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Orion_F303_BLDC 改善方針

PC用CAN低層ドライバ

tools/orion_can に、WeActStudio USB2CANFDV1を使用するPC用Pythonドライバを置く。CANRushのSLCAN接続・フレーム変換を参考にしているが、コードは本リポジトリ内で独立している。

  • シリアル設定は1,000,000 baud、CAN nominal bitrateはS8（1 Mbit/s）、normal modeとする。
  • Classical CAN、標準11bit ID、最大8 byteを扱う。
  • シリアルポートは単一I/Oワーカーだけが所有し、送信要求、周期送信、受信解析を直列化する。
  • set_speed() で設定した速度は20 ms周期で送信する。200 ms更新されなければ、PC側watchdogにより送信値を0 rpsへ落とす。
  • 切断時は登録済みの全モーターへ速度0を複数回送信してからCANチャネルを閉じる。
  • 現行ファームの受信ID実装に合わせ、board IDは0または1、motorは0または1に制限する。
  • 速度payloadはIEEE 754 float32 little endianをbyte 0..3へ格納し、byte 4..7を0、DLCを8とする。

単体テスト:

python -m unittest tools.orion_can.test_driver

実機で速度0送信とテレメトリ受信を確認する例:

python -m tools.orion_can.smoke_test --port COM175 --board 0 --duration 2

簡易モーター制御GUI:

python -m pip install -r tools/orion_can/requirements.txt
python -m tools.orion_can.qt_gui

通常使用するGUIはPySide6 + PyQtGraph版のqt_gui.pyとする。旧Tk Canvas版のgui.pyは負荷比較とフォールバック用に残す。Qt版もCANドライバ、物理量復号、20 ms周期送信、500 ms GUI watchdog、停止時0 rps反復送信を共用する。プロットへはNumPy配列を渡し、線幅1 px、アンチエイリアス無効、OpenGL有効、表示範囲clip有効、downsampling無効として、直近10秒の全受信点を描画する。速度プロットにはCANへ周期送信しているMotor 0/1の指令速度を20 ms周期で記録し、現在速度を実線、指令速度を同系色の破線として同じ時間軸へ重ねる。別の「メイン基板指令」タブでは、対象Board IDの速度指令CAN（0x100 + board_id * 2 + motor、float32 little endian）を受信時刻付きで記録し、Motor 0/1を分けてプロットする。GUI自身の指令履歴とは分離して保持する。このタブを選択中はGUIの周期CAN送信をドライバ層でpauseし、watchdogによる0 rpsフレームも含めて送信しない。タブを離れたときだけ現在のスライダ値で周期送信を再開する。受信専用中の停止ボタンと切断もCANデータフレームを送信しない。

GUIは接続成功時からMotor 0/1の速度スライダ値を自動送信し、以後は0.5 rps刻みの操作を即座に反映する。指定速度と受信した現在速度は別々に表示する。GUIから50 ms間隔で目標値を更新し、GUI用watchdogは全点プロット描画時の一時停止を許容する500 msとする。プロセス停止やCAN断ではファーム側の約100 ms timeoutが引き続き機能する。「停止（0 rps）」、切断、ウィンドウ終了時には両モーターへ0 rpsを反復送信する。入力可能範囲はファームのSPEED_CMD_LIMIT_RPSに合わせて-80～+80 rpsとする。CAN受信値は生パケットではなく、モーターごとの回転数、encoder raw、電圧、電流、モーター温度、FET温度へ復号して表示する。CAN上のencoder角度はradであるため、ファームのlegacy 16bit格納値へ逆変換したraw値を表示する。現在速度と電流は受信時刻付きで直近10秒分を保持し、期間内の受信データを間引かず全点プロットする。数値表示は100 ms周期、負荷の高い全点プロット描画は250 ms周期へ分離する。グラフは各450 px高とし、速度／電流タブで切り替える。

GUI全点プロット負荷の実機計測

tools/orion_can/load_test.py はWindows native thread CPU時間を使い、実機運転中のGUIスレッド、CAN I/Oスレッド、全点描画時間、履歴点数、受信キューを1秒周期でCSVへ記録する。試験中にGUIが停止した場合にも、別スレッドの安全タイマーから速度0を送る。

