机甲大师机器人控制（六）：集成测试
本文是机甲大师机器人控制的系列博客之一。在软件单元测试阶段完成后，进行集成测试。本文内容与功能分析阶段相对应。另外，阅读本文的内容需要一些STM32调试经验。
系列博客：
机甲大师机器人控制（一）：概念与流程
机甲大师机器人控制（二）：功能分析
机甲大师机器人控制（三）：软件架构设计
机甲大师机器人控制（四）：软件单元
机甲大师机器人控制（五）：软件单元测试
机甲大师机器人控制（六）：集成测试
机甲大师机器人控制（七）：购买清单
文章目录
- 1 开发阶段
- 2 代码集成
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- 2.1 生成代码
- 2.2 STM32工程
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- 2.2.1 将模型代码导入STM32工程
- 2.2.2 STM32工程的main文件
- 2.3 编译与下载
- 3 实物测试
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- 3.1 按键锁定
- 3.2 底盘平面运动
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- 3.2.1 基本运动
- 3.2.2 合成运动
- 3.3 舵机云台二自由度运动
- 3.4 发射器控制
- 4 总结
1 开发阶段
集成测试阶段是开发的最终阶段，会逐个验证功能分析阶段中提出的每一条功能需求。
集成测试阶段会暴露出前几个步骤中带来的问题，因此会反复地回到前面的阶段去修改。
集成测试阶段分两步走。首先是代码集成过程，会将软件单元测试阶段初步验证过的模型生成代码，放到STM32工程中和其他的手写代码、寄存器配置代码一起编译成可执行文件。然后是实物测试过程，会将可执行文件刷到STM32驱动板中，然后通过手柄遥控，测试机甲大师机器人是否按照预期的方式行动。
2 代码集成
2.1 生成代码
Simulink模型是没有办法被编译器编译的，所以首先要从模型生成代码。博主在《Simulink代码生成》专栏里已经写了很多关于代码生成的配置方式，本文就不会细说这些配置，但是仍然有以下部分需要注意。
1）注意输入、输出接口信号的数据字典。本项目中，博主定义输入信号是由外部文件定义的，所以StorageClass要定义为ImportFromFile，同时要填好外部的头文件Manual_Code.h。
输出信号在自身的源文件中定义，所以StorageClass选择为ExportedGlobal。
2）选择正确的tlc文件和硬件。在配置窗口中，要选择Embedded Coder的tlc文件，也就是生成通用的嵌入式C代码。在工作中如果是基于Autosar标准的软件开发，这里就是autosar.tlc。
然后需要注意选择正确的硬件，不然数据类型的字长就对应不上。
3）配置好了以后就可以Ctrl + B生成代码。这里要注意，一定不能手动修改生成的代码，也不要阅读源文件中的step函数（虽然博主在以前的博客中经常这么做，但是对于实际项目生成的代码，就不要去阅读了）。如果需要确认一下接口变量和函数，只要读一下头文件即可。
2.2 STM32工程
一个完整的STM32工程的代码比较复杂，包括了寄存器配置和接口函数等等，已经超出了MBD技术的范围。因此，博主重点讲一下怎样将模型生成的代码嵌入到STM32的工程中，并且可以正确地编译、链接。
2.2.1 将模型代码导入STM32工程
1）在2.1节中，会生成一个C源文件和若干个头文件。不同地Matlab版本，或是不同的Simulink配置项，可能导致生成的头文件数量和博主的不一致，不过这个问题影响不大。
2）在STM32工程中新建一个Group，命名为Embedded_Coder。将生成的MTSR_MotionSolve.c文件添加到这个组中。
3）将模型生成的头文件所在的路径加入到STM32工程配置中。
这样的话，就完成了手动添加代码和头文件。
2.2.2 STM32工程的main文件
STM32工程中的main.c文件代码如下。
#include "BoardLib.h"
#include "OLED_I2C.h"
#include "Manual_Code.h"
#include "MTSR_MotionSolve.h" // 模型生成的头文件
int main (void)
{
PS2_Init(); // 初始化PS2用到的寄存器
Manual_Code_initialize(); // 初始化手写代码
MTSR_MotionSolve_initialize(); // 模型生成的初始化函数
MotA_Interface(VeOUTR_int32_BLWheel); // 初始化电机A转速为0
MotB_Interface(VeOUTR_int32_FLWheel); // 初始化电机B转速为0
MotC_Interface(VeOUTR_int32_BRWheel); // 初始化电机C转速为0
MotD_Interface(VeOUTR_int32_FRWheel); // 初始化电机D转速为0
SSenvo(0,VeOUTR_uint16_Srv0PWM); // 初始化舵机0位置为1500
SSenvo(1,VeOUTR_uint16_Srv1PWM); // 初始化舵机1位置为1500
SSenvo(2,VeOUTR_uint16_Srv2PWM); // 初始化继电器电平为低电平
while(1)
{
if( WaitTrue(0,20) ) //20ms运行一次
