ASER/Doc/HANDOFF_v2.md

# ARES 项目交接文档 v2

> **版本**: v2.1 — 连接段三信号联合判定  
> **基于**: v2.0 + 赛道几何理解修正 + 连接段判定算法升级  
> **更新内容**: 修正地图几何理解、修复入场/连接段传感器误用 bug、升级连接段为三信号联合判定  
> **本文目标**: 完整描述当前代码库状态，让任何人能在 30 分钟内理解并继续工作

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## 目录

1. [一句话概述](#1-一句话概述)
2. [与 v1.0 的核心差异](#2-与-v10-的核心差异)
3. [代码目录结构（当前）](#3-代码目录结构当前)
4. [软件架构总览](#4-软件架构总览)
5. [数据流水线（当前）](#5-数据流水线当前)
6. [赛道级导航状态机详解](#6-赛道级导航状态机详解)
7. [安全层改造详解](#7-安全层改造详解)
8. [地图模块详解](#8-地图模块详解)
9. [EKF 重置机制](#9-ekf-重置机制)
10. [编译开关与模式切换](#10-编译开关与模式切换)
11. [全部可调参数](#11-全部可调参数)
12. [FreeRTOS 任务一览](#12-freertos-任务一览)
13. [文件快速索引](#13-文件快速索引)
14. [已知问题与待办](#14-已知问题与待办)
15. [实车调试建议](#15-实车调试建议)

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## 1. 一句话概述

在 v1.0 的单垄沟闭环基础上，新增了**赛道级混合导航系统**：用固定地图描述 S 型遍历拓扑，用 11 状态的 `GlobalNav` 状态机管理 6 条垄沟的完整遍历，用改造后的安全层支持"动作语义感知"，最终实现从启动区入场 → 遍历全部 6 条垄沟 → 出场回停的完整比赛流程。

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## 2. 与 v1.0 的核心差异

### 2.1 新增能力

| 能力 | v1.0 | v2.0 |
|------|------|------|
| 单垄沟往返 | ✅ | ✅ |
| 到端检测 | ✅ | ✅ |
| 6 条垄沟 S 型遍历 | ❌ | ✅ |
| 90° 转向（入/出沟） | ❌ | ✅ |
| 连接段三信号联合判定 | ❌ | ✅ |
| 入沟重捕获确认 | ❌ | ✅ |
| 赛道级状态机 | ❌ | ✅ |
| 安全层动作语义感知 | ❌ | ✅ |
| 每次入沟 EKF 重置 | ❌ | ✅ |
| 出场与回停启动区 | ❌ | ✅ |

### 2.2 已解决的已知问题

| 编号 | 问题 | 解决方式 |
|------|------|---------|
| **RISK-1** | 转向阶段安全层卡死 (`v=0, w≠0` 被前向防撞清零) | 新增 `SAFETY_MODE_TURN`，转向时直接放行 |

### 2.3 没有动的部分

以下模块**完全未修改**，行为与 v1.0 一致：

- `corridor_ekf.c/.h` — EKF 数学核心
- `corridor_preproc.c/.h` — 传感器预处理
- `corridor_ctrl.c/.h` — 沟内 PD 控制器
- `nav_script.c/.h` — 保留，通过编译开关可切换回单沟测试
- `snc_can_app.c/.h` — CAN 协议层（已冻结）
- 所有传感器驱动（VL53、激光、IMU）
- 黑板、里程计、指令槽

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## 3. 代码目录结构（当前）

```
D:\ARES\
├── App/
│   ├── robot_params.h                ← ★ 全局参数配置（含新增 P6 赛道级参数）
│   ├── app_tasks.c/.h                ← 导航流水线（已改造，#if USE_GLOBAL_NAV 切换）
│   │
│   ├── nav/                          ← 导航与控制
│   │   ├── global_nav.c/.h           ← ★★ 新增：赛道级总控（11状态机）
│   │   ├── track_map.c/.h            ← ★★ 新增：S型遍历地图
│   │   ├── corridor_ctrl.c/.h        ← 沟内 PD 控制器（未改）
│   │   ├── segment_fsm.c/.h          ← 安全状态机（已改造：SafetyMode）
│   │   └── nav_script.c/.h           ← 单沟测试脚本（保留，未改）
│   │
│   ├── est/
│   │   ├── corridor_filter.c/.h      ← 已改造：新增 CorridorFilter_Reset()
│   │   └── corridor_ekf.c/.h         ← EKF 核心（未改）
│   │
│   ├── preproc/
│   │   ├── corridor_msgs.h           ← 已改造：新增 SafetyMode_t 枚举
│   │   └── corridor_preproc.c/.h     ← 传感器预处理（未改）
│   │
│   ├── Contract/                     ← 数据契约（未改）
│   ├── Can/                          ← CAN 协议（已冻结，未改）
│   ├── IMU/                          ← IMU 驱动（未改）
│   ├── laser/                        ← 激光驱动（未改）
│   └── VL53L0X_API/                  ← ToF 驱动（未改）
│
├── Doc/
│   ├── HANDOFF.md                    ← v1.0 交接文档
│   ├── 混合导航方案.md                ← 方案设计文档
│   ├── 实施方案.md                    ← 详细实施文档
│   ├── HANDOFF_v2.md                 ← ★ 本文档（v2.0）
│   └── map.md                        ← 赛道地图
│
├── build/Debug/ARES.elf              ← 当前可用固件（编译通过）
└── CMakeLists.txt
```

