1. 系统整体结构与模块化设计

OpenExo 软件架构高度模块化。系统可根据需要自由组装各个功能模块，由一个 Arduino 级别的主控 MCU 统一调度。每个模块（如电机、控制器、传感器、LED 显示等）都是独立的，可插拔、可扩展，便于支持不同的实验和应用场景。

2. 两大核心类：ExoData 与 Exo

A. ExoData

• 定位：ExoData 作为数据与参数的载体，负责保存系统的所有遥测（telemetry）数据和当前控制参数。

• 结构特点：ExoData 的层级与 Exo 的模块化硬件结构一一对应，实现了“软硬件一体化抽象”。

• 作用：

  • 存储和实时更新各传感器数据（如力敏电阻FSR、力矩传感器、马达反馈等）；

  • 存储和同步当前所有控制器参数、状态（如各关节的目标/实际力矩、控制模式等）。

B. Exo

• 定位：Exo 类是真正“驱动外骨骼硬件逻辑”的主对象，负责所有部件的实际控制和数据流转。

• 作用：

  • 组织、调度所有底层模块（如马达、控制器、传感器、LED等）；

  • 每轮主循环执行run()，完成数据采集、控制运算、命令下发等任务。

C. 数据结构的层级关系

可以用如下树状结构理解 Exo/ExoData 关系：

Exo / ExoData
├── StatusLed       // 状态指示灯模块
├── SyncLed         // 同步指示灯模块
├── FSRs            // 足底压力传感器模块
└── Side / SideData // 左/右侧模块└── Joint / JointData      // 每个关节（如髋、踝、肘等）├── TorqueSensor       // 力矩传感器├── Motor / MotorData  // 电机驱动与反馈└── Controller/ControllerData // 控制器及其参数

说明：

• “/” 表示 Exo 和 ExoData 的同层镜像关系

• 每一层的Data对象存储该模块的状态和参数

• 这样做方便主控、蓝牙、远程上位机等任意环节“全局访问/更新/同步”当前设备状态

• Exo：总控制器，调度所有下级模块。

• StatusLed/SyncLed/FSRs：与外部交互的硬件模块。

• Side（如左/右腿）：每侧独立实例，可适配不同任务（如左踝+右髋）。

• Joint：每个关节可配置不同的传感器、电机和控制策略（比如左侧髋关节是直驱，右侧踝关节是Bowden拉索）。

• 各模块的 Data：每层对象都有与之配套的数据描述类（如 JointData），实现参数与状态分离（方便持久化/同步/通信）。

3. 多微控制器协作与BLE通信

• 有的硬件会配备两个 MCU：

  • 主 MCU（主控）：执行核心控制任务（如实时采集、计算控制量、下发马达指令）。

  • 通信 MCU（如 Arduino Nano BLE 33）：处理蓝牙通信和一些“软实时”任务（如数据上传/接收、远程调参）。

• 两者通过 UART 通信，ExoData 作为协议“桥梁”，同步数据/参数。

• 常见相关类有：

  • ComsMCU / ExoData：通信 MCU 端的数据容器

  • ExoBLE / ExoData：蓝牙接口的数据容器

  • BleParser：负责BLE数据解析与命令分发

4. 主控软件运行流程（主循环伪代码）

• 从SD卡读取配置

  • 如关节数量、类型、参数、控制器配置等

• 创建 ExoData 实例

  • 静态变量方式保存主数据结构

• 创建 Exo 实例

  • 同样静态变量，管理所有外设/模块

• 每周期运行流程：

  • 读取蓝牙/串口/本地消息，更新 exo_data

    • 包括参数调整、控制模式切换、状态同步等

  • 调用 exo.run()

    • 依次调度所有子模块（如各关节、各传感器、LED 等）

    • 完成采集、运算、指令下发

典型主循环C++伪代码：

void loop() {// 1. 读取外部消息（如蓝牙参数、命令）BleParser.parseIncoming(&exo_data);// 2. 更新数据、同步状态exo_data.update();// 3. 调用核心控制逻辑exo.run(&exo_data);// 4. 采集/上报/存储数据等exo_data.log();
}

5. 架构优点小结

• 完全模块化，软硬件结构高度镜像，易于维护、扩展、可视化；

• 所有参数/状态集中于 ExoData，方便通信与远程配置；

• 硬件更换、控制策略切换非常方便，只需变更 SD 卡配置，无需代码大改；

• 支持多MCU分布式架构（实时主控+通信/可视化分工），适合科学实验和实际场景使用。

6. 与 Code Structure 的关系

高层功能模块是所有底层 C++ 代码和硬件抽象的核心“骨架”。每一个子模块（如 Joint、Motor、Controller）都可在详细的 Code Structure 章节查找对应的实现、继承和接口规范。

实用建议

• 如需开发新功能，只需扩展 Joint/Motor/Controller 的派生类，并在 ExoData 里加入参数描述即可；若需远程调参/数据可视化，可直接基于 ExoData 实例和 BLE 协议扩展新接口。