{
PS2_Interface(); //获取当前周期的PS2信号
MTSR_MotionSolve_step(); //执行模型的step函数，算出输出参数
//Mot_Interface
MotA_Interface(VeOUTR_int32_BLWheel); //更新该循环内电机A的转速
MotB_Interface(VeOUTR_int32_FLWheel); //更新该循环内电机B的转速
MotC_Interface(VeOUTR_int32_BRWheel); //更新该循环内电机C的转速
MotD_Interface(VeOUTR_int32_FRWheel); //更新该循环内电机D的转速
//Senvo_Interface
SSenvo(0,VeOUTR_uint16_Srv0PWM); //更新该循环内舵机0的位置
SSenvo(1,VeOUTR_uint16_Srv1PWM); //更新该循环内舵机1的位置
SSenvo(2,VeOUTR_uint16_Srv2PWM); //更新该循环内继电器电平信号状态
}
}
}
main.c文件的整体内容比较简单，通过裸机实现任务调度，也就是一个while(1)无限循环。整个main文件包含三部分：
1）头文件
- Manual_Code.h中包括博主对PS2信号处理以及电机接口处理的手写代码，包含该头文件后，main函数就可以调用PS2函数、电机接口函数和PS2输入信号；
- MTSR_MotionSolve.h是模型生成的头文件，包含该头文件后，main函数就可以调用模型的step函数（也就是模型中计算的过程）和模型输出的全局变量；
2）初始化函数
在while(1)循环之前，需要对PS2、模型、电机和舵机进行初始化。
- PS2_Init是对PS2通讯的初始化，这部分是开发板配套的示例函数；
- Manual_Code_initialize是对手写代码的初始化；
- MTSR_MotionSolve_initialize是模型生成的init函数；
- MotX_Interface是将电机X的转速初始值设为0，也就是停止转动；
- SSenvo是将舵机的位置初始为1500，也就是中间位置；
3）while循环
while循环每隔20ms周期运行一次，是控制策略实现的关键。
- PS2_Interface函数会获取当前PS2传给开发板的信号数值，也就是得知在这个循环内，操作者按下了PS2的哪个按键或者摇杆，该函数会修改PS2按键信号，也就是模型的输入信号；
- MTSR_MotionSolve_step是模型的step函数，会根据输入信号算出输出信号，也就是给电机和舵机函数的参数是多少；
- MotX_Interface和SSenvo是电机、舵机和继电器的控制接口，其参数是上一步中的step函数输出的信号；
每个while循环会不停的更新控制器RAM中的全局变量，然后用接口函数驱动电机、舵机或者继电器。
2.3 编译与下载
熟悉Keil和STM32的博友肯定非常了解编译和下载按钮在哪儿，如下图所示。采用不同的下载器，例如Jlink或者ST-Link，需要进行不同的配置。
这里博主想说明一下，编译是整个DIY过程中的第一道障碍，经常会调试很久才能编译通过。博主在做的过程中就经常遇到错误，比方说漏掉了头文件、或者变量名没匹配正确等。这部分需要比较有耐心，才能解决掉所有的问题。
3 实物测试
实物测试是整个控制开发的最后一步。在这个过程中，可以直观地检测出之前的设计是否成功。本章节中，博主会根据功能分析阶段中提出的4条功能需求，来逐一测试其效果。测试方法就是操作PS2手柄，观察机甲大师机器人是否按照预期的功能去运动。由于博客上传图片大小有限，无法上传动图，测试结果会以图片的方式呈现在后文中。
另外，为了直观地体会这一节的内容，博主将本文的测试过程录制了两端简单的视频。
机甲大师平面运动
机甲大师云台及发射器
3.1 按键锁定
按键锁定功能没法通过动图直观地展现出来，效果就是当PS2上的红绿指示灯同时亮起来的时候，PS2上的其余按键才有效。只有红灯亮起的时候是无效的。
3.2 底盘平面运动
3.2.1 基本运动
1）前后拨动左摇杆的Y通道，底盘实现前进后退运动。
2）左右拨动左摇杆的X通道，底盘实现左右平移运动。
3）前后拨动左摇杆的Y通道，底盘实现绕正前方左右摆尾运动。
4）左右拨动左摇杆的X通道，底盘实现顺时针、逆时针自转运动。
3.2.2 合成运动
合成运动就是PS2摇杆的多个通道生效的运动，博主这里只验证几个比较有用的合成运动。
1）向左上方拨动左摇杆，此时左摇杆的X、Y通道同时生效，底盘向左上方运动。
四种对角线运动（左前、左后、右前、右后）都可以通过左摇杆的XY通道组合来实现。
2）向前拨动左摇杆，同时向右拨动右摇杆，此时左摇杆的Y通道和右摇杆的X通道同时生效，底盘实现右转弯。
另外，左前转弯、左后转弯、右前转弯、右后转弯都可以通过此方法实现。
3.3 舵机云台二自由度运动
PS2右手的4个按键控制舵机云台的二自由度运动。双舵机的二自由度运动可以使水弹枪在一定范围内瞄准目标。
1）按下RL,RR按钮，舵机云台实现在水平平面内左右运动，扇形角度为180度。
2）按下RU,RD按钮，舵机云台实现在竖直平面内上下运动，扇形角度为180度。
3.4 发射器控制
按下手柄右手的R1按键可以使继电器闭合，从而控制水弹枪连续发射。
4 总结
本文是最后的集成测试阶段，在该阶段中会将模型生成代码、编译STM32工程，最后下载到控制器中进行测试。该阶段会暴露出很多问题，如果能够一一解决会有不小的收获。
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