c99l_controller_panel

ESP32 向けの制御パネル用ファームウェアです。

GPIO のスイッチ入力を読み取り、CAN 通信で射点にある integrated board へ送信し、CAN で受信した integrated board の状態、GPIO 状態、メインバルブ角度を UART1 経由で PC に表示します。

タスク構成

flowchart TB
    subgraph CORE0["Core 0 / main executor"]
        GPIO["GPIO switches"]
        BUTTON["button_update_task<br/>8 ms sampling + debounce"]
        BUTTON_STATE[("BUTTON_STATE<br/>AtomicU8")]
        PCDISP["pc_display_task<br/>1 s periodic UART output"]
        STATE_ATOMICS[("INTERNAL_STATUS_PHASE<br/>INTERNAL_STATUS_FLAGS<br/>OUTPUT_GPIO_STATUS<br/>INPUT_GPIO_STATUS<br/>VALVE_ANGLE_X10")]
        CAN_EVENTS[("CAN_RX_EVENT_FLAGS<br/>AtomicU8")]
        MONITOR["communication monitor<br/>peer timeout check"]
        LED["state LED"]

        GPIO --> BUTTON
        BUTTON -->|"debounced physical ButtonFlags bits"| BUTTON_STATE
        BUTTON_STATE -->|"latest button state"| PCDISP
        STATE_ATOMICS -->|"latest received state"| PCDISP
        MONITOR --> LED
    end

    subgraph CORE1["Core 1 / CAN executor"]
        CANMGR["can_manager_task<br/>TX/RX + TEC/REC monitor"]
        CANBUS[("CAN bus")]

        CANMGR -->|"0x001 ButtonFromCtrlPanel / every 50 ms / TX timeout bounded"| CANBUS
        CANBUS -->|"receive_async"| CANMGR
    end

    BUTTON_STATE -->|"AtomicU8 load"| CANMGR
    CANMGR -->|"0x101 angle<br/>0x103 output GPIO<br/>0x104 input GPIO<br/>0x105 internal status"| STATE_ATOMICS
    CANMGR -->|"fetch_or receive event bits"| CAN_EVENTS
    CANMGR -->|"MAIN_RX_SIGNAL / VALVE_RX_SIGNAL wake"| MONITOR
    CAN_EVENTS -->|"swap(0) + last peer rx"| MONITOR
    PCDISP -->|"UART1 115200 bps"| PC["PC display"]

Loading

button_update_task と pc_display_task は #[esp_rtos::main] 側の executor で起動します。CAN は start_second_core で起動した 2 コア目の executor 上で can_manager_task が TWAI 本体を所有し、送信・受信・TEC/REC 監視・Bus-Off 検出をまとめて担当します。

CAN protocol

CAN protocol 定義は src/can/protocol.rs にあり、integrated board 側の src/can/protocol.rs と同じ ID / payload / DLC です。処理対象は Standard ID のみです。Extended ID、無関係な ID、DLC が期待値と違うフレームは状態更新に使いません。

CAN ID	message	DLC	payload
0x001	ButtonFromCtrlPanel	1	button flags / reset ack raw u8
0x101	MainValveAngleToCtrlPanel	2	little-endian i16 angle_x10
0x103	OutputGpioStatus	1	output GPIO bits u8
0x104	InputGpioStatus	1	input GPIO bits u8
0x105	InternalStatus	2	[phase, flags]
0x106	LoggerData	8	little-endian u16 adc0, adc2, adc3, counter

現行 protocol では 0x102 と 0x107 は使いません。

ButtonFromCtrlPanel payload:

bit	flag	内容
0	DUMP	DUMP
1	FIRE	FIRE
2	FILL	FILL
3	SEPARATE	SEPARATE
4	VALVE_SET	VALVE_SET
5	O2	O2
6	VALVE_OPEN	VALVE_OPEN
7	RESET_ACK	software one-shot reset ack

RESET_ACK は物理ボタンではなく、Integrated Board の recoverable CAN fault を解除するための software one-shot ack です。RESET_ACK は必ず 0x80 単独で送り、他の command bit と同時送信しません。Integrated Board 側は bit7 の立ち上がり edge を見るため、0x80 を連続送信せず、0x80 の後は 0x00 または通常 command payload で bit7=0 の送信を挟みます。

各タスクの役割

button_update_task

GPIO16/18/34/17/35/39/36 のスイッチ状態を周期的に読み取ります。読み取った状態は ButtonFlags として組み立て、u8 のビット列として履歴バッファに保存します。

チャタリング除去は 4 サンプル分の u8 履歴で行います。4 回連続で High だったビットだけを ON、4 回連続で Low だったビットだけを OFF にし、それ以外の不安定なビットは前回値を維持します。確定した結果は BUTTON_STATE: AtomicU8 に保存します。

