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本书以嵌入式系统为切入点，结合开源电机控制项目ODrive，采用“实践导向”的学习模式——避开繁杂理论与公式的困扰，由浅入深讲解嵌入式电机控制核心知识，帮助读者逐步构建完整的理论体系。?全书围绕ODrive项目层层展开：第1章先铺垫电机基础知识与磁场定向控制（FOC）原理；第2～3章聚焦实操，指导硬件选购调试与开发环境搭建；第4～7章深入技术核心，解析电路模块、软件架构、源代码逻辑及上位机原理；第8章以DIY遥控小车实战项目收尾，实现知识落地。书中同步提供配套代码、3D模型及B站视频教程，助力读者高效学习。?本书的适用人群广泛：既适合嵌入式电机控制领域的新人与学生，助力其跨越理论与实践的鸿沟；也适用于需要提升ODrive应用能力的工程师，深化其对技术的理解；对开源项目、智能硬件DIY感兴趣的爱好者，亦可通过本书掌握实用技能，为后续职业发展或自主开发项目奠定基础。

第1章  探秘电机世界——转起来	1
1.1  直流电机	1
1.1.1  有刷直流电机	1
1.1.2  无刷直流电机	2
1.2  交流电机	3
1.2.1  异步电机	3
1.2.2  永磁同步电机	4
1.3  其他常用电机	4
1.3.1  步进电机	4
1.3.2  舵机	5
1.4  磁场定向控制	6
1.4.1  第一步：获取电流与位置	6
1.4.2  第二步：坐标变换	6
1.4.3  第三步：PID运算	7
1.4.4  第四步：Park逆变换	7
1.4.5  第五步：SVPWM/SPWM	7
1.4.6  总结	8
第2章  ODrive实操——黑科技	10
2.1  探秘ODrive项目	10
2.2  选购ODrive硬件	11
2.2.1  电机	11
2.2.2  编码器	13
2.2.3  刹车电阻	13
2.2.4  电源	13
2.2.5  调试器	14
2.3  实操ODrive电机	15
2.3.1  安装上位机	15
2.3.2  初始化上位机	16
2.3.3  设置电机	16
2.3.4  设置编码器	17
2.3.5  设置刹车电阻	18
2.3.6  设置电机控制环增益参数	18
2.3.7  启动电机	19
2.3.8  自动闭环	19
2.3.9  操作状态机	20
2.3.10  切换控制模式	23
2.3.11  设定输入模式	24
第3章  ODrive开发环境——搞起来	26
3.1  Linux环境折腾指南	26
3.1.1  工具：交叉工具链	26
3.1.2  工具：GDB	27
3.1.3  工具：OpenOCD	28
3.1.4  工具：VSCode	28
3.1.5  工具：odrivetool	28
3.1.6  实操：下载代码	29
3.1.7  实操：编译	29
3.1.8  实操：刷机	30
3.1.9  实操：调试	31
3.2  Windows环境折腾指南	31
3.2.1  工具：Python＆Pip	31
3.2.2  工具：odrivetool	32
3.2.3  工具：交叉工具链	32
3.2.4  工具：GDB	34
3.2.5  工具：OpenOCD	34
3.2.6  工具：VSCode	35
3.2.7  工具：Git	35
3.2.8  实操：下载代码	35
3.2.9  实操：编译	35
3.2.10  实操：刷机	37
3.2.11  实操：调试	38
3.2.12  Windows常见问题	38
3.3  ODrive构建系统重构	39
第4章  ODrive电路大揭秘	57
4.1  探秘原理图	57
4.1.1  第一张原理图	57
4.1.2  第二张原理图	59
4.1.3  第三张原理图	59
4.1.4  第四张原理图	59
4.2  拆解模块电路	63
4.2.1  主控芯片	63
4.2.2  调试接口	65
4.2.3  USB通信电路	66
4.2.4  CAN总线	66
4.2.5  CAN终端电阻与启动模式	67
4.2.6  电源采样	68
4.2.7  GPIO	69
4.2.8  编码器	70
4.2.9  电源	71
4.2.10  0号电机驱动模块	73
4.2.11  1号电机驱动模块	74
4.2.12  刹车电阻	76
4.3  系统模块框图	77
第5章  ODrive软件——初探宫殿	78
5.1  软件总体：骨架	78
5.1.1  main函数主线	79
5.1.2  极简框图	80
5.2  文件夹结构：抽丝剥茧	81
5.3  线程：分身术剖析	84
5.3.1  主线程main函数	84
5.3.2  UART通信线程	85
5.3.3  USB通信线程	86