2026-08-03にBoard 1、Motor 0を10 rps、Motor 1を0 rpsとして表示ありGUIを15秒計測した。速度履歴が約7,100点/モーターに達した7.4秒でGUIスレッド98.5%、10秒以降は約97～100%となった。CAN I/Oスレッドは概ね1～5%で、受信キューは最大69 frame程度だった。0 rpsの12秒対照試験でも履歴は約9,700点/モーターに達したが、GUIスレッドは最大約14%だった。受信量ではなく、回転中に値が上下する約2万点の折れ線をTk Canvasが実画面へ描画する処理が主負荷である。create_line()呼び出し自体の計測は約11～13 msだが、実画面のラスタライズ処理を含むGUIスレッドは飽和する。水平に近い0 rps波形は描画負荷が小さい。

計測ログ:

  • Log/orion_gui_load_motor0_10rps_15s_visible.csv: 10 rps、表示あり、15秒。
  • Log/orion_gui_load_motor0_0rps_12s_visible.csv: 0 rps、表示あり、12秒の対照条件。

同条件をPySide6 + PyQtGraph版で15秒計測した結果、約9,900速度点/モーターを全点保持した状態でGUIスレッドは最大17.1%、10秒時6.2%、プロット更新は最大8.6 msだった。Tk版で7秒以降に発生したGUIスレッド約100%への飽和は発生しなかった。ログはLog/orion_qt_gui_load_motor0_10rps_15s_visible.csvに保存した。

目的

  • 可読性と保守性を上げる。
  • リアルタイム制御性能を維持する。
  • 挙動を変えないリファクタリングを優先する。

全体構成（現在）

  • Core/Src/main.c: 制御ループ本体、周期同期、共通コンテキスト定義。
  • Core/Src/control_mode.c: 実行モード判定とモードディスパッチ。
  • Core/Src/calibration.c: エンコーダ校正・モータ校正。
  • Core/Src/protect.c: 保護処理と異常停止。
  • Core/Src/comms.c: CAN/UART 受信、テレメトリ送信。
  • Core/Src/startup_sequence.c: 起動シーケンスと自己チェック。
  • Core/Src/diagnostics.c: 周期ログ出力。
  • Core/Inc/app_context.h: 共有状態（グローバル）の参照定義。

1ms制御ループの処理順

main.c の無限ループでは、基本的に以下の順で実行する。 1. receiveUserSerialCommand()（UART操作受付） 2. updateMotorSpeedEstimate()（速度推定） 3. sendCanData()（2msベースの送信を内部カウンタで間引き） 4. runControlMode()（モードに応じた制御実行） 5. protect()（保護判定） 6. waitForNextMainCycle()（次周期待ち）

runControlMode と状態管理

runControlMode() は control_mode.c に実装し、次の2段で動作する。 - getControlMode(): - fault_mode フラグ - 起動中フラグ sys.is_starting_mode - 校正カウンタ enc_calib_cnt / motor_calib_cnt - フリーウィール状態 sys.free_wheel_cnt を参照してモードを決定する。 - モードに応じたディスパッチ: - CONTROL_MODE_RUN / CONTROL_MODE_FREEWHEEL / CONTROL_MODE_STARTUP / CONTROL_MODE_FAULT -> runMode() - CONTROL_MODE_ENCODER_CALIB -> encoderCalibrationMode() - CONTROL_MODE_MOTOR_CALIB -> motorCalibrationMode()

定義済みモード: - CONTROL_MODE_STARTUP - CONTROL_MODE_RUN - CONTROL_MODE_ENCODER_CALIB - CONTROL_MODE_MOTOR_CALIB - CONTROL_MODE_FREEWHEEL - CONTROL_MODE_FAULT

キャリブレーション段階

calib_process.motor_calib_mode は motor_calib_stage_t で管理する。 - MOTOR_CALIB_STAGE_INIT - MOTOR_CALIB_STAGE_LOW_CW - MOTOR_CALIB_STAGE_LOW_CCW - MOTOR_CALIB_STAGE_HIGH_CW - MOTOR_CALIB_STAGE_HIGH_CCW

従来の数値ステップを enum に置き換えて、状態遷移の意図を明確化している。

キャリブレーション手順

UART c、CAN 0x310、起動時SW4で全キャリブレーションを開始する。校正中はCAN速度指令を無視し、エンコーダ校正が完了してから速度係数校正へ自動で進む。