ボタンの bit0-6 は CAN プロトコルと一致します。bit7 RESET_ACK は物理ボタンではなく、button_update_task では立てません。

bit	flag	内容
0	DUMP	脱圧
1	FIRE	点火
2	FILL	充填
3	SEPARATE	切り離し
4	VALVE_SET	バルブセット
5	O2	O2
6	VALVE_OPEN	メインバルブ開
7	RESET_ACK	Integrated Board の recoverable CAN fault 復帰用 software one-shot ack

RESET_ACK は can_manager_task が必要なときだけ送信する software ack です。Integrated Board が reset ack を raw == 0x80 かつ bit7 の立ち上がり edge として扱うため、他の command bit と同時送信せず、0x80 を連続送信しません。

can_manager_task

Twai<'static, Async> を split せずに所有し、CAN 送信、CAN 受信、エラーカウンタ監視、Bus-Off 検出、Bus-Off 中の送信抑制を 1 タスク内で行います。

BUTTON_STATE を ButtonFlags::from_bits_truncate で復元し、CAN 送信用の payload を作ります。送信 payload は 1 バイトの u8 です。生成した payload は GseCanMessage::ButtonFromCtrlPanel { raw } として CAN ID 0x001 で 50 ms ごとに送信します。

送信時には安全条件を反映します。

• DUMP はそのまま送信
• FIRE は FILL が押されていないときだけ送信
• FILL はそのまま送信
• SEPARATE は FILL が押されていないときだけ送信
• VALVE_SET はそのまま送信
• O2 は FIRE が押されていないときだけ送信
• VALVE_OPEN はそのまま送信

Integrated Board から受信した InternalStatus.flags に以下の recoverable CAN fault が含まれると、reset ack pending を立てます。

• bit0 CAN_PEER_LOST
• bit1 CAN_BUS_OFF
• bit6 CAN_TX_TIMEOUT

bit7 CAN_TX_FRAME_CREATE_FAILED はフレーム生成失敗を示すため、自動 ack 対象にしません。reset ack pending 中でも、物理ボタンから生成した通常 command payload が 0x00 のときだけ次の button frame で 0x80 単独を送信します。0x80 の送信を試した後は reset ack gap pending を立て、次の送信周期では 0x00 または通常 command payload により bit7=0 を挟みます。Integrated Board 側から受信した InternalStatus.flags で CAN_PEER_LOST | CAN_BUS_OFF | CAN_TX_TIMEOUT がすべて消えたことを確認したときだけ reset ack pending を clear します。

受信は receive_async と周期タイマーを select し、受信待ちだけで送信周期や状態監視が止まらないようにします。受信フレームは GseCanMessage::decode_standard(id, data) で DLC を確認してから状態更新します。

CAN ID	message	更新する状態	受信通知
0x101	MainValveAngleToCtrlPanel	VALVE_ANGLE_X10	VALVE_RX_SIGNAL
0x103	OutputGpioStatus	OUTPUT_GPIO_STATUS	VALVE_RX_SIGNAL
0x104	InputGpioStatus	INPUT_GPIO_STATUS	MAIN_RX_SIGNAL
0x105	InternalStatus	INTERNAL_STATUS_PHASE, INTERNAL_STATUS_FLAGS	MAIN_RX_SIGNAL
0x106	LoggerData	latest logger snapshot	MAIN_RX_SIGNAL on new counter

VALVE_ANGLE_X10 は CAN payload の 2 バイトを little-endian の i16 として読み取り、0.1 度単位の角度として保存します。can_manager_task は受信時刻や alive/lost 判定を持たず、対象 CAN ID の状態更新後に CAN_RX_EVENT_FLAGS へ受信イベント bit を fetch_or(..., Ordering::Release) で立てます。Signal<()> は main 側の通信監視ループを起こす用途として使います。

LoggerData は表示/ログ用途専用です。受信時は adc0 / adc2 / adc3 / counter と last_received を snapshot として保持し、前回と異なる counter のときだけ新着イベントとして扱います。同じ counter の再受信でも値と last_received は更新します。LOGGER_DATA_TIMEOUT_MS は 1000 ms で、未受信と受信済み stale は logger_data_freshness() で区別します。0x106 の有効受信も既存 CAN_PEER_ALIVE 判定に含めます。

受信イベント bit は以下です。

bit	名前	意味
0	CAN_RX_EVENT_PEER	統合先 CAN ノードから対象フレームを受信
1	CAN_RX_EVENT_INTERNAL_STATUS	InternalStatus を受信
2	CAN_RX_EVENT_OUTPUT_GPIO_STATUS	OutputGpioStatus を受信
3	CAN_RX_EVENT_VALVE_ANGLE	MainValveAngleToCtrlPanel を受信
4	CAN_RX_EVENT_INPUT_GPIO_STATUS	InputGpioStatus を受信
5	CAN_RX_EVENT_LOGGER_DATA_NEW	counter が変化した LoggerData を受信

transmit_async / receive_async の Err は握りつぶさず、送信/受信エラー回数と最新の TEC/REC、CAN 状態に反映します。transmit_async は 10 ms の timeout で待ちを打ち切り、timeout 時は CAN_TX_ERROR_COUNT を増やして CAN_TX_TIMEOUT_ACTIVE を立て、health を更新して loop に戻ります。これにより相手不在や ACK なしでも CAN task が送信待ちで固まり続けません。RX FIFO の overrun または Bus-Off を検出した場合は clear_receive_fifo() で受信 FIFO を破棄できる構造です。

