# 上位机通信协议指南

## 串口配置

| 参数 | 值 |
|---|---|
| 波特率 | 115200 |
| 数据位 | 8 |
| 停止位 | 1 |
| 校验位 | None |

## 帧格式总览

所有帧通过帧头 (SOF) 区分类型，checksum = 帧头到数据末尾前一字节的所有字节累加和取低 8 位。

| 帧头 | 长度 | 用途 |
|---|---|---|
| 0xA5 | 10 | 自动/视觉追踪数据 |
| 0xA6 | 11 | 手动控制数据 |
| 0xA7 | 3 | 命令 |
| 0xA8 | 50 | 调试调参数据 |

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## 1. 自动/视觉追踪数据帧 0xA5 (10 字节)

**用途**: 视觉识别完成后持续发送跟踪误差。

```
[SOF:0xA5][error_x:4][error_y:4][checksum:1]
```

| 偏移 | 长度 | 类型 | 含义 |
|---|---|---|---|
| 0 | 1 | uint8 | 帧头 0xA5 |
| 1 | 4 | float | 归一化 X 轴误差 |
| 5 | 4 | float | 归一化 Y 轴误差 |
| 9 | 1 | uint8 | checksum |

**Python 写入示例**:

```python
import struct

def send_auto_tracking(ser, error_x: float, error_y: float):
    data = bytearray()
    data.append(0xA5)
    data.extend(struct.pack('<ff', error_x, error_y))
    checksum = sum(data) & 0xFF
    data.append(checksum)
    ser.write(data)
```

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## 2. 手动控制数据帧 0xA6 (11 字节)

**用途**: 手动模式下发送角速度目标值。

```
[SOF:0xA6][zero_force:1][yaw_velocity:4][pitch_velocity:4][checksum:1]
```

| 偏移 | 长度 | 类型 | 含义 |
|---|---|---|---|
| 0 | 1 | uint8 | 帧头 0xA6 |
| 1 | 1 | uint8 | 零力标志 (0=正常, 1=零力) |
| 2 | 4 | float | Yaw 角速度 (degrees/s) |
| 6 | 4 | float | Pitch 角速度 (degrees/s) |
| 10 | 1 | uint8 | checksum |

**Python 写入示例**:

```python
def send_manual_control(ser, yaw_deg_per_s: float, pitch_deg_per_s: float, zero_force: int = 0):
    data = bytearray()
    data.append(0xA6)
    data.append(0 if zero_force else 0)
    data.extend(struct.pack('<ff', yaw_deg_per_s, pitch_deg_per_s))
    checksum = sum(data) & 0xFF
    data.append(checksum)
    ser.write(data)
```

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## 3. 命令帧 0xA7 (3 字节)

**用途**: 切换模式和控制激光。

```
[SOF:0xA7][cmd:1][checksum:1]
```

| cmd 值 | 含义 |
|---|---|
| 0x01 | 切换到自动/视觉追踪模式 |
| 0x02 | 切换到手动模式 |
| 0x05 | 切换到调试模式 (失能所有电机) |
| 0x03 | 激光开 |
| 0x04 | 激光关 |

**Python 写入示例**:

```python
CMD_AUTO  = 0x01
CMD_MANUAL = 0x02
CMD_LASER_ON  = 0x03
CMD_LASER_OFF = 0x04
CMD_DEBUG = 0x05

def send_command(ser, cmd: int):
    data = bytearray([0xA7, cmd])
    checksum = sum(data) & 0xFF
    data.append(checksum)
    ser.write(data)
```

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## 4. 调试调参帧 0xA8 (50 字节)

**用途**: 在调试模式下发送 PID 参数进行调参。发送后固件会立即生效。

```
[SOF:0xA8]
[vision_yaw_Kp:4][vision_yaw_Ki:4][vision_yaw_Kd:4]
[vision_pitch_Kp:4][vision_pitch_Ki:4][vision_pitch_Kd:4]
[motor_yaw_Kp:4][motor_yaw_Ki:4][motor_yaw_Kd:4]
[motor_pitch_Kp:4][motor_pitch_Ki:4][motor_pitch_Kd:4]
[checksum:1]
```

| 偏移 | 长度 | 类型 | 含义 |
|---|---|---|---|
| 0 | 1 | uint8 | 帧头 0xA8 |
| 1 | 4 | float | 视觉环 Yaw Kp |
| 5 | 4 | float | 视觉环 Yaw Ki |
| 9 | 4 | float | 视觉环 Yaw Kd |
| 13 | 4 | float | 视觉环 Pitch Kp |
| 17 | 4 | float | 视觉环 Pitch Ki |
| 21 | 4 | float | 视觉环 Pitch Kd |
| 25 | 4 | float | 电机角度环 Yaw Kp |
| 29 | 4 | float | 电机角度环 Yaw Ki |
| 33 | 4 | float | 电机角度环 Yaw Kd |
| 37 | 4 | float | 电机角度环 Pitch Kp |
| 41 | 4 | float | 电机角度环 Pitch Ki |
| 45 | 4 | float | 电机角度环 Pitch Kd |
| 49 | 1 | uint8 | checksum |

**Python 写入示例**:

```python
def send_debug_tune(ser,
                    v_yaw_kp, v_yaw_ki, v_yaw_kd,
                    v_pitch_kp, v_pitch_ki, v_pitch_kd,
                    m_yaw_kp, m_yaw_ki, m_yaw_kd,
                    m_pitch_kp, m_pitch_ki, m_pitch_kd):
    data = bytearray()
    data.append(0xA8)
    data.extend(struct.pack('<fff', v_yaw_kp, v_yaw_ki, v_yaw_kd))
    data.extend(struct.pack('<fff', v_pitch_kp, v_pitch_ki, v_pitch_kd))
    data.extend(struct.pack('<fff', m_yaw_kp, m_yaw_ki, m_yaw_kd))
    data.extend(struct.pack('<fff', m_pitch_kp, m_pitch_ki, m_pitch_kd))
    checksum = sum(data) & 0xFF
    data.append(checksum)
    ser.write(data)
```

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## 调试流程

1. 上位机发送命令帧 (0xA7, cmd=0x05) 切换到调试模式
2. 固件收到后失能 yaw 和 pitch 电机，日志指示进入调试模式
3. 通过 0xA8 帧写入 PID 参数，参数会**实时生效**：
   - 视觉环 PID → 直接写入选中的视觉 PID 实例
   - 电机角度环 PID → 通过话题推送到 gimbal 更新电机角度 PID
4. 调试完毕后，发送命令帧 (0xA7, cmd=0x02 手动 或 0x01 自动) 切出调试模式，电机会自动使能

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## 校验和计算

```python
def calc_checksum(data: bytes) -> int:
    return sum(data) & 0xFF  # 所有字节累加取低 8 位
```

校验和覆盖范围：**帧头到数据末尾前一字节**的全部字节。接收端在收到数据后也应计算并比对校验和。