UART m は速度係数校正だけを開始する。既存のFlash上のエンコーダゼロ角を維持し、+3V, -3V, +5V, -5V の速度係数測定だけを実行する。ゼロ電気角校正をやり直したくない実機確認では m を使う。

ゼロ電気角校正は dev/simple_foc ブランチで実機精度が良かった多点固定角方式を使う。 - 固定電気角は 6点/電気周期 * 12極対 = 72点。 - 正順と逆順の2パスを測定する。 - 各点は250ms整定、100msサンプル。 - 各点で fixed_angle - encoder_electrical_angle を計算し、sin/cosの円周平均でゼロ角を求める。 - 2パス目では正順とのヒステリシスを計算し、8degを超える点はゼロ角平均から除外する。 - 完了時に enc_offset[].zero_calib とFlashのエンコーダ校正値を更新する。

校正ログは1kHz側のステージ完了時に出す。代表ログは次の形式である。

enc cal start points 72 pass 2 settle 250 sample 100 voltage_mV +2000
cal enc p0 i00 raw 12345/23456 zero_mdeg +5796/+3067
cal enc p1 i00 raw 12340/23460 zero_mdeg +5797/+3068 hyst +1/+1 used 03
enc cal M0 zero_mrad +5796 pairs used/rej 72/0 hyst_mdeg avg/max +1/+4 samples 14400
enc cal done zero +5796/+3067 mrad

速度係数校正は従来どおり +3V, -3V, +5V, -5V の順にM0/M1同時に測定し、5V正転側の rps_per_v をFlashへ保存する。モーター校正中のFOC電圧上限は固定5Vとし、未校正Flash値から計算される通常運転用 output_voltage_limit は使用しない。これにより、初回起動時にFlashのモーター係数が消去値（floatではNaN）でも校正電圧を正常に出力する。ゼロ電気角の精度を優先するため、速度係数校正の最後にCW/CCW速度差からエンコーダオフセットを再補正する処理は行わない。

設計ルール

  • ISR と 1kHz ループの fast path では分岐/処理を増やしすぎない。
  • ロジック変更を伴う最適化は、必ず計測値（周期余裕・CPU負荷）で確認する。
  • 共有状態は app_context.h 経由で参照し、extern の散在を防ぐ。
  • モードや校正段階は enum で明示する。

現行の出力制御経路

通常走行時の出力制御は、次の順に処理する。

cmd.speed
  -> speedToOutputVoltage()
  -> cmd.out_v
  -> cmd.out_v_final
  -> focControlApplyVoltage()
  -> raw- + zero_calib + manual_offset + pi/2 + phase_advance
  -> voltage-FOC / SinePWM
  -> PWM CCR

motor.c は速度指令から出力電圧を作る。foc_control.c はMT6835 raw、エンコーダゼロ角、手動オフセット、q軸補正、位相進角からFOC電気角を作り、foc_driver_hal.c 経由で三相PWM CCRへ反映する。

FOCの角度規約は raw- + zero + manual + pi/2、トルク方向係数は -1.0 に固定する。正逆転は Uq 符号で表し、旧実装の ROTATION_OFFSET_RADIAN = 2.00rad は通常RUNと速度係数校正では使わない。周期ログでは手動オフセットとFOC q軸補正 FocAxis を出力する。

FOC/SinePWM経路

dev/simple_foc ブランチの実装を参考に、SimpleFOC相当の電圧FOC計算をCで追加した。通常RUN、FOC診断、速度係数校正は共通の foc_control.c を使う。

  • Core/Src/foc_math.c: 角度正規化、電気角計算、逆Park/Clarke、相電圧からPWM CCRへの変換。
  • Core/Src/foc_driver_hal.c: FOC計算結果をTIM1/TIM8 CCRへ反映するHALブリッジ。
  • runStartupSequence() で focMathInit() を呼ぶ。ただし現ブランチではRAM節約のためFOC専用sinテーブルは持たず、診断用として sinf() / cosf() を直接使う。

