代码逻辑。
*/
#include "Timer.h"
#include "Can.h"
#include "FOC.h"
#include "Timer.h"
#include "gd32c10x.h"
#include "gd32c10x_gpio.h"
#include "gd32c10x_misc.h"
#include "gd32c10x_rcu.h"
#include "gd32c10x_timer.h"
#include "initial.h"
volatile u32 total_us100_counter = 0; // 总计数器,每 100 微秒增加 1
extern u16 adc_value[3];
extern FOC_Controller FOC;
extern TaskScheduler scheduler;
extern CAN_transmiter CAN0_transmiter;
// 添加系统运行时间计数器
extern u32 cnt_test;
// 任务调度查找表 - 每 100us 执行的任务 (1ms 周期内)
static const u32 task_schedule_100us[10] = {
(1u << TASK_MCU_TEMP_UPDATE), // 0: MCU 温度更新
(1u << TASK_DRV_TEMP_UPDATE), // 1: 驱动温度更新
(1u << TASK_VBUS_UPDATE), // 2: 电压更新
0, // 3: 空闲
0, // 4: 空闲
0, // 5: 空闲
0, // 6: 空闲
0, // 7: 空闲
0, // 8: 空闲
(1u << TASK_CAN_TRANSMIT) // 9: CAN 发送
};
// 任务调度查找表 - 每 1ms 执行的任务 (10ms 周期内)
static const u32 task_schedule_1ms[10] = {
(1u << TASK_THERMAL_CONTROL), // 0: 热量控制
(1u << TASK_MAGNETIC_CHECK), // 1: 磁感应强度检测
0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 // 空闲
};
// 任务调度查找表 - 每 10ms 执行的任务 (100ms 周期内)
static const u32 task_schedule_10ms[10] = {
0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 // 当前无任务,预留扩展
};
// 任务调度查找表 - 每 100ms 执行的任务 (1s 周期内)
static const u32 task_schedule_100ms[10] = {
0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 // 当前无任务,预留扩展
};
/**
* @brief 设置引脚中断优先级
* @return void
*
* 设置引脚中断优先级
*/
void nvic_config(void) {
/* 设置 NVIC 优先级分组,1 位抢占优先级,3 位响应优先级 */
nvic_priority_group_set(NVIC_PRIGROUP_PRE2_SUB2);
/* 使能 TIMER2 中断,设置抢占优先级为 1,子优先级为 1 */
nvic_irq_enable(TIMER2_IRQn, 0, 1);
nvic_irq_enable(ADC0_1_IRQn, 0, 0);
nvic_irq_enable(TIMER1_IRQn, 0, 2);
}
/**
* @brief 配置定时器 2-任务管理
* @return void
*
* 配置定时器 2,用于定时执行 FOC 控制、采样、CAN 发送等任务
*/
void TIMER2_config(void) {
/* ----------------------------------------------------------------------------
TIMER2 Configuration:
TIMER2CLK = SystemCoreClock/120 = 1MHz, the period is 100us(100/1000000 =
100us).
----------------------------------------------------------------------------
*/
timer_parameter_struct timer_struct;
/* 使能 TIMER2 时钟 */
rcu_periph_clock_enable(RCU_TIMER2);
/* 复位 TIMER2 外设到默认状态 */
timer_deinit(TIMER2);
/* 初始化 TIMER 初始化参数结构体 */
timer_struct_para_init(&timer_struct);
/* TIMER2 配置参数设置 */
timer_struct.prescaler =
TIMER2_PRESCALER; /* 预分频值:120 分频 (从 0 开始计数) */
timer_struct.alignedmode = TIMER_COUNTER_EDGE; /* 边沿对齐模式 */
timer_struct.counterdirection = TIMER_COUNTER_UP; /* 向上计数模式 */
timer_struct.period =
TIMER2_PERIOD; /* 自动重装载值:100 次计数 (从 0 开始计数) */
timer_struct.clockdivision = TIMER_CKDIV_DIV1; /* 时钟分频值:1 分频 */
timer_init(TIMER2, &timer_struct);
/* 清除更新中断标志位 */
timer_interrupt_flag_clear(TIMER2, TIMER_INT_FLAG_UP);
/* 使能更新中断 */
timer_interrupt_enable(TIMER2, TIMER_INT_UP);
/* 使能 TIMER2 */
timer_enable(TIMER2);
}
/**
* @brief 配置 TIMER2-任务管理中断
* @return void
*/
void User_timer_init(void) {
