平台采用某米1代扫地机。 stm32f103真实项目程序。 c原程序 keil工程。 目前只有32端代码能实现延边避障防跌落充电等功能。 适合需要学习项目与代码规范的工程师 硬件驱动包含 陀螺仪姿态传感器bmi160、电源管理bq24733等。 软件驱动包括 IIC、PWM、SPI、多路ADC与DMA、编码器输入捕获、外部中断、通信协议、IAP升级、PID、freertos操作系统等。 代码注释清晰、代码规范好、每个函数必有输入输出范围参数解释。

本文基于对小米扫地机器人固件源码（版本 2.0）的深度分析，从系统架构、核心模块、通信协议及安全机制等多个维度，全面解读其嵌入式软件设计思路与实现要点。该系统基于 ARM Cortex-M3 内核的 STM32F10x 系列微控制器，采用 FreeRTOS 实时操作系统作为任务调度核心，整体架构清晰、模块化程度高，充分体现了消费类智能硬件在资源受限环境下的工程实践水平。

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一、系统基础架构

1.1 实时操作系统支撑

系统以 FreeRTOS v9+ 作为底层调度引擎，充分利用其轻量、可裁剪、高可靠性的特点。通过配置 FreeRTOSConfig.h，启用了包括任务管理、队列通信、软件定时器、事件组等核心功能，并关闭了动态内存分配失败钩子、运行时统计等非必要特性，以优化资源占用。

平台采用某米1代扫地机。 stm32f103真实项目程序。 c原程序 keil工程。 目前只有32端代码能实现延边避障防跌落充电等功能。 适合需要学习项目与代码规范的工程师 硬件驱动包含 陀螺仪姿态传感器bmi160、电源管理bq24733等。 软件驱动包括 IIC、PWM、SPI、多路ADC与DMA、编码器输入捕获、外部中断、通信协议、IAP升级、PID、freertos操作系统等。 代码注释清晰、代码规范好、每个函数必有输入输出范围参数解释。

值得注意的是，系统未启用 MPU（内存保护单元），表明其运行在单一特权模式下，简化了权限管理，但也对应用层代码的健壮性提出了更高要求。

1.2 硬件抽象与驱动层

固件基于 ST 官方 STM32F10x 标准外设库（StdPeriph Driver） 构建硬件驱动，涵盖 GPIO、USART、I²C、SPI、ADC、TIM、FLASH、IWDG（独立看门狗）等关键外设。这种做法虽不如现代 HAL 库抽象度高，但在资源受限场景下具有代码体积小、执行效率高的优势。

驱动层封装良好，例如 ADC 用于采集悬崖传感器（Drop Sensor）模拟信号，TIM 用于电机 PWM 控制，USART 用于主控与上位机或模块间通信，为上层业务逻辑提供了稳定可靠的硬件接口。

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二、核心功能模块

2.1 异常检测与安全控制

系统实现了完善的 异常状态监控机制，由独立的 vErrorAbnormalCheckTask 任务周期性执行。该任务负责：

• 悬崖检测：通过 ADC 读取前后左右四个位置的红外传感器值，判断是否处于悬空边缘。采用差值阈值（gFALLDIFFERENTTHRESHOLD）与绝对阈值（gDROP_THRESHOLD）双重判据，提升抗干扰能力。
• 碰撞检测：结合物理碰撞开关与超声波传感器数据，识别障碍物接触。
• 电机故障诊断：监控驱动轮、滚刷、边刷、风机等电机的运行状态（如堵转、过流），一旦检测到异常，立即触发机器人状态机切换至安全模式（如后退、停止清扫）。

该机制是保障扫地机器人在复杂家居环境中安全运行的核心防线。

2.2 固件升级（IAP）机制

系统实现了完整的 In-Application Programming (IAP) 功能，支持通过串口等接口进行远程固件更新。其架构包含以下关键组件：

• 双区存储：Flash 空间划分为 Bootloader 区（起始地址 0x08000000）与 Application 区（起始地址 APP_ADDR = 0x08010000，即 64KB 之后）。
• 产品密钥验证：在固定地址 PASSWORDADDR = 0x08005000 存储产品应用密钥（PRODUCTAPP_PASSWORD = 0xFee1Dead），用于验证合法固件并作为跳转条件。
• 环形缓冲写入：采用多缓冲区（TMPBUFNUM = 5，每块 TMPBUFSIZE = 2KB）构成环形队列，实现数据接收与 Flash 写入的异步解耦，避免因 Flash 编程延时阻塞通信。
• 安全跳转：升级完成后，校验新固件栈顶地址合法性（检查是否位于 SRAM 区域 0x20000000 起始），随后重写密钥并跳转至新固件入口。

此 IAP 设计兼顾了可靠性与效率，是设备可维护性和功能迭代的基础。

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三、通信协议设计

系统定义了一套 自定义帧结构通信协议，用于主控与外部模块（如上位机、充电座、传感器模组）的数据交互。协议特点如下：

• 帧头标识：固定为 0xAA，便于帧同步。
• 功能类型：通过 FrameFunction 字段区分命令帧（ffCommand）、数据帧、响应帧等。
• 序列号机制：每帧包含递增序列号（FrameSequence），支持接收方检测丢帧或乱序。
• 数据长度与校验：明确指示有效载荷长度（DataLength），并采用 字节累加和校验（Checksum） 保证传输完整性。
• 错误反馈：定义了多种错误码（如 FrameFromatErr、FrameCheckErr、FrameSeqErr、FrameLengthErr），便于快速定位通信问题。

该协议结构紧凑、解析高效，适用于低带宽、高实时性要求的嵌入式串行通信场景。

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四、系统安全与健壮性

• 看门狗守护：启用 IWDG，要求主任务定期“喂狗”，防止程序跑飞导致设备死锁。
• 异常中断处理：对 HardFaultHandler、MemManageHandler 等关键异常中断进行了空实现（进入死循环），虽未实现复杂恢复逻辑，但可防止系统在严重错误下继续执行不可预知行为。
• 堆栈溢出检测：FreeRTOS 配置中启用了 configCHECKFORSTACK_OVERFLOW（虽默认为 0，但架构支持），可在开发阶段辅助排查任务堆栈不足问题。

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五、总结

小米扫地机器人固件展现了典型的嵌入式实时系统设计范式：以 FreeRTOS 为调度核心，构建模块化、层次化的软件架构；通过严谨的异常检测与安全控制策略保障设备物理安全；利用高效的 IAP 机制支持远程升级；并设计轻量可靠的通信协议实现内外部数据交互。整个系统在性能、资源占用与功能完整性之间取得了良好平衡，为其稳定、智能的清扫体验提供了坚实的软件基础。