Jak komunikacja ESP32–SBC stała się lżejsza, szybsza i bezpieczniejsza.

Stan początkowy: jeden tor komunikacji dla różnych zadań

Telemetria, komendy sterujące i większe dane przestrzenne współdzieliły założenia dotyczące częstotliwości oraz niezawodności. Ramka telemetrii miała około 75 bajtów, ramka sterowania około 20 bajtów, a pętla decyzyjna SBC pracowała z częstotliwością 30 Hz — jeden cykl co 33,3 ms.

Diagnoza: niezawodność i częstotliwość to nie to samo wymaganie

Świeża telemetria szybko traci wartość, dlatego spóźniony pakiet bywa gorszy niż pakiet pominięty. Komenda napędu jest inna: liczą się kolejność i potwierdzenie. Dane przestrzenne są cięższe i zmieniają się wolniej. Traktowanie wszystkich trzech strumieni jednakowo tworzyło zbędny narzut oraz łączyło niezależne tryby awarii.

Koniec z backlogiem: telemetria ma dostarczać najnowszy stan, nie historię kolejki

W ścieżce czasu rzeczywistego FIFO może zachować próbki poprawne technicznie, ale już nieaktualne. Jeżeli odbiorca chwilowo zwolni, nadrabianie t−3, t−2 i t−1 tylko opóźnia dojście do stanu t. Starsza próbka może więc zostać pominięta, aby odbiorca pracował na najświeższej poprawnej ramce.

Przed: kolejka i nadrabianie pomiar → serializacja → kolejka → transport → kolejka → parser → decyzja

→

Po: latest-state / no backlog pomiar → aktualna ramka → transport → walidacja → aktualny stan

Telemetria Najnowsza wartość, numer sekwencji i wiek danych. Stare próbki nie są nadrabiane.

Sterowanie Kolejność, ACK i ograniczone retry. Komendy nie są traktowane jak ulotna telemetria.

Mapa / dane przestrzenne Osobny strumień o niższej częstotliwości zapobiega blokowaniu świeżego stanu przez cięższy transfer.

Decyzja: rozdzielenie kanałów

Stałe ramki i bit-pakowanie: parser czyta offsety zamiast interpretować opis wiadomości

Redukcja 75 → 28 B oraz 20 → 9 B nie wynika wyłącznie z kompresji. Reprezentacja została zmieniona na stałą ramkę binarną, pola o znanej szerokości oraz flagi pakowane bitowo. Odbiorca czyta przewidywalne offsety i waliduje wersję, sekwencję, timestamp oraz sumę kontrolną.

7

6

5

4

3

2

1

0

Flagi bitowe READY, ERROR, LIMIT, ESTOP i SENSOR_OK mogą zajmować pojedyncze bity zamiast osobnych pól tekstowych.

Stałe offsety Znacznik, wersja, sekwencja, timestamp, flagi, payload i checksum mają przewidywalne pozycje.

Mniej pracy Mniej bajtów, kopiowania, serializacji i parsowania w ścieżce krytycznej.

Ważne: brak kolejki dotyczy świeżej telemetrii. Sterowanie nadal zachowuje kolejność, ACK i ograniczone retry.

Dlaczego watchdog pozostaje po stronie ESP32

Komputer z Linuksem może się zrestartować, zawiesić albo utracić łącze. Reakcja awaryjna nie może więc zależeć od tej samej ścieżki, która mogła ulec awarii. ESP32 mierzy wiek ostatniej zaakceptowanej komendy i lokalnie zatrzymuje wyjścia po skonfigurowanym czasie.

if (now_ms - last_valid_control_ms > CONTROL_TIMEOUT_MS) {
    drive_left = 0;
    drive_right = 0;
    state = SAFE_STOP;
}

Rezultat i interpretacja

Mniejsze ramki ograniczyły pracę serializacji i parsowania, a niezależne kanały zapobiegły blokowaniu świeżej telemetrii przez większe lub niezawodne transfery. W zmierzonym systemie pętla decyzyjna wzrosła z 30 Hz do 60 Hz. Kluczowa poprawa była architektoniczna: każda klasa danych otrzymała transport oraz politykę awarii odpowiadającą jej rzeczywistym potrzebom.