---

## 4. 软件架构总览

```
┌───────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                           FreeRTOS 任务层                                  │
│   canTxTask  monitorTask  navTask  laserTestTask  vl53Task  imuTask        │
│    (20ms)     (100ms)     (20ms)    (50ms)        (100ms)   (10ms)         │
└──────────────────────────┬────────────────────────────────────────────────┘
                           │
              navTask 内每 20ms 执行一次导航流水线
                           │
┌──────────────────────────▼────────────────────────────────────────────────┐
│                    Blackboard (全局传感器数据黑板)                           │
└──────────────────────────┬────────────────────────────────────────────────┘
                           │ GetSnapshot()
┌──────────────────────────▼────────────────────────────────────────────────┐
│              CorridorPreproc  (传感器清洗 → CorridorObs_t)                  │
└──────────────────────────┬────────────────────────────────────────────────┘
                           │
┌──────────────────────────▼────────────────────────────────────────────────┐
│          CorridorFilter / EKF  (状态估计 → CorridorState_t {e_y,e_th,s})   │
└──────────────────────────┬────────────────────────────────────────────────┘
                           │
         ┌─────────────────┴──────────────────────┐
         │  USE_GLOBAL_NAV=1 (赛道模式)             │  USE_GLOBAL_NAV=0 (测试模式)
         ▼                                         ▼
┌─────────────────────┐                  ┌──────────────────────┐
│    GlobalNav        │                  │     NavScript        │
│  (赛道级状态机)      │                  │   (单沟往返脚本)      │
│  11 个阶段          │                  │   IDLE→CORRIDOR→EXIT │
│  ↕ TrackMap         │                  └──────────────────────┘
└────────┬────────────┘
         │ nav_out.safety_mode
         │ nav_out.request_corridor / use_override
         ▼
┌─────────────────────┐         ┌────────────────────┐
│   CorridorCtrl      │◄────────│ (request_corridor) │
│  (沟内 PD 控制)      │         └────────────────────┘
└────────┬────────────┘
         │ RawCmd_t
         ▼
┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│                   SegFsm (安全仲裁)                       │
│        感知 SafetyMode → 动作语义相关安全策略              │
│  CORRIDOR: 前向减速/停车/E-STOP 全开                      │
│  TURN:     直接放行 (允许 v=0, w≠0)                      │
│  STRAIGHT: 仅前向防撞，不检查 conf                        │
│  IDLE:     全部清零                                      │
└────────┬────────────────────────────────────────────────┘
         │ SegFsmOutput_t {safe_v, safe_w}
         ▼
    CmdSlot_Push → canTxTask → CAN 0x100 → STM32F407 底盘
```

---

## 5. 数据流水线（当前）

`navTask` 每 20ms 执行，共 7 步：

```
Step 1: Blackboard_GetSnapshot(&board)
          │  原子快照，无撕裂
          │
Step 2: CorridorPreproc_ExtractObs(&board, now_ms, &obs)
          │  VL53: mm→m，范围校验
          │  STP+ATK: 互补融合
          │  → CorridorObs_t {d_lf/d_lr/d_rf/d_rr, d_front, d_back, valid_mask}
          │
Step 3: CorridorFilter_Update(&obs, imu_wz, odom_vx, dt, yaw_rad, yaw_ok, &state)
          │  EKF 预测 + 侧墙观测更新 + IMU 航向约束
          │  → CorridorState_t {e_y, e_th, s, conf}
          │
Step 4: GlobalNav_Update(&obs, &state, &board, &nav_out)   【赛道模式】
          │  赛道级状态机推进
          │  → GlobalNavOutput_t {stage, safety_mode, request_corridor, override_v/w}
          │
Step 5: if (nav_out.request_corridor)
          │    CorridorCtrl_Compute(&state, &obs, imu_wz, &raw_cmd)  ← 沟内 PD
          │  else
          │    raw_cmd = {override_v, override_w}                    ← 上层覆盖
          │
Step 6: SegFsm_Update(&raw_cmd, &obs, &state, nav_out.safety_mode, &fsm_out)
          │  感知 SafetyMode 的安全仲裁
          │  → SegFsmOutput_t {safe_v, safe_w}
          │
Step 7: CmdSlot_Push(fsm_out.safe_v, fsm_out.safe_w, 0)
          → canTxTask 取走 → CAN 0x100
```

---

## 6. 赛道级导航状态机详解

### 6.1 文件

| 文件 | 内容 |
|------|------|
| `App/nav/global_nav.h` | 枚举、配置结构、输出结构、API 声明 |
| `App/nav/global_nav.c` | 完整状态机实现（596 行） |

### 6.2 状态枚举

```c
typedef enum {
    GNAV_IDLE = 0,             // 启动区等待
    GNAV_ENTRY_STRAIGHT,       // 入场直线
    GNAV_TURN_INTO_CORRIDOR,   // 第一次入沟转向 (90°)
    GNAV_REACQUIRE,            // 重捕获走廊
    GNAV_CORRIDOR_TRACK,       // 沟内闭环跟踪
    GNAV_TURN_OUT_OF_CORRIDOR, // 出沟转向 (90°)
    GNAV_LINK_STRAIGHT,        // 连接段直行
    GNAV_TURN_INTO_NEXT,       // 入下一条沟转向 (90°)
    GNAV_EXIT_STRAIGHT,        // 出场直行
    GNAV_DOCK,                 // 回停启动区
    GNAV_FINISHED,             // 终态
    GNAV_ERROR                 // 异常态 (超时兜底)
} GlobalNavStage_t;
```