/* 配置 TIMER2 */
TIMER2_config();
/* 配置 TIMER2 中断 */
nvic_config();
}
/**
* @brief TIMER2-任务管理中断处理函数 (优化版)
* @return void
* @note 使用查找表替代多层 switch-case,减少代码复杂度和执行时间
* 中断周期:50us
* - 每 50us: 电机控制任务 (角度、速度更新)
* - 每 100us: 传感器采样、CAN 通信
* - 每 1ms: 热量控制、磁检
* - 每 10ms/100ms/1s: 预留扩展任务
*/
void TIMER2_IRQHandler(void) {
// 快速路径:检查并清除中断标志
if (timer_interrupt_flag_get(TIMER2, TIMER_INT_UP) == RESET) {
return;
}
timer_interrupt_flag_clear(TIMER2, TIMER_INT_UP);
// 固定任务:每 50us 执行电机控制
scheduler.taskFlags |= (1u << TASK_ANGLE_UPDATE) |
(1u << TASK_VELOCITY_UPDATE) |
(1u << TASK_MOTOR_CONTROL);
// 每 100us 执行一次的任务(使用位运算替代布尔变量)
static u32 call_counter = 0;
call_counter++;
if ((call_counter & 1u) == 0u) { // 偶数次调用(每 100us)
// 使用查找表设置 1ms 周期内的任务
scheduler.taskFlags |= task_schedule_100us[total_us100_counter];
total_us100_counter++;
if (total_us100_counter >= 10u) {
total_us100_counter = 0;
// 每 1ms 执行的任务
static u32 ms1_counter = 0;
ms1_counter++;
if (ms1_counter >= 10u) {
ms1_counter = 0;
// 每 10ms 执行的任务
static u32 ms10_counter = 0;
ms10_counter++;
if (ms10_counter >= 10u) {
ms10_counter = 0;
// 每 100ms 执行的任务
static u32 ms100_counter = 0;
ms100_counter++;
if (ms100_counter >= 10u) {
ms100_counter = 0;
// 每 1s 任务预留位置
}
scheduler.taskFlags |= task_schedule_100ms[ms100_counter];
}
scheduler.taskFlags |= task_schedule_10ms[ms10_counter];
}
scheduler.taskFlags |= task_schedule_1ms[ms1_counter];
}
}
}
/**
* @brief TIMER1-PWM GPIO 配置函数
*/
void timer1_gpio_config(void) {
// 时钟使能
rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOA);
rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOB);
rcu_periph_clock_enable(RCU_AF);
rcu_periph_clock_enable(RCU_TIMER1);
// TIMER1 GPIO 初始化
gpio_init(GPIOA, GPIO_MODE_AF_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_0);
gpio_init(GPIOA, GPIO_MODE_AF_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_1);
gpio_init(GPIOA, GPIO_MODE_AF_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_2);
gpio_init(GPIOB, GPIO_MODE_OUT_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ,
GPIO_PIN_0 | GPIO_PIN_12);
gpio_bit_set(GPIOB, GPIO_PIN_0);
gpio_bit_set(GPIOB, GPIO_PIN_12);
/* 配置 TIMER1 完全重映射*/
gpio_pin_remap_config(GPIO_TIMER1_FULL_REMAP, DISABLE);
}
/**
* @brief TIMER1-PWM 配置函数
*/
void timer1_pwm_config(void) {
timer_parameter_struct timer_initpara;
timer_oc_parameter_struct timer_ocinitpara;
// 使能 TIMER1 时钟
rcu_periph_clock_enable(RCU_TIMER1);
// 复位 TIMER1
timer_deinit(TIMER1);
// 配置 TIMER1 基本参数
timer_struct_para_init(&timer_initpara);
timer_initpara.prescaler = TIMER1_PRESCALER; // 预分频器
timer_initpara.alignedmode = TIMER_COUNTER_CENTER_BOTH; // 中心对齐,给采样留对称平台窗
timer_initpara.counterdirection = TIMER_COUNTER_UP;
timer_initpara.period = TIMER1_PERIOD; // 计数周期
timer_initpara.clockdivision = TIMER_CKDIV_DIV1;
timer_init(TIMER1, &timer_initpara);
// 配置通道输出参数