FOCの三相出力はlegacy PWMと同じ相順に合わせる。legacyは A=sin(angle)、B=sin(angle+120deg)、C=sin(angle+240deg) の順でCCRへ入れているため、FOC側の逆ClarkeもB/Cをlegacy相順に合わせる。標準的なClarke表記のままB/Cを逆にすると、実機配線に対して電圧ベクトルの回転方向が反転し、Uq指令で回転せずロックする可能性がある。

UART v でFOC角度状態を出力する。これはPWM出力を変更せず、現在のエンコーダraw、raw+、raw-、zero_calib、legacy角、FOCで使う基準角、進角適用後の角度、速度指令、実速度、Uq 符号をログ出力する。シミュレーションでFOC計算式と候補規約の比較は済んだため、FW側では実行時に実際に使う raw- + zero + manual_offset 規約の確認に絞る。

進角ログでは advM が速度比例モデル由来、advT がUART調整トリム、advU が回転方向の符号まで含めて実際に電気角へ加えた値である。進角調整では同じ速度指令・同じ出力電圧で RPS が上がり、電流と Eff が悪化しない方向を探す。

v 診断はSPI更新を行わない。TIM割り込み側が更新済みの mt6835[] 値を、短時間だけ割り込み禁止してローカルへコピーし、そのスナップショットから計算する。これにより、回転中にUART診断を実行してもMT6835のSPIアクセス所有者をTIM割り込み側に一本化する。

回転中に1kHzメインループを止めると、calcMotorSpeed() が1ms前提でraw差分をRPS換算するため、正常回転でも速度異常になる。v 診断では HAL_Delay() を使わず、スナップショットだけを出力する。

UART V でFOC診断モードを開始/停止する。開始時は速度指令を0にし、PWMを有効化する。既存の w / s で速度指令を増減すると、1kHz側で速度-電圧変換を行った後、FOC診断用に +/-2.0V へ制限した Uq をTIM割り込み側でSinePWM出力する。

FOC診断モードでは、TIM割り込み内でMT6835 rawから raw- 電気角を作り、enc_offset.zero_calib + manual_offset を加えた角度を基準にする。実機確認とシミュレーションの結果から角度規約は raw- + zero、トルク方向係数は -1.0 に固定する。FOCのトルク軸補正はlegacyの ROTATION_OFFSET_RADIAN = 2.00rad を流用せず、正逆共通の pi/2 rad とする。これにより、回転方向は Uq 符号で表し、角度補正はq軸への固定変換として扱う。候補比較用だった B/X/Z/T/Y/H コマンドは削除し、誤操作で規約を変えられないようにする。

FOC診断モードでは、実機調整に基づく速度比例の位相進角モデル +0.00610865238 rad/rps（約 0.35deg/rps）を入れる。実際に電気角へ加える進角は、速度指令の符号に応じて反転する。進角はモーター損失が増えすぎない範囲に抑えるため 20deg で制限する。UART [ / ] で位相進角トリムを 1deg ずつ、{ / } で 0.1deg ずつ調整し、P でトリムを0へ戻す。10/20/30/40rpsの実機確認では、旧モデル相当より正方向の進角でCS電流が下がり、40rpsでも +12deg 前後の実適用進角で停止せず回転したため、最大効率点を追い込まず内側の値としてこの係数を使う。

30kHz/96MHzオーバークロック設定へ移行した後の再調整では、20rps相当指令と40rps相当指令のどちらも追加トリム 0deg 近傍が最小電流になった。1deg刻みでは、20rps相当は trim 0deg で Avg +0.082/+0.090、40rps相当は trim 0deg で Avg +0.190/+0.197 程度で、正負どちらへ1deg以上動かしても同等または悪化した。0.1deg刻みの再確認では、20rps相当は -0.2..+0.5deg が測定ノイズ内でほぼ同等、40rps相当は +0.5deg が Avg +0.190/+0.193 で最小だったが、0deg との差は約 0.004 と小さい。したがって30kHz条件では現行の速度比例モデルをそのまま使い、通常運用時のトリムは 0deg とする。

UART n は通常RUN復帰コマンドとして、キャリブレーション状態、速度指令、出力電圧、手動オフセット、freewheel、ゼロ出力スリープを解除し、PWMを再開する。FOC診断停止後はfreewheelカウンタが残るため、進角調整などで通常RUNへ戻す場合は n を使う。