### 6.3 完整状态转移图

```
                    GlobalNav_Start()
                          │
                          ▼
                      GNAV_IDLE（启动区等待）
                          │ 第一个 Update 周期自动
                          ▼
                  GNAV_ENTRY_STRAIGHT（入场直线） ──── [里程≥0.30m 或 超时10s]
                          │                (不用VL53：左侧围栏始终有效会误触发)
                          ▼
               GNAV_TURN_INTO_CORRIDOR（第一次入沟转向） ── [IMU 转角 ≥ 85°]
                          │
                          ▼
                    GNAV_REACQUIRE（重捕获走廊） ─────── [3+传感器有效 + 宽度匹配 + conf≥0.6 持续5拍]
                          │                [超时5s → ERROR]
                          ▼
                 GNAV_CORRIDOR_TRACK（沟内闭环跟踪） ───── [d_front≤0.10m + 里程>1.0m]
                      │                   [里程>2.5m 超长保护]
                      │
           ┌──────────┘
           ▼
  GNAV_TURN_OUT_OF_CORRIDOR（出沟转向） ────────────── [IMU 转角 ≥ 85°]
           │
           ├── [非最后一条沟]
           │         │
           │         ▼
           │   GNAV_LINK_STRAIGHT（连接段直行） ──────── [B: 前激光变化≥0.595m]
           │         │                     [或 (A: 里程≥0.595m) AND (C: VL53沟口检测连续2拍)]
           │         │                     [超时8s → ERROR]
           │         ▼
           │  GNAV_TURN_INTO_NEXT（入下一条沟转向） ──────── [IMU 转角 ≥ 85°]
           │         │
           │         └─────────────────── → GNAV_REACQUIRE (循环)
           │
           └── [最后一条沟 (C6)]
                     │
                     ▼
            GNAV_EXIT_STRAIGHT（出场直行） ─────────── [侧向VL53全丢 + 冲刺≥1.5m]
                     │                     [里程>4.5m 或 超时30s → DOCK]
                     ▼
                GNAV_DOCK（回停启动区） ──────────────── [里程≥0.5m 或 超时5s]
                     │
                     ▼
               GNAV_FINISHED（终态） ──────────── 终态，停车

任意阶段超时 → GNAV_ERROR（异常态） → 2s 后 → GNAV_FINISHED（终态）
```

### 6.4 各状态行为速查表

| 状态 | v (m/s) | w (rad/s) | 安全模式 | 传感器依赖 | 退出条件 |
|------|---------|-----------|---------|-----------|---------|
| IDLE（启动区等待） | 0 | 0 | IDLE | — | Start() 触发 |
| ENTRY_STRAIGHT（入场直线） | 0.08 | P保直 | STRAIGHT | IMU航向+前激光 | 里程≥0.30m 或 超时 |
| TURN_INTO_CORRIDOR（第一次入沟转向） | 0 | ±1.0 | TURN | IMU yaw | 转角≥85° |
| REACQUIRE（重捕获走廊） | 0.05 | P保直 | STRAIGHT | VL53+EKF | 双侧锁定持续5拍 |
| CORRIDOR_TRACK（沟内闭环跟踪） | 0.15 (PD) | PD | CORRIDOR | VL53+IMU+前激光 | d_front≤0.10m+里程>1m |
| TURN_OUT（出沟转向） | 0 | ±1.0 | TURN | IMU yaw | 转角≥85° |
| LINK_STRAIGHT（连接段直行） | 0.10 | P保直 | STRAIGHT | 前激光+里程+非围栏侧VL53 | 三信号联合判定(见6.8) |
| TURN_INTO_NEXT（入下一条沟转向） | 0 | ±1.0 | TURN | IMU yaw | 转角≥85° |
| EXIT_STRAIGHT（出场直行） | 0.15 | P保直 | STRAIGHT | IMU+里程+VL53全丢 | VL53全丢+冲刺1.5m |
| DOCK（回停启动区） | 0.05 | 0 | STRAIGHT | 里程计 | 里程到 |
| FINISHED（终态） | 0 | 0 | IDLE | — | 终态 |
| ERROR（异常态） | 0 | 0 | IDLE | — | 2s后→FINISHED |

### 6.5 S 型遍历中的转向方向

场地结构关键理解：
- 垄沟沿 **X 轴（横向）** 分布，长 220cm，宽 40cm
- 左右两端各有一条 **纵向端部通道**（宽 40cm，长 390cm）
- 启动区在左下角，入口对齐左端通道
- C1 在最南端（离入口最近），C6 在最北端
- 机器人从启动区向北进入左端通道，入场距离仅约 10~30cm 即到 C1 入口

端部通道传感器特点：
- **一侧贴围栏**：VL53 能测到（~20cm）
- **另一侧交替出现垄背端面和垄沟开口**：垄背端面处能测到，垄沟开口处测不到（开口通向 220cm 远的对端，远超 VL53 的 1.2m 有效距离）
- 因此端部通道内**不能依赖 EKF**，必须用 IMU 航向保持 + 前/后激光到端检测

