分拣机嵌入式软件架构与分层设计 · 课程目录

01分拣机概述

分拣机在物流行业的地位、常见分拣机类型（交叉带、滑块式、翻盘式）、分拣机核心工作流程。

02嵌入式系统基础

嵌入式系统定义、实时操作系统(RTOS)概念、分拣机常用MCU平台（STM32、NXP i.MX RT）。

03软件架构设计原则

模块化设计、分层架构思想、高内聚低耦合、接口隔离原则。

04整体分层架构概览

四层架构（硬件抽象层、驱动层、中间件层、应用层）、层间通信机制、数据流方向。

05硬件抽象层(HAL)设计

HAL的作用、GPIO抽象、定时器抽象、串口抽象、HAL接口定义规范。

06驱动层设计

电机驱动（步进/伺服）、编码器驱动、光电传感器驱动、电磁阀驱动、驱动层错误处理。

07中间件层设计

任务调度器、消息队列、软件定时器、状态机框架、日志系统。

08应用层设计

上包逻辑、分拣逻辑、格口分配逻辑、异常处理逻辑、人机交互逻辑。

09任务调度策略

抢占式调度 vs 协作式调度、优先级分配原则、任务周期设计、看门狗机制。

10状态机设计

状态机基本概念、分拣机主状态机（空闲、运行、故障、急停）、嵌套状态机、状态转换表。

11通信协议设计

内部通信（CAN、UART、SPI）、外部通信（Ethernet/IP、Modbus TCP）、协议帧格式设计、CRC校验。

12数据管理设计

全局变量管理、参数存储（EEPROM/Flash）、运行时数据记录、掉电保护机制。

13同步与互斥

临界区保护、互斥锁、信号量、死锁预防、优先级反转问题。

静态内存分配 vs 动态内存分配、内存池设计、堆栈溢出检测、内存碎片处理。

系统滴答定时器、高精度计时、超时处理机制、时间戳记录。

16故障诊断与容错

故障码定义、故障记录与上报、看门狗复位策略、冗余设计思想。

17调试与测试

JTAG/SWD调试、日志分级（DEBUG/INFO/ERROR）、单元测试框架、硬件在环测试。

18启动流程设计

Bootloader设计、应用程序校验、启动自检、参数初始化顺序。

19低功耗设计

睡眠模式、唤醒源管理、外设时钟门控、动态频率调整。

急停处理、安全门锁逻辑、光幕保护、软件互锁、安全完整性等级(SIL)概念。

21代码规范与风格

命名规范（匈牙利命名法/驼峰）、注释规范、代码审查清单、MISRA-C规范。

Git分支策略、标签管理、变更日志、固件版本号规范。

23持续集成/持续部署(CI/CD)

自动化编译、静态代码分析、自动化测试、固件发布流程。

代码执行时间测量、中断延迟优化、缓存一致性、DMA应用。

主从架构、心跳机制、数据同步、故障切换。

26人机界面(HMI)设计

触摸屏交互逻辑、参数配置界面、故障显示界面、运行状态监控。

27远程监控与维护

MQTT协议接入、云端数据上报、远程固件升级、远程诊断。

28案例实战：交叉带分拣机

交叉带分拣机完整软件架构解析、代码片段展示、架构决策依据。

29案例实战：滑块式分拣机

滑块式分拣机软件架构对比、差异分析、适用场景选择。

AI在分拣机中的应用、边缘计算、数字孪生、软件定义分拣机。