FOCシミュレーション

実機だけでFOCの角度規約や速度依存の崩れを切り分けるのは難しいため、sim/ にPC用の簡易BLDC + エンコーダシミュレータを置く。最初の目的は高精度なモータ同定ではなく、FOC数式、三相電圧、エンコーダraw、ゼロ角規約、位相進角の関係を確認することである。

sim/bldc_sim.py は、既存 foc_math.c と同じ逆Park/Clarke式で Uq/Ud から三相電圧を作り、実ロータ電気角でdq変換し直した uq_effective をトルク相当値として簡易機械モデルへ入力する。エンコーダは機械角から、ドライバがMT6835の21bit角度を読み出し時に反転した後と同じ 0..2097151 の制御用raw値を生成する。

実行例:

powershell -ExecutionPolicy Bypass -File .\Script\run_sim.ps1 -SelfTest
powershell -ExecutionPolicy Bypass -File .\Script\run_sim.ps1 -Scenario conventions
powershell -ExecutionPolicy Bypass -File .\Script\run_sim.ps1 -Scenario step -AngleMode raw_neg_add -OutputCsv sim\out\step_raw_neg_add.csv
powershell -ExecutionPolicy Bypass -File .\Script\run_sim.ps1 -Scenario snapshot -Raw 5108 -Zero 4.796 -LegacyElec 5.202 -UqV -2.0 -BatteryV 25.7

角度モードは raw_pos_add、raw_pos_sub、raw_neg_add、raw_neg_sub、legacy を比較できる。CSVには time_s、実機械角、実電気角、エンコーダraw、指令電気角、速度、uq_cmd_v、ud_eff_v、uq_eff_v、三相電圧を出す。実機投入前に、正しい規約で uq_eff が期待方向に出ること、誤った規約でトルクが落ちること、位相進角トリムで傾向が変わることを確認する。

snapshot シナリオは実機の [FOC CHECK] ログを入力し、各角度規約の指令電気角、legacy角との差分、CCR候補を出す。-ActualElec を指定した場合は、その実ロータ電気角に対する ud_eff / uq_eff も出力する。実機ログとシミュレータの角度候補が一致することを先に確認してから、機械モデルのステップ応答へ進む。

シミュレーション環境は、実機ではマイコンの制約でデバッグ機能を使いにくく、実時間でしか動作しない問題を回避するためのものとして扱う。そのため、FOC数式だけでなく、モータのdq電気モデル、機械慣性・摩擦・負荷、エンコーダraw量子化・遅延、将来的には30kHz ISR/1kHz main loopの周期差も模擬する。-Model simple は符号と角度規約の確認用、-Model dq は電流応答、逆起電力、位相進角不足の確認用である。

dqモデルのモーター定数は、MAD MOTOR 4006の200kVカスタムモデル相当を初期値にする。公開されているMAD 4006 EEE標準モデルは320kV/380kV/740kVであり、200kVモデルの抵抗・インダクタンスは公開値として確認できない。そのため、抵抗はMAD 4006 EEE 320kVの相間抵抗 280mohm を基準に、相抵抗化と巻数二乗比例で 0.3584ohm とする。インダクタンスはMAD 4006標準モデルの公開値が見つからないため、既存シミュレータの標準値 80uH を320kV標準相当の仮定値として扱い、巻数二乗比例で Ld = Lq = 204.8uH と推定する。永久磁石鎖交磁束は200kVから Kt = 60 / (2*pi*Kv) を求め、psi_f = Kt / (1.5*pole_pairs) = 0.00265Wb とする。これらは初期推定値であり、実測できた場合は R/L/psi_f を優先して更新する。

機械慣性の初期値は、直径10cm、質量1kgの中実円柱が回転軸まわりに回る負荷を想定し、J = 1/2*m*r^2 = 1.25e-3 kg m^2 とする。

-Scenario realtime では30kHz ISR、1kHz main loop、M0/M1交互PWM更新、PWM出力保持、エンコーダ遅延を模擬する。実機と同じく、片側のモーターは毎ISRではPWM更新されず、前回の三相電圧を保持したまま機械・電気モデルが進む。更新順やセンサ遅延の影響を見る場合はこのシナリオを使う。

