origincar_controller/doc/uart_protocol_v2_timestamp.md

下位机 UART 发送协议 v2（带采样时间戳）

本文件描述 STM32 下位机通过 USART3（ROS 口，波特率 921600） 周期发送给上位机的 传感器数据帧格式。v2 在原 24 字节帧的基础上，于帧尾追加了会话 ID 与两个采样 时间戳字段，用于上位机做 IMU / 轮速 / 雷达的时间对齐。

• 对应源码：HARDWARE/usartx.c、HARDWARE/usartx.h
• 时间源实现：HARDWARE/timer.c 的 TIM7_Init() / mcu_time_us()
• 设计背景与总体原则见 时间戳.md

1. 帧总览

项目	值
帧头 FRAME_HEADER	0x7B
帧尾 FRAME_TAIL	0x7D
帧长 SEND_DATA_SIZE	44 字节（v1 为 24 字节）
发送周期	200 Hz（data_task，USART3 非阻塞 DMA 发送）
字节序	多字节字段一律 大端（高字节在前）
校验	单字节 XOR，覆盖 byte 0..41

设计约束：byte 0..21 与 v1 完全一致，新增字段全部放在校验位之前的尾部， 使只读取旧字段的解析器仍然兼容。

2. 字节布局

偏移	长度	字段	类型	说明
0	1	Frame_Header	u8	帧头 0x7B
1	1	Flag_Stop	u8	软件失能标志（1=停车）
2	2	X_speed	int16	X 轴线速度，单位 mm/s，大端
4	2	Y_speed	int16	Y 轴线速度，单位 mm/s，大端
6	2	Z_speed	int16	Z 轴角速度，单位 mm/s（等效），大端
8	2	Accel_X	int16	加速度计 X（ROS 坐标），大端
10	2	Accel_Y	int16	加速度计 Y（ROS 坐标），大端
12	2	Accel_Z	int16	加速度计 Z（ROS 坐标），大端
14	2	Gyro_X	int16	陀螺仪 X（ROS 坐标），大端
16	2	Gyro_Y	int16	陀螺仪 Y（ROS 坐标），大端
18	2	Gyro_Z	int16	陀螺仪 Z（ROS 坐标），大端
20	2	Power_Voltage	int16	电池电压×1000，大端
22	4	session_id	uint32	本次 MCU 启动会话 ID，大端
26	8	speed_sample_time_us	uint64	编码器采样时刻（μs），大端
34	8	imu_sample_time_us	uint64	IMU 采样时刻（μs），大端
42	1	Checksum	u8	byte 0..41 的 XOR
43	1	Frame_Tail	u8	帧尾 0x7D

加粗行为 v2 相对 v1 的新增字段。

3. 时间源

时间戳由自由运行的 TIM7 提供，见 HARDWARE/timer.c：

• TIM7 挂在 APB1，定时器时钟 84 MHz，预分频 84 → 1 MHz 计数（1 tick = 1 μs）。
• 16 位计数器每 65.536 ms 回绕一次，更新中断把高 32 位软件计数 g_time_high 加一。
• mcu_time_us() 返回 (g_time_high << 16) | CNT，即自上电以来的单调递增微秒数， 可用位宽 48 位（约 8.9 年不回绕）。
• TIM2~TIM5 被四路编码器占用、TIM8 被航模遥控输入捕获占用，故选空闲的 TIM7。
• TIM7 更新中断优先级设为 5（数值大于 configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY 对应的抢占门限），ISR 内只做自增，不调用任何 FreeRTOS API。

注意：mcu_time_us() 只增不减，绝不因校时而跳变。上位机负责维护 T_host = a·t_mcu + b 的时钟映射（见 时间戳.md 第 7、8 节）。

4. 两个时间戳分别打在哪里

v1 只有"发送时刻"隐含语义，无法表达 IMU（100 Hz）与轮速（200 Hz）是异步采集的。 v2 在各自真实采样点打点，写入全局变量，data_transition() 打包时快照：

时间戳	打点位置	采样率
speed_sample_time_us	balance.c Get_Velocity_Form_Encoder() 读编码器锁存计数器的瞬间	200 Hz
imu_sample_time_us	MPU6050.c MPU6050_task I2C 读取前	100 Hz

因此一帧内同时带两个时间戳：上位机应把加速度/角速度对齐到 imu_sample_time_us， 把 X/Y/Z 速度对齐到 speed_sample_time_us，而不是共用一个发送时刻。

IMU 打点在 I2C 突发读取之前，是在没有 DRDY（数据就绪）中断条件下能取到的、 最接近物理采样的时刻。若日后接入 MPU 的 DRDY 引脚中断，可把打点移到中断里进一步减小抖动。

5. session_id

• 定义在 usartx.c：g_session_id。
• 当前实现为固定值 0xA5A5A5A5。
• 用途：上位机据此判断下位机是否重启过（重启后 mcu_time_us() 从 0 重新计时， 时钟映射 a, b 必须重新拟合）。
• 待办：如需真正区分每次上电，应在启动时用熵源（如未初始化 RAM、启动 tick 等） 生成一次性随机值。当前固定值只能表明"协议版本一致"，不能区分不同启动会话。

6. 校验与解析建议

• 校验位 buffer[42] = XOR(buffer[0..41])，与 v1 的计算方式相同，只是范围从 22 扩到 42。
• 上位机解析步骤：
  1. 同步帧头 0x7B；
  2. 读满 44 字节；
  3. 校验 buffer[43] == 0x7D 且 XOR(buffer[0..41]) == buffer[42]；
  4. 按上表大端解出各字段。
• 多字节字段务必按大端手动组装，不要直接 memcpy 结构体（编译器填充/对齐/端序差异）。

7. 其他发送通道

通道	现状
USART3（ROS 主口，DMA）	已用 SEND_DATA_SIZE，自动发送完整 44 字节
USART1 / USART5	已改用 SEND_DATA_SIZE，发送完整 44 字节
CAN	当前未被调用；CAN_SEND() 仍按 8×3=24 字节分包，不含时间戳字段。如需经 CAN 传时间戳需另行扩展分包

8. 上位机适配提醒

USART3 收到的帧已从 24 字节变为 44 字节。上位机（ROS 端）解析代码必须同步更新： 帧长、校验范围、以及尾部三个新字段的读取。否则会因帧长不符导致解析错位。