从地图推导的 S 型转向规律（北 = Y 递减 = 地图上方）：

| 垄沟 | 行驶方向 | 入沟转向(从纵向通道) | 到端后出沟转向 | 连接段方向 |
|------|---------|-------------------|-------------|-----------|
| C1 | →东 | 右转(CW) | 左转(CCW) | 北行(右端通道) |
| C2 | ←西 | 左转(CCW) | 右转(CW) | 北行(左端通道) |
| C3 | →东 | 右转(CW) | 左转(CCW) | 北行(右端通道) |
| C4 | ←西 | 左转(CCW) | 右转(CW) | 北行(左端通道) |
| C5 | →东 | 右转(CW) | 左转(CCW) | 北行(右端通道) |
| C6 | ←西 | 左转(CCW) | **左转(CCW)→朝南** | **南行出场** |

> **C6 出沟左转说明**: C6 向西走到左端通道，前激光测到左围栏。此时需要朝南回到入口出场，从朝西左转 90° 正好朝南。

### 6.6 转向执行细节

三种转向状态（TURN_INTO_CORRIDOR、TURN_OUT、TURN_INTO_NEXT）共用同一套 `execute_turn()` 逻辑：

```c
// 已转过的角度 = (当前yaw - 起始yaw) × 方向符号(±1)
float delta = (imu_yaw - turn_start_yaw) * turn_sign;

// 减速区: 剩余角度 < 28.6° 时开始线性减速
float omega = turn_omega;  // 默认 1.0 rad/s
if (remaining_deg < decel_zone_deg) {
    omega = turn_min_omega + ratio * (turn_omega - turn_min_omega);
}
// 最低角速度 0.3 rad/s，防止接近目标时停转

// 完成判定: 已转 ≥ 85° (容差 5°)
if (delta >= 90° - 5°) → 转移到下一状态
```

### 6.7 重捕获判据

进入新垄沟后，`GNAV_REACQUIRE` 阶段低速前进，同时检查三个条件：

1. **至少 3 个侧向传感器有效**（4 个 VL53 中至少 3 个返回合法距离）
2. **几何宽度匹配**：若左右两侧都有效，则 `d_left + d_right + 车宽` 与走廊标称宽度 40cm 的误差 ≤ 5cm
3. **EKF 置信度 ≥ 0.6**

三个条件同时满足，连续 5 拍（100ms），才认为重捕获成功，切换到 `GNAV_CORRIDOR_TRACK`。

### 6.8 连接段三信号联合判定（核心新设计）

#### 场景描述

走完垄沟后，机器人在端部纵向通道里面朝北行驶，目标是走 70cm 到达下一条垄沟的入口。这 70cm 等于一条垄沟宽（40cm）加一条垄背宽（30cm）。

端部通道里的传感器情况：

```
            围栏侧（VL53始终有效，不参与判定）
               │
       ┌───────┤        ┌── 垄背端面（VL53有效 ~10cm）
       │  车   │        │
       │       │ ─────► │  ← 非围栏侧
       │       │        │
       └───────┤        └── 垄沟开口（VL53无效 / >1.2m）
               │
            围栏侧
            
   前激光 ↑ 测到上围栏（距离随北行递减）
   后激光 ↓ 测到下围栏（距离随北行递增）
```

非围栏侧 VL53 的信号特征：
- 经过垄背端面时：读数 ≈ `(通道宽 - 车宽) / 2 - VL53内缩` = `(40-20)/2 - 0 = 10cm` → **有效**
- 进入垄沟开口时：射线穿入沟内（沟长 220cm + 对端通道 40cm ≈ 260cm）→ **超出 VL53 有效距离 1.2m** → 返回无效或 0

当车身中心对准垄沟入口时，前后两颗 VL53（间距 12cm）都已进入开口区域（沟口宽 40cm），两颗均应丢失。

#### 三个信号定义

| 信号 | 来源 | 触发条件 | 精度 | 权重 |
|------|------|---------|------|------|
| **A 里程计** | `odom_distance_accum` | `odom >= 0.70m × 0.85 = 0.595m` | 低（打滑） | 低 |
| **B 前激光变化** | `d_front_start - d_front_now` | 变化量 `>= 0.70m × 0.85 = 0.595m` | 高（绝对距离） | 高 |
| **C VL53 沟口检测** | 非围栏侧前/后 VL53 | 读数 `> 0.5m` 或无效，连续 **2 拍**（40ms）| 中（直接探沟口） | 中 |

> **阈值 0.5m 的来源**：正常贴垄背端面时 VL53 读数 ≈ 10cm，进入沟口后 >120cm（超出量程）。0.5m 在两者正中间，充分区分。

> **0.85 容差系数**：为里程计打滑和激光安装偏置留 15% 裕量。

#### 触发逻辑

```
B  ||  (A && C)
```

- **B 单独成立** → 前激光变化量足够，直接触发（最可靠，不依赖其他）
- **A 且 C 同时成立** → 里程计粗定位 + VL53 精确探到沟口，联合校验后触发

#### 哪一侧是"非围栏侧"

由**刚走完的那条沟的行驶方向**决定，在 `LINK_STRAIGHT` 阶段 `current_corridor_id` 还未更新：

| 刚走完的沟 | 到达哪个通道 | 围栏侧 | **非围栏侧（检查这侧）** |
|-----------|------------|--------|----------------------|
| `TRAVEL_DIR_EAST`（向东） | 右端通道 | 右侧 | **左侧 VL53** |
| `TRAVEL_DIR_WEST`（向西） | 左端通道 | 左侧 | **右侧 VL53** |