GUIで操作する場合は Script/run_sim_gui.ps1 を使う。GUIはTkinterで実装し、CLIと同じ bldc_sim.py のシナリオ関数を呼び出す。GUI上で条件を変えて実行し、必要に応じてCSV保存やCLIコマンドコピーで再現条件を残す。step / realtime では速度、uq_eff、iq、トルクの時系列プロットを同時表示し、M0/M1の表示対象を切り替えられる。dq軸上の Id/Iq 電流ベクトルに加えて、機械角と実ロータ電気角を円上のベクトルとして表示する。

GUIの Live Start は、実機30kHz ISR相当の 33.3us ステップをGUI上で進める。Live speed % はシミュレーション時間が実時間に対して何%で進むかを指定する値で、初期値は 0.1% である。低速ではGUI tick間隔を伸ばし、高速では1回のGUI tickで複数のステップをまとめて進める。ライブ実行中もGUI入力値を読み直すため、速度指令、角度規約、ゼロ角、エンコーダ遅延、位相トリム、再生速度を変更しながら回転、電流、dqベクトルの変化を確認できる。

シミュレータの動作確認は、-Model dq、MAD MOTOR 4006 200kV推定モデル、-BatteryV 24、-AngleMode raw_neg_add、-Zero 0、-EncoderDirection -1、-EncoderDelaySteps 1、-PhaseTrimDeg 0 を標準条件にする。まず ±5rps と ±20rps で正逆差とM0/M1差を見て、次に角度規約、エンコーダ遅延、位相進角トリムを個別に振る。確認対象は speed_rps、theta_mech_rad、theta_elec_actual_rad、Id/Iq、uq_eff_v、torque_nm である。GUIではdq電流ベクトルと機械角/電気角ベクトルを合わせて見て、角度遅れ、逆起電力、Id 増加の関係を確認する。ゼロ角誤差は標準条件へ混ぜず、-Zero 0.1、0.5、1.2 などを指定する感度試験として別枠で扱う。再現条件を残す場合はCSV出力付きCLIを使い、代表例として rt_raw_neg_add_z0_p5/m5/p20/m20.csv を保存する。

クロック設定

本ブランチでは常温評価用のオーバークロック設定として、HSE 8MHzからPLL x12でSYSCLK/HCLKを96MHzにする。APB1は24MHz、APB2は48MHzで動作させる。USART1はAPB2由来の2Mbpsで、APB2=48MHzでは分周が整数になりやすい。

TIM1/TIM8はHCLKをクロック源にし、Prescaler=1、Period=1600、TIM_PWM_CENTER=800 とする。これによりPWM/制御割り込みは30kHzになり、M0/M1を交互に更新するため各モーターのFOC更新は15kHzになる。1kHzメインループの基準は INTERRUPT_KHZ_1MS=30 とする。キャリブレーションのISRカウント値は20kHz時の実時間を維持するため1.5倍へ補正する。

SPI1はAPB2=48MHz、Prescaler=/4により12MHzで動作する。MT6835のSPI上限25MHz以内であり、Mode 3、8bitデータサイズ、MSB firstで使用する。1回の角度更新はburst command 2byteと角度/status/CRC 4byteの計6byteである。

ADC34の非同期クロックはPLL直結を避け、PLL/2の48MHzにする。ADC½は従来通りPCLK同期/2で動作するため、APB2=48MHzでは24MHzになる。

CANはAPB1=24MHzに合わせ、Prescaler=3、BS1=5TQ、BS2=2TQ、SJW=1TQで1Mbpsにする。旧72MHz設定はAPB1=36MHz、Prescaler=4、BS1=4TQ、BS2=4TQで1Mbpsだったため、CAN設定を戻すと96MHz設定では約667kbpsへ落ちる。

TIM割り込み高速化

30kHz制御周期への移行を見据え、TIM割り込み内の処理はHAL呼び出しを避ける。ADC injected結果は JDRx を直接読み、次回変換開始は ISR のJEOC/JEOSをクリアして CR.JADSTART を立てる。電流値は毎割り込み更新するが、温度、バッテリ電圧、ゲートドライバ電圧は ADC_SLOW_SAMPLE_INTERVAL=8 で間引いてコピーし、電圧換算値はキャッシュする。

通常FOC出力は ud=0 の電圧FOC専用パスを使う。汎用の相電圧構造体生成と角度正規化を通さず、uq、電気角、バッテリ電圧からPWM比較値を直接作る。fast_sin() は負角でもテーブルmaskで折り返せる実装にし、通常制御では focNormalizeAngle() を避ける。

