大学生机器人比赛实战（二）软件篇

大学生机器人比赛深度开发指南：核心技术详解与实战代码解析

作为参加过多次机器人竞赛的选手，我将详细剖析比赛中的核心技术实现，包括软件架构设计、实时系统应用、各大赛事代码特点以及性能优化技巧。本指南将帮助你从代码层面深入理解如何打造一个冠军级机器人系统。

一、机器人软件架构设计

1.1 分层架构设计

一个完整的比赛机器人通常采用分层架构设计：

应用层（比赛策略）
  ↓
业务逻辑层（任务调度）
  ↓
功能模块层（视觉/控制/通信）
  ↓
硬件抽象层（HAL）
  ↓
硬件层（传感器/执行器）

典型头文件组织：

// hal_uart.h - 硬件抽象层
void UART_Init(uint32_t baudrate);
void UART_Send(uint8_t *data, uint16_t len);

// driver_motor.h - 功能模块层
void Motor_SetSpeed(uint8_t id, int16_t speed);

// task_control.h - 业务逻辑层
void Control_Task(void *params);

// strategy.h - 应用层
void Strategy_Update(GameState *game);

1.2 实时性保障方案

中断优先级配置（STM32为例）：

void NVIC_Configuration(void)
{
   
    HAL_NVIC_SetPriority(SysTick_IRQn, 0, 0); // 系统滴答最高优先级
    HAL_NVIC_SetPriority(EXTI0_IRQn, 1, 0);   // 紧急传感器中断
    HAL_NVIC_SetPriority(TIM3_IRQn, 2, 0);    // 电机控制定时器
    HAL_NVIC_SetPriority(USART1_IRQn, 3, 0);  // 通信中断
}

二、RTOS在比赛中的应用

2.1 何时使用RTOS？

需要RTOS的场景：

• 多任务并行处理（如视觉+控制+通信）
• 复杂状态机管理
• 需要精确时序控制
• 系统资源需要动态管理

可以不用RTOS的情况：

• 简单循迹/搬运机器人
• 单任务循环就能满足需求
• 硬件资源极其有限

2.2 FreeRTOS实战配置

CubeMX配置示例：

1. 选择TIM6作为时基源（1kHz）
2. 启用FreeRTOS支持
3. 设置堆大小（≥10KB）
4. 创建关键任务：
   • 控制任务（优先级3）
   • 视觉任务（优先级2）
   • 通信任务（优先级1）

任务创建代码：

void StartDefaultTask(void const *argument)
{
   
    // 创建控制任务
    osThreadDef(ControlTask, Control_Task, osPriorityHigh, 0, 512);
    osThreadCreate(osThread(ControlTask), NULL);
    
    // 创建视觉任务
    osThreadDef(VisionTask, Vision_Task, osPriorityNormal, 0, 1024);
    osThreadCreate(osThread(VisionTask), NULL);
    
    // 空闲任务中可以监控系统状态
    for(;;) {
   
        vTaskDelay(1000);
        printf("CPU Usage: %.1f%%\n", osGetCPUUsage());
    }
}

三、各大赛事代码特点详解

3.1 RoboMaster步兵机器人代码架构

典型控制流程：

// 云台控制任务
void Gimbal_Task(void *params)
{
   
    while(1) {
   
        // 1. 获取目标信息
        TargetInfo target = Vision_GetTarget();
        
        // 2. PID控制计算
        PID_Calc(&yaw_pid, target.yaw_angle);