#### 关键代码（`global_nav.c`）

```c
/* 信号 B: 前激光变化量 */
float d_front_delta = s_nav.link_d_front_start - obs->d_front;
bool laser_ok = (d_front_delta >= s_nav.cfg.link_distance * 0.85f);

/* 信号 A: 里程计 */
bool odom_ok = odom_since_entry() >= s_nav.cfg.link_distance * 0.85f;

/* 信号 C: 非围栏侧 VL53 沟口检测（连续2拍）*/
bool gap_now = gap_detected_on_open_side(obs, cd->travel_dir);  // cd = 当前沟
if (gap_now) s_nav.link_gap_count++;
else         s_nav.link_gap_count = 0;
bool gap_confirmed = (s_nav.link_gap_count >= 2);

/* 联合判定 */
if (laser_ok || (odom_ok && gap_confirmed))
    transition_to(GNAV_TURN_INTO_NEXT, board);
```

---

## 7. 安全层改造详解

### 7.1 改造动机

v1.0 的 `segment_fsm` 统一用前向距离判定安全策略，导致**转向阶段被卡死**（RISK-1）：
- 到端后 `d_front` 很近，`SegFsm` 进入 STOP 状态
- 此时脚本输出 `v=0, w≠0` 期望原地转向
- 但 STOP 状态将 `safe_w` 也清零 → 转不动

### 7.2 改造方案

新增 `SafetyMode_t` 枚举作为安全层的"动作语义输入"：

```c
// corridor_msgs.h
typedef enum {
    SAFETY_MODE_IDLE,       // 零速，不做任何裁剪
    SAFETY_MODE_CORRIDOR,   // 完整安全检查（前向减速/停车/E-STOP）
    SAFETY_MODE_TURN,       // 转向：直接放行，不检查前距和置信度
    SAFETY_MODE_STRAIGHT    // 直行：仅前向防撞，不检查 conf
} SafetyMode_t;
```

### 7.3 各模式行为

| SafetyMode | 前向减速/停车 | E-STOP (conf<0.1) | w 保留 |
|------------|-------------|------------------|--------|
| IDLE | ❌ | ❌ | ❌ (全清零) |
| CORRIDOR | ✅ | ✅ | ✅ APPROACH 时保留 |
| **TURN** | **❌** | **❌** | **✅ 完全放行** |
| STRAIGHT | ✅ | ❌ | ✅ APPROACH 时保留 |

### 7.4 函数签名变化

```c
// v1.0 (旧)
void SegFsm_Update(const RawCmd_t *raw_cmd,
                   const CorridorObs_t *obs,
                   const CorridorState_t *state,
                   SegFsmOutput_t *out);

// v2.0 (新) — 增加 SafetyMode_t mode 参数
void SegFsm_Update(const RawCmd_t *raw_cmd,
                   const CorridorObs_t *obs,
                   const CorridorState_t *state,
                   SafetyMode_t mode,          // ← 新增
                   SegFsmOutput_t *out);
```

> **兼容性**: 旧的 `nav_script` 调用路径（`USE_GLOBAL_NAV=0` 时）传入 `SAFETY_MODE_CORRIDOR`，行为与 v1.0 完全一致。

---

## 8. 地图模块详解

### 8.1 文件

| 文件 | 内容 |
|------|------|
| `App/nav/track_map.h` | 数据结构 + API 声明 |
| `App/nav/track_map.c` | 硬编码 S 型遍历表 + 查询实现 |

### 8.2 设计原则

地图**不做全局坐标**，只回答三个问题：
1. 从第 N 条沟完成后，下一条是第几条？
2. 这次该往哪转？（左/右）
3. 当前是不是最后一条沟？

### 8.3 核心数据

```c
// 单条垄沟描述
typedef struct {
    uint8_t           id;              // 0-5
    TravelDirection_t travel_dir;      // EAST(→) 或 WEST(←)
    TurnDirection_t   exit_turn_dir;   // 出沟转向方向
    TurnDirection_t   entry_turn_dir;  // 入沟转向方向(从纵向通道转入)
    bool              is_last;         // 是否为最后一条
} CorridorDescriptor_t;
```

硬编码的遍历表（`track_map.c`）：

```
C0(C1): →东  entry:右转  exit:左转  is_last:false
C1(C2): ←西  entry:左转  exit:右转  is_last:false
C2(C3): →东  entry:右转  exit:左转  is_last:false
C3(C4): ←西  entry:左转  exit:右转  is_last:false
C4(C5): →东  entry:右转  exit:左转  is_last:false
C5(C6): ←西  entry:左转  exit:左转  is_last:true   ← 最后一条，左转朝南出场
```

### 8.4 API

```c
void                        TrackMap_Init(void);
const TrackMap_t*            TrackMap_Get(void);
const CorridorDescriptor_t* TrackMap_GetCorridor(uint8_t id);
uint8_t                     TrackMap_GetNextCorridorId(uint8_t current_id);
bool                        TrackMap_IsLastCorridor(uint8_t id);
TurnDirection_t             TrackMap_GetExitTurnDir(uint8_t id);
TurnDirection_t             TrackMap_GetEntryTurnDir(uint8_t id);
```