MT6835の角度差ピーク記録は診断用であり、通常の速度計算には使わない。割り込み負荷を下げるため、diff_enc は毎回更新しつつ、diff_min/max のabs比較は16回に1回へ間引く。

診断と安全チェック

UART i で非回転I/Oチェックを実行する。実行時は速度指令と出力電圧を0にし、PWMをフリーウィールへ落としてから、スイッチ、ADC raw/換算値、MT6835 raw/status/CRC、PWM CCR/CCER/BDTR、CAN/Flash状態を出力する。実機で回転指令を入れる前のベンチ確認に使う。

UART出力関数 p() は vsnprintf() でバッファ境界を確認する。キャリブレーションやI/Oチェックの連続ログでUART DMA用バッファを壊さないことを優先する。

UARTログはUSART1 TX DMAの二重バッファで送る。送信完了割り込みと p() が重なった場合でも、DMA送信を開始する経路では必ず対応する sending_first_buf / sending_second_buf を立て、送信長はローカルへ退避してからバッファ長を0へ戻す。フラグと実DMA送信状態がずれると、次のログが送信中バッファへ追記され、改行欠落や行連結のような壊れ方になるため、この順序を崩さない。

電流検出は getCurrentMotor() が従来通り瞬時値を返し、過電流保護や起動時チェックはこの値を使う。効率計算や調整ログ用には getCurrentMotorAverage() を追加し、ADC更新時に alpha=0.001 のIIR平均を更新する。通常ログの CS は瞬時値、Avg はノイズを落とした平均値である。平均値は診断用途であり、保護判定へは使わない。

MT6835は通常角度更新と診断更新のどちらもCRC付きburst readを使う。診断読み出し中は短時間だけ割り込みを止め、PWM ISR側のSPIアクセスと競合しないようにする。last_frame、受信CRC、計算CRC、status、CRCエラー数、statusエラー数、低電圧数を保持する。CRC不一致またはstatus非ゼロ時は角度を更新せず、直前の正常値を維持する。連続異常が30回に達した場合は BLDC_ENC_ERROR で保護停止する。

MT6835エンコーダ

  • AS5047Pと同じSPI1配線（SCK/MISO/MOSIおよびM0/M1個別CS）へ接続する。通信プロトコルは互換ではないため、AS5047Pを同じSPIバスへ混在させない。
  • CSはPB7がM0、PB6がM1で、非選択時High、選択時Lowとする。
  • burst readはcommand 0xA0、開始レジスタ0x03を送信し、21bit角度、3bit status、CRC-8を受信する。
  • CRC-8は多項式 x^8 + x^2 + x + 1（poly 0x07）、初期値0x00で、角度/statusの3byteを対象とする。
  • 21bit角度は読み出し時に反転し、既存AS5047Pと同じ回転方向の0..2097151制御用rawとして使う。速度、CAN角度、FOC角度の符号規約は従来と同じである。
  • CAN角度は旧AS5047Pとの数値互換性を保つため、送信時だけ21bit rawを14bitへ量子化して2bit左シフトし、従来通り legacy_raw * 2 * pi / 65535 でラジアンへ変換する。FOCと速度計算はMT6835の21bit精度を維持する。エンコーダ交換による絶対角度の原点差は補正しない。
  • status bitはbit0=過速度、bit1=磁界弱、bit2=電源低電圧として保持する。status非ゼロ時は角度更新を拒否し、連続異常が30回に達した場合は保護停止する。
  • センサ交換後はエンコーダゼロ角が変わるため、回転指令を入れる前にUART i でraw変化、CRCエラー0、status 0を確認し、その後エンコーダ校正を再実行する。

電流センス安全確認の isNotZeroCurrent() はM0/M1の両方を見る。温度はADC rawから直接返さず、有効範囲内の値だけを一次ローパスに通したフィルタ値を getTempFET() / getTempMotor() で返す。

改善項目（完了）

  1. ファイル分割（通信・起動・診断） - comms.c, startup_sequence.c, diagnostics.c を追加。 - main.c から該当ロジックを移設。