CAN 異常時の挙動は以下です。

• Active / Warning: 通常通り 50 ms 周期で送信
• Passive: TEC/REC と状態を記録し、Bus-Off までは送信停止しない
• BusOff: transmit_async を呼ばず送信停止
• Recovering: TODO。stop() / start() による復旧手順は今後拡張

TWAI は TWAI0, TwaiMode::Normal, BaudRate::B125K, into_async(), SingleStandardFilter::new(b"0xxxxxxxxxx", b"x", [b"xxxxxxxx", b"xxxxxxxx"]) で初期化します。CAN TX/RX GPIO は controller panel 基板配線の GPIO26/GPIO27 を維持します。

pc_display_task

1 秒ごとに UART1 へ状態表示を送信します。表示内容は以下です。

• 燃焼済みかどうか
• CAN 通信状態
• internal status flags
• output/input GPIO status
• internal phase
• メインバルブ角度と Open! / Close! / Invalid
• 各ボタンの ON/OFF

INTERNAL_STATUS_PHASE は 0 => Idle, 1 => Firing, 2 => Timeout, 3 => Abort として表示します。現状の Integrated Board firmware では正常終了も phase=2 として扱われるため、phase=2 を受信した時点で burned を Done として保持します。角度表示は VALVE_ANGLE_X10 を 0.1 度単位で表示し、MAIN_VALVE_OPEN_ANGLE_X10 / MAIN_VALVE_CLOSED_ANGLE_X10 と許容範囲から状態文字列を決めます。

lcd_display_task

main.rs の通信監視ループ

これは Embassy task ではありませんが、メイン executor 上で常に動く監視ループです。CAN_RX_EVENT_FLAGS.swap(0, Ordering::Acquire) で受信イベントを読み取り、CAN_RX_EVENT_PEER が立っていた場合だけ last_can_peer_rx: Option<Instant> を Instant::now() で更新します。MAIN_RX_SIGNAL と VALVE_RX_SIGNAL は受信時刻の根拠にはせず、監視ループを起こすために select3 で待ちます。

統合先 CAN ノードは 1 つとして扱います。last_can_peer_rx が None の場合、最後の対象フレーム受信から COMMUNICATION_TIMEOUT_MS、現在は 1000 ms 以上経過した場合、または CAN_HEALTH が BusOff の場合は peer lost と判定します。peer alive の場合は状態 LED を点灯し、peer lost の場合は ERROR_COMMUNICATION_TIMEOUT_MS 周期で点滅します。

共有状態

名前	型	用途
BUTTON_STATE	AtomicU8	デバウンス後のボタン状態
INTERNAL_STATUS_PHASE	AtomicU8	InternalStatus.phase
INTERNAL_STATUS_FLAGS	AtomicU8	InternalStatus.flags
OUTPUT_GPIO_STATUS	AtomicU8	OutputGpioStatus.output_bits
INPUT_GPIO_STATUS	AtomicU8	InputGpioStatus.input_bits
VALVE_ANGLE_X10	AtomicI32	0.1 度単位のバルブ角度
MAIN_RX_SIGNAL	Signal<CriticalSectionRawMutex, ()>	main 系 CAN 受信イベント
VALVE_RX_SIGNAL	Signal<CriticalSectionRawMutex, ()>	valve 系 CAN 受信イベント
CAN_HEALTH	AtomicU8	CanHealth の現在値
CAN_TEC	AtomicU8	最後に観測した transmit error counter
CAN_REC	AtomicU8	最後に観測した receive error counter
CAN_TX_ERROR_COUNT	AtomicU32	transmit_async のエラー回数
CAN_RX_ERROR_COUNT	AtomicU32	receive_async と invalid DLC のエラー回数
CAN_MANAGER_HEARTBEAT	AtomicU32	can_manager_task の起床回数
CAN_RX_EVENT_FLAGS	AtomicU8	main 側が peer 受信時刻を更新するための受信イベント bit
CAN_TX_TIMEOUT_ACTIVE	AtomicBool	最新の CAN TX timeout 表示状態
latest logger snapshot	Mutex<RefCell<Option<LoggerDataSnapshot>>>	LoggerData の最新ADC値、counter、最終受信時刻

Atomic は最新状態の共有に使い、Signal は監視ループの起床に使います。受信回数は数えず、通信監視では main 側が CAN_RX_EVENT_PEER から更新した最後の peer 受信時刻だけを見ます。