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## 9. EKF 重置机制

### 9.1 为什么每次入沟都要重置

不同垄沟的 `e_y` 参考基准不同（每条沟的"居中"对应的 VL53 读数不同）。如果不重置，EKF 会用上一条沟的历史协方差和参考值去更新新沟的观测，导致：
- 初始几拍置信度虚高（P 矩阵太小）
- 横向偏差 `e_y` 带着上条沟的偏置

### 9.2 实现

```c
// corridor_filter.h — 新增接口
void CorridorFilter_Reset(void);

// corridor_filter.c — 实现
void CorridorFilter_Reset(void) {
    if (!s_initialized) return;
    CorridorEKF_Reset();        // EKF 状态归零，P 恢复初始值
    s_imu_yaw_ref_rad = 0.0f;  // 解锁 yaw_ref
    s_imu_yaw_ref_set = false; // 等待在新沟中重新锁定
}
```

### 9.3 调用时机

`GlobalNav` 在 `transition_to(GNAV_REACQUIRE, ...)` 时调用，即每次转向完成后、开始寻找新走廊之前。

---

## 10. 编译开关与模式切换

### 10.1 控制宏

```c
// App/robot_params.h
#define USE_GLOBAL_NAV   1    // 1=赛道模式  0=单沟测试模式
```

### 10.2 两种模式的差异

| | `USE_GLOBAL_NAV=1` | `USE_GLOBAL_NAV=0` |
|-|-------------------|-------------------|
| 导航模块 | `GlobalNav` | `NavScript` |
| 启动调用 | `GlobalNav_Start()` | `NavScript_Start()` |
| 遍历范围 | 6 条垄沟 S 型 | 单垄沟往返 |
| 安全模式 | 按阶段动态切换 | 固定 `SAFETY_MODE_CORRIDOR` |
| 适用场景 | 正式比赛 | 单条走廊调试 |

### 10.3 切换方法

仅修改 `robot_params.h` 中的宏，**重新编译烧录**即可。所有逻辑通过 `#if USE_GLOBAL_NAV` 在 `app_tasks.c` 中编译时切换，不增加运行时开销。

---

## 11. 全部可调参数

### P0 — 几何参数（实测填写）

| 参数 | 当前值 | 说明 |
|------|--------|------|
| `PARAM_ROBOT_WIDTH` | 0.200 m | 车体宽度 |
| `PARAM_ROBOT_LENGTH` | 0.200 m | 车体长度 |
| `PARAM_WHEEL_DIAMETER` | 0.080 m | 驱动轮直径 |
| `PARAM_WHEEL_TRACK` | 0.140 m | 左右轮中心距 |
| `PARAM_SENSOR_BASE_LENGTH` | 0.120 m | 同侧前后 VL53 间距 |
| `PARAM_CORRIDOR_WIDTH` | 0.40 m | 走廊宽度 |
| `PARAM_FRONT_LASER_OFFSET` | 0.0 m | 前激光到车头偏置 |
| `PARAM_REAR_LASER_OFFSET` | 0.0 m | 后激光到车尾偏置 |
| `PARAM_VL53_SIDE_INSET` | 0.0 m | 侧向 VL53 内缩距离 |
| `PARAM_ENCODER_CPR` | 500 | 编码器每转脉冲数 |

### P2 — EKF 滤波器（调优）

| 参数 | 当前值 | 说明 |
|------|--------|------|
| `PARAM_EKF_Q_EY` | 0.01 | 横向过程噪声 |
| `PARAM_EKF_Q_ETH` | 0.001 | 航向过程噪声 |
| `PARAM_EKF_Q_S` | 0.1 | 里程过程噪声 |
| `PARAM_EKF_R_EY` | 0.002 | 横向观测噪声 |
| `PARAM_EKF_R_ETH` | 0.001 | 航向观测噪声（侧墙） |
| `PARAM_EKF_R_ETH_IMU` | 0.01 | 航向观测噪声（IMU） |
| `PARAM_EKF_P0_EY` | 0.1 | e_y 初始不确定度 |
| `PARAM_EKF_P0_ETH` | 0.1 | e_th 初始不确定度 |

### P3 — 沟内控制器（调优）

| 参数 | 当前值 | 说明 |
|------|--------|------|
| `PARAM_CTRL_KP_THETA` | 2.0 | 航向比例增益 |
| `PARAM_CTRL_KD_THETA` | 0.1 | 航向微分增益 |
| `PARAM_CTRL_KP_Y` | 3.0 | 横向比例增益 |
| `PARAM_CTRL_V_CRUISE` | 0.15 m/s | 巡航速度 |
| `PARAM_CTRL_W_MAX` | 1.5 rad/s | 最大角速度 |
| `PARAM_CTRL_V_MAX` | 0.3 m/s | 最大线速度 |
| `PARAM_CTRL_SPEED_REDUCTION` | 0.4 | 弯道减速系数 |

### P4 — 安全阈值（调优）

| 参数 | 当前值 | 说明 |
|------|--------|------|
| `PARAM_SAFE_D_FRONT_STOP` | 0.08 m | 前向停车距离 |
| `PARAM_SAFE_D_FRONT_APPROACH` | 0.25 m | 前向减速预警距离 |
| `PARAM_SAFE_APPROACH_MIN_V` | 0.05 m/s | 减速区最低速度 |
| `PARAM_SAFE_CONF_ESTOP` | 0.10 | E-Stop 置信度阈值（CORRIDOR模式） |

