电鱼智能 AM3354 驱动巡检履带机器人的高可靠运动底盘控制

什么是电鱼智能 AM3354？

电鱼智能 AM3354是一款经典的工业级核心板，搭载 TI Sitara AM335x 处理器。它最大的杀手锏不是 CPU 主频，而是内置了2 个 PRU-ICSS（可编程实时单元）。这两个 200MHz 的 RISC 核心独立于主 CPU 运行，拥有自己的指令集和 I/O 接口，能够以5ns的精度直接控制引脚翻转。这使得 AM3354 成为了唯一一款能跑 Linux 且具备 FPGA 级 I/O 实时性的 ARM 处理器。

为什么履带底盘控制首选 AM3354？ (技术痛点分析)

1. 解决 Linux 非实时的“致命伤”

履带机器人行进时，阻力变化剧烈（如碾过石块）。

传统方案痛点：如果用普通的 Linux 板卡做控制，当系统忙于处理网络数据或记录日志时，PWM 调整线程会被挂起几十毫秒。这点延迟足以让履带一侧打滑，导致机器人偏航。
电鱼智能方案：我们将 PID 算法和编码器读取下放到PRU核心。无论 Linux 主核负载多高（甚至死机），PRU 依然会以 20kHz 的频率雷打不动地执行电机闭环控制，确保底盘“稳如泰山”。

2. 完美的双电机同步 (Synchronization)

履带差速转向要求左右电机严格同步。

PRU 优势：PRU 可以同时读取两路正交编码器，并在同一个时钟周期内计算出左右电机的速度差，立即调整 PWM 占空比。这种硬件级的同步能力是普通 MCU 难以企及的。

3. 丰富的工业接口

巡检机器人需要挂载大量传感器。

接口集成：电鱼智能 AM3354 原生支持2 路 CAN 总线（接电池 BMS、电机驱动器）和6 路 UART（接避障雷达、RTK、云台），无需额外的接口扩展芯片，提高了整机的可靠性。

系统架构与数据流 (System Architecture)

该方案采用了“大脑（Linux）+ 小脑（PRU）”的异构控制架构：

决策层 (Cortex-A8 / Linux)：
- 运行 ROS 节点，接收上层（如 RK3588）下发的线速度 $v$ 和角速度 $\omega$ 指令。
- 通过 4G/5G 模组上传机器人状态和巡检数据。
- 通讯：通过共享内存（Shared Memory）与 PRU 交换数据。
执行层 (PRU-ICSS / Bare Metal)：
- 运动学解算：将 $v, \omega$ 解算为左右履带的目标转速。
- 数据采集：读取电机编码器脉冲，计算实际转速。
- 闭环控制：运行增量式 PID 算法，输出 PWM 信号给电机驱动器（或通过 CANopen 发送转矩指令）。

关键技术实现 (Implementation)

PRU 固件加载与通讯

在 Linux 系统中，使用 RemoteProc 框架管理 PRU：

Bash

# 1. 停止 PRU 核心 echo stop > /sys/class/remoteproc/remoteproc1/state # 2. 加载专用的电机控制固件 echo "am335x-pru1-track-control.fw" > /lib/firmware/ # 3. 启动 PRU echo start > /sys/class/remoteproc/remoteproc1/state

PRU 内部控制逻辑 (C 语言)

以下代码运行在 PRU 核心上，负责硬实时的 PID 计算：

// 逻辑示例：PRU 核心的双电机 PID 控制循环 #include <stdint.h> #include "pru_cfg.h" // 共享内存地址，用于从 Linux 获取目标速度 volatile int32_t *SHARED_RAM = (int32_t *)0x10000; void main(void) { int32_t target_l, target_r; int32_t current_l, current_r; // 初始化 eCAP (捕获编码器) 和 ePWM init_peripherals(); while (1) { // 1. 从共享内存读取目标速度 (由 Linux 写入) target_l = SHARED_RAM[0]; target_r = SHARED_RAM[1]; // 2. 读取当前速度 current_l = read_encoder_L(); current_r = read_encoder_R(); // 3. PID 计算 (硬实时，无抖动) int32_t pwm_l = pid_calculate(&pid_obj_l, target_l, current_l); int32_t pwm_r = pid_calculate(&pid_obj_r, target_r, current_r); // 4. 更新 PWM 占空比 update_pwm(pwm_l, pwm_r); // 控制循环频率：10kHz __delay_cycles(20000); } }