  2. 状態管理の明示化 - control_mode_t を拡張（startup/run/enc_calib/motor_calib/freewheel/fault）。 - Fault 状態を setFaultMode() で明示的に遷移。

  3. キャリブレーション段階の明示化 - motor_calib_stage_t を導入。 - motor_calib_mode のマジックナンバーを段階 enum に置換。

  4. 共有依存の整理 - Core/Inc/app_context.h へ共有変数宣言を集約。 - calibration/protect/control_mode/comms/startup/diagnostics で利用。

  5. 文字化けコメント修正 - main.c, calibration.c, doc/overview.md の文字化けを解消。

ビルド手順（CLI）

前提

  • STM32CubeIDE 1.17.0 がインストール済み。
  • GNU Tools for STM32 が利用可能。

Debug

cd Debug
& "C:\ST\STM32CubeIDE_1.17.0\STM32CubeIDE\plugins\com.st.stm32cube.ide.mcu.externaltools.make.win32_2.2.0.202409170845\tools\bin\make.exe" -B -j4 all

Release

cd Release
& "C:\ST\STM32CubeIDE_1.17.0\STM32CubeIDE\plugins\com.st.stm32cube.ide.mcu.externaltools.make.win32_2.2.0.202409170845\tools\bin\make.exe" -B -j4 all

書き込み手順（CLI）

接続確認

& "C:\ST\STM32CubeCLT_1.21.0\STM32CubeProgrammer\bin\STM32_Programmer_CLI.exe" -l stlink
& "C:\ST\STM32CubeCLT_1.21.0\STM32CubeProgrammer\bin\STM32_Programmer_CLI.exe" -c port=SWD mode=UR -rst

Debugを書き込み

& "C:\ST\STM32CubeCLT_1.21.0\STM32CubeProgrammer\bin\STM32_Programmer_CLI.exe" -c port=SWD mode=UR -w "Debug\Orion_F303_BLDC.elf" -v -rst

Releaseを書き込み

& "C:\ST\STM32CubeCLT_1.21.0\STM32CubeProgrammer\bin\STM32_Programmer_CLI.exe" -c port=SWD mode=UR -w "Release\Orion_F303_BLDC.elf" -v -rst

補足

  • mode=UR は Under Reset 接続。起動直後にSWDが不安定な場合に有効。
  • -v は書き込み後ベリファイ。
  • -rst は書き込み後にリセットを実行。

スクリプト

Script 配下に、ビルドと書き込みをまとめた PowerShell スクリプトを配置している。

ビルド

powershell -ExecutionPolicy Bypass -File .\Script\build.ps1 -Configuration Debug
powershell -ExecutionPolicy Bypass -File .\Script\build.ps1 -Configuration Release -Rebuild

接続確認

powershell -ExecutionPolicy Bypass -File .\Script\flash.ps1 -List
powershell -ExecutionPolicy Bypass -File .\Script\flash.ps1 -ConnectOnly

書き込み

powershell -ExecutionPolicy Bypass -File .\Script\flash.ps1 -Configuration Debug
powershell -ExecutionPolicy Bypass -File .\Script\flash.ps1 -Configuration Release

ビルドしてから書き込み

powershell -ExecutionPolicy Bypass -File .\Script\build_and_flash.ps1 -Configuration Debug
powershell -ExecutionPolicy Bypass -File .\Script\build_and_flash.ps1 -Configuration Release -Rebuild

UARTログ受信

powershell -ExecutionPolicy Bypass -File .\Script\monitor_uart.ps1
powershell -ExecutionPolicy Bypass -File .\Script\monitor_uart.ps1 -Port COM60 -BaudRate 2000000 -DurationSec 5
powershell -ExecutionPolicy Bypass -File .\Script\monitor_uart.ps1 -Port COM60 -BaudRate 2000000 -MaxLines 100 -LogPath .\uart_log.txt

出力成果物

  • Orion_F303_BLDC.elf
  • Orion_F303_BLDC.map
  • Orion_F303_BLDC.list

注意点

  • リンカの RWX 警告は現行リンカ設定由来で、今回のリファクタリング由来ではない。
  • 実機評価では、起動シーケンス・校正シーケンス・保護動作・通信周期を必ず回帰確認する。

参考ドキュメント

  • ハードウェア仕様（コード推定）: doc/hardware_spec.md