### P6 — 赛道级导航参数（新增，v2.0）

| 参数 | 当前值 | 说明 |
|------|--------|------|
| `USE_GLOBAL_NAV` | 1 | 编译开关 |
| **入场段** | | |
| `PARAM_GNAV_ENTRY_V` | 0.08 m/s | 入场速度 |
| `PARAM_GNAV_ENTRY_DISTANCE` | 0.30 m | 入场里程上限 (启动区到C1入口仅约10~30cm) |
| `PARAM_GNAV_ENTRY_TIMEOUT` | 10000 ms | 入场超时 |
| **转向** | | |
| `PARAM_GNAV_TURN_OMEGA` | 1.0 rad/s | 转向角速度 |
| `PARAM_GNAV_TURN_TOLERANCE` | 0.087 rad (~5°) | 转向完成容差 |
| `PARAM_GNAV_TURN_DECEL_ZONE` | 0.5 rad (~28°) | 减速区起始角度 |
| `PARAM_GNAV_TURN_MIN_OMEGA` | 0.3 rad/s | 减速区最低角速度 |
| `PARAM_GNAV_TURN_TIMEOUT` | 8000 ms | 单次转向超时 |
| **重捕获** | | |
| `PARAM_GNAV_REACQUIRE_V` | 0.05 m/s | 重捕获速度 |
| `PARAM_GNAV_REACQUIRE_CONF` | 0.6 | 置信度阈值 |
| `PARAM_GNAV_REACQUIRE_WIDTH_TOL` | 0.05 m | 走廊宽度容差 |
| `PARAM_GNAV_REACQUIRE_TICKS` | 5 拍 | 连续确认次数 |
| `PARAM_GNAV_REACQUIRE_TIMEOUT` | 5000 ms | 重捕获超时 |
| **沟内** | | |
| `PARAM_GNAV_CORRIDOR_END_DIST` | 0.10 m | 到端检测距离 |
| `PARAM_GNAV_CORRIDOR_MAX_LEN` | 2.50 m | 沟内里程保护上限 |
| **连接段** | | |
| `PARAM_GNAV_LINK_V` | 0.10 m/s | 连接段速度 |
| `PARAM_GNAV_LINK_DISTANCE` | 0.70 m | 连接段标称距离 |
| `PARAM_GNAV_LINK_TIMEOUT` | 8000 ms | 连接段超时 |
| **出场** | | |
| `PARAM_GNAV_EXIT_V` | 0.15 m/s | 出场速度 |
| `PARAM_GNAV_EXIT_RUNOUT` | 1.50 m | 侧向丢失后冲刺距离 |
| `PARAM_GNAV_EXIT_MAX_DIST` | 4.50 m | 出场里程保护 (纵向通道全长约3.9m) |
| `PARAM_GNAV_EXIT_TIMEOUT` | 30000 ms | 出场超时 (纵向通道距离长，给足时间) |
| **回停** | | |
| `PARAM_GNAV_DOCK_V` | 0.05 m/s | 回停速度 |
| `PARAM_GNAV_DOCK_DISTANCE` | 0.50 m | 回停距离 |
| **其他** | | |
| `PARAM_GNAV_HEADING_KP` | 0.03 | 航向保持 P 增益（°→rad/s） |

---

## 12. FreeRTOS 任务一览

与 v1.0 完全一致，无新增任务：

| 任务名 | 周期 | 优先级 | 职责 |
|--------|------|--------|------|
| `canTxTask` | 20ms | AboveNormal | CAN 0x100 发送；100ms 看门狗 |
| `navTask` | 20ms | AboveNormal | **完整导航流水线（含新 GlobalNav）** |
| `LaserTsk`（内部） | 10ms | AboveNormal | 4 路 UART DMA 激光解析 |
| `monitorTask` | 100ms | Normal | CAN 健康；里程计积分 |
| `laserTestTask` | 50ms | Normal | 激光推送黑板 |
| `vl53Task` | 100ms | Normal | VL53L0X 读取推送黑板 |
| `imuTask` | 10ms | BelowNormal | IMU 解析推送黑板 |
| `defaultTask` | — | Normal | USB CDC 初始化；空闲循环 |

---

## 13. 文件快速索引

| 你想做什么 | 去看哪个文件 |
|-----------|-------------|
| 改调参数值 | `App/robot_params.h` |
| 切换赛道/单沟模式 | `App/robot_params.h` → `USE_GLOBAL_NAV` |
| 看赛道状态机逻辑 | `App/nav/global_nav.c` |
| 看 S 型遍历拓扑表 | `App/nav/track_map.c` |
| 看安全模式定义 | `App/preproc/corridor_msgs.h` → `SafetyMode_t` |
| 看安全层实现 | `App/nav/segment_fsm.c` |
| 看沟内控制律 | `App/nav/corridor_ctrl.c` |
| 看 EKF 数学 | `App/est/corridor_ekf.c` |
| 看 EKF 重置 | `App/est/corridor_filter.c` → `CorridorFilter_Reset()` |
| 看导航流水线入口 | `App/app_tasks.c` → `AppTasks_RunNavTask_Impl()` |
| 看系统初始化 | `App/app_tasks.c` → `AppTasks_Init()` |
| 看 CAN 协议 | `App/Can/snc_can_app.c` |
| 看全局数据结构 | `App/Contract/robot_blackboard.h` |
| 看传感器预处理 | `App/preproc/corridor_preproc.c` |
| 看赛道地图 | `Doc/map.md` |
| 看单沟测试脚本 | `App/nav/nav_script.c` |