timer_channel_output_struct_para_init(&timer_ocinitpara);
timer_ocinitpara.outputstate = TIMER_CCX_ENABLE;
timer_ocinitpara.ocpolarity = TIMER_OC_POLARITY_HIGH;
// 配置三个通道为 PWM 模式
timer_channel_output_config(TIMER1, TIMER_CH_0, &timer_ocinitpara);
timer_channel_output_config(TIMER1, TIMER_CH_1, &timer_ocinitpara);
timer_channel_output_config(TIMER1, TIMER_CH_2, &timer_ocinitpara);
// 配置第四个通道 (CH3) 为固定采样点,只用于导出 ADC 触发
timer_ocinitpara.outputstate =
TIMER_CCX_DISABLE; // 不输出 PWM 波形,仅用于比较事件
timer_ocinitpara.ocpolarity = TIMER_OC_POLARITY_HIGH;
timer_channel_output_config(TIMER1, TIMER_CH_3, &timer_ocinitpara);
// 设置 PWM 模式和占空比
timer_channel_output_mode_config(TIMER1, TIMER_CH_0, TIMER_OC_MODE_PWM0);
timer_channel_output_mode_config(TIMER1, TIMER_CH_1, TIMER_OC_MODE_PWM0);
timer_channel_output_mode_config(TIMER1, TIMER_CH_2, TIMER_OC_MODE_PWM0);
timer_channel_output_mode_config(TIMER1, TIMER_CH_3,
TIMER_OC_MODE_PWM0); // CH3 也设为 PWM 模式
/* 将 CH3 预装载比较点作为 TRGO 导出,供 ADC injected 组同步采样 */
timer_master_output_trigger_source_select(TIMER1, TIMER_TRI_OUT_SRC_O3CPRE);
timer_channel_output_pulse_value_config(TIMER1, TIMER_CH_0,
TIMER1_DEFAULT_PULSE);
timer_channel_output_pulse_value_config(TIMER1, TIMER_CH_1,
TIMER1_DEFAULT_PULSE);
timer_channel_output_pulse_value_config(TIMER1, TIMER_CH_2,
TIMER1_DEFAULT_PULSE);
// 设置 CH3 为固定 ADC 采样点,避免与三相 PWM duty 耦合
timer_channel_output_pulse_value_config(TIMER1, TIMER_CH_3,
TIMER1_CH3_COMPARE_VALUE);
// 使能主输出和自动重载
timer_primary_output_config(TIMER1, ENABLE);
timer_auto_reload_shadow_enable(TIMER1);
// 启动 TIMER1
timer_enable(TIMER1);
}
// CH3 现在仅作为 TRGO 采样点保留;采样完成由 ADC injected 中断接管
/**
* @brief TIMER1 中断处理函数
* @return void
*/
void TIMER1_IRQHandler(void) {
if (timer_interrupt_flag_get(TIMER1, TIMER_INT_FLAG_CH3) != RESET) {
timer_interrupt_flag_clear(TIMER1, TIMER_INT_FLAG_CH3);
}
}
/*!
\brief set PWM
\param[in] channel: TIMER_CH_0/TIMER_CH_1/TIMER_CH_2/TIMER_CH_3 (valid
values: 0, 1, 2, 3)
\param[in] pulse: PWM pulse value
\param[out] none
\retval none
\note The channel parameter must be between 0 and 3 inclusive.
*/
void Set_Pwm(u16 channel, float duty_cycle) {
float pulse = duty_cycle * TIMER1_PERIOD;
if (channel <= 3) {
timer_channel_output_pulse_value_config(TIMER1, channel, pulse);
} else {
} // Ensure channel is within valid range
}
/*!
\brief set PWM
\param[in] channel: TIMER_CH_0/TIMER_CH_1/TIMER_CH_2/TIMER_CH_3 (valid
values: 0, 1, 2, 3)
\param[in] pulse: PWM pulse value
\param[out] none
\retval none
\note The channel parameter must be between 0 and 3 inclusive.
*/
void Set_3Pwm(float duty_cycle0, float duty_cycle1, float duty_cycle2) {
// 直接写寄存器
TIMER_CH0CV(TIMER1) = (uint32_t)(duty_cycle0 * TIMER1_PERIOD);
TIMER_CH1CV(TIMER1) = (uint32_t)(duty_cycle1 * TIMER1_PERIOD);
TIMER_CH2CV(TIMER1) = (uint32_t)(duty_cycle2 * TIMER1_PERIOD);
}