---

## 14. 已知问题与待办

### 已在 v2.0 解决

| # | 问题 | 解决方式 |
|---|------|---------|
| **RISK-1** | 转向阶段被安全层卡死 | `SAFETY_MODE_TURN` 直接放行 |
| — | 缺少 6 沟遍历能力 | `global_nav.c` 完整实现 |
| — | 缺少 EKF 入沟重置 | `CorridorFilter_Reset()` |

### v1.0 遗留的已解决 BUG（已全部修复）

BUG-1 至 BUG-9 均在 v1.0 已修复，v2.0 继承已修复状态。详见 `HANDOFF.md`。

### 当前待办

| # | 问题 | 优先级 | 说明 |
|---|------|--------|------|
| **CAL-1** | `PARAM_FRONT_LASER_OFFSET = 0.0` | 高 | 实测填写，影响到端检测精度 |
| **CAL-2** | `PARAM_REAR_LASER_OFFSET = 0.0` | 高 | 同上 |
| **CAL-3** | `PARAM_VL53_SIDE_INSET = 0.0` | 高 | 单侧退化时影响 EKF 精度 |
| **CAL-4** | `PARAM_IMU_YAW_OFFSET = 0.0` | 中 | 声明了但代码未使用 |
| **TODO-1** | `GlobalNav` 里程计时间源 | 中 | 当前用 `imu_wz.timestamp_ms` 估算时间，可改为 `HAL_GetTick()` 从外部传入，更准确 |
| **TODO-2** | 连接段过短/过长自适应 | 低 | 当前固定 0.70m，实际可能因转向角度偏差需要微调 |
| **TODO-3** | 重捕获单侧有效策略 | 低 | 若入沟角度大导致某侧 VL53 暂时无效，当前判定较严格 |

### 设计风险（已知，待注意）

| # | 风险 | 影响 | 说明 |
|---|------|------|------|
| **RISK-2** | 连接段偏航 | 中 | IMU 短时漂移 + 轮滑可能导致连接段走歪，靠里程计上限保护 |
| **RISK-3** | 转向精度 | 中 | IMU 积分漂移，90°实际转角可能有 2-5° 误差，重捕获阶段兜底 |
| **RISK-4** | 入场阶段判据 | 中 | "侧向 VL53 有效"作为进入第一条沟的触发，若传感器偶发有效可能提前转向 |

---

## 15. 实车调试建议

### 建议调试顺序

```
第1步: 几何参数实测 (P0)
  → 卷尺量 PARAM_FRONT/REAR_LASER_OFFSET、PARAM_VL53_SIDE_INSET

第2步: USE_GLOBAL_NAV=0，单沟测试
  → 验证走廊跟踪、到端检测、180°转向（nav_script 旧路径）

第3步: 切换 USE_GLOBAL_NAV=1，测试单次 90° 转向
  → 手动把机器人放在沟内，触发 TURN_OUT，看 IMU 转角是否准确

第4步: 测试重捕获
  → 手动转向后进入 REACQUIRE，看 5 拍锁定时间，调 CONF 阈值

第5步: 测试双沟 S 型 (C1 → C2)
  → 验证连接段长度、入沟对准

第6步: 全 6 沟测试
  → 观察每条沟的入沟质量、完成率

第7步: 调优参数
  → TURN_OMEGA, LINK_DISTANCE, REACQUIRE_TICKS 等
```

### 常见问题诊断（新增 v2.0 相关）

| 现象 | 可能原因 | 处置方法 |
|------|----------|---------|
| 转向后没进下一阶段 | IMU 转角计算偏差 | 检查 `imu_yaw_continuous` 是否正常更新；调小 `TURN_TOLERANCE` |
| 重捕获超时（5s） | 入沟角度偏大，VL53 看不到两侧 | 增大 `REACQUIRE_TIMEOUT`；或降低 `REACQUIRE_TICKS` |
| 连接段走过头 | 里程计打滑 | 适当减小 `LINK_DISTANCE`；靠 VL53 探壁辅助触发 |
| 连接段走不够 | 里程计未积分（odom=0） | 检查 monitorTask 里程计链路 |
| 安全层卡住转向 | `SAFETY_MODE_TURN` 未传入 | 检查 `GlobalNav_Update()` 的 `nav_out.safety_mode` 输出 |
| 出场后未停车 | VL53 未丢失触发 | 调小 `EXIT_RUNOUT`；检查 `all_side_lost()` 判定 |
| 每次入沟偏向一侧 | `PARAM_VL53_SIDE_INSET` 未校准 | 实测传感器内缩距离并填入 |

---

> **给接手者的提醒**:
> 1. 调参前先确认 `USE_GLOBAL_NAV` 的模式，不同模式下调的参数组不同
> 2. v2.0 新增的 P6 参数全部有默认值，实车前**必须根据实际场地微调** `LINK_DISTANCE` 和 `ENTRY_DISTANCE`
> 3. `CorridorFilter_Reset()` 在每次入沟时自动调用，**不需要手动干预**
> 4. 如果出现整体行为异常，先把 `USE_GLOBAL_NAV=0` 切回单沟模式定位问题
> 5. CAN 协议层 (`snc_can_app.c`) 已冻结，**不要修改**