5.3.4  CAN总线通信线程	86
5.3.5  ADC1采样线程	87
5.3.6  状态机线程	87
5.3.7  定时器8中断函数（非线程）	88
5.4  自动生成文件：用代码写代码	89
5.4.1  autogen/version.c	89
5.4.2  autogen/interfaces.hpp	90
5.4.3  autogen/function_stubs.hpp	91
5.4.4  autogen/endpoints.hpp	91
5.4.5  autogen/type_info.hpp	92
5.4.6  自动代码生成小结	92
5.5  接口文件odrive-interface.yaml：设备对话说明书	94
5.6  RPC模块	97
5.7  耗时测量模块	98
5.8  数据更新模块	99
5.9  ADC采样模块	101
5.10  定时器模块	103
5.10.1  电机定时器	103
5.10.2  刹车电阻定时器	104
5.10.3  编码器定时器	105
5.10.4  PWM输入捕获定时器	105
5.10.5  任务耗时定时器	106
5.10.6  系统滴答定时器	107
5.11  温度测量模块	107
5.11.1  OnboardThermistorCurrentLimiter（板载）	107
5.11.2  OffboardThermistorCurrentLimiter（外接）	108
5.12  编码器模块	108
5.13  通信接口模块	109
5.13.1  USB通信	110
5.13.2  CAN通信	110
5.13.3  UART通信	111
5.14  FOC控制模块	111
5.14.1  TIM8中断触发	112
5.14.2  相电流采样	113
5.14.3  MOS管状态检查	114
5.14.4  电流审核	114
5.14.5  电流克拉克变换	115
5.14.6  控制块更新	116
5.14.7  相电流二次采样	119
5.14.8  电流矫正	120
5.14.9  FOC算法执行	120
5.14.10  时间戳错误检测	121
5.15  三环控制：稳住系统的三重护法	122
5.15.1  位置环	122
5.15.2  速度环	123
5.15.3  电流环	127
5.16  SVPWM模块	130
第6章  ODrive软件模块——拆解宫殿	134
6.1  汇编文件初始化	134
6.2  序列号初始化	139
6.3  系统时钟初始化	141
6.4  OTP初始化	147
6.5  配置初始化	149
6.5.1  板级参数	151
6.5.2  CAN参数	152
6.5.3  编码器参数	153
6.5.4  无感参数	154
6.5.5  控制器参数	155
6.5.6  轨迹控制参数	157
6.5.7  限位开关参数	157
6.5.8  刹车参数	158
6.5.9  电机参数	159
6.5.10  板载温度参数	161
6.5.11  外接温度参数	161
6.5.12  轴参数	162
6.6  板卡资源初始化	165
6.6.1  GPIO初始化	165
6.6.2  DMA初始化	166
6.6.3  ADC初始化	167
6.6.4  TIMER初始化	167
6.6.5  SPI初始化	168
6.6.6  中断初始化	168
6.6.7  UART初始化	169
6.6.8  I2C初始化	169
6.7  板载GPIO初始化	170
6.8  USB协议栈初始化	173
6.9  ADC1二次初始化	173
6.10  UART通信线程启动	175
6.11  USB通信线程启动	178
6.12  I2C通信线程启动	180
6.13  CAN通信线程启动	181
6.14  PWM捕获初始化	182
6.15  编码器初始化	183
6.16  电机初始化	184
6.17  交流估算器初始化	186
6.18  ADC和PWM定时器启动	186
6.19  ADC1采样线程启动	187
6.20  准备进入状态机	188
6.21  状态机线程启动	189
6.21.1  开机自动执行序列分析	190
6.21.2  完整校准序列分析	206
6.21.3  其他状态机分析	206
第7章  ODrive上位机——幕后大BOSS	209
7.1  初识上位机	209
7.2  拆解上位机指挥中心	210
7.2.1  odrivetool程序分析	210
7.2.2  子命令分析	214
第8章  ODrive定制项目——DIY你的轿跑	219
8.1  硬件模块	219
8.2  小车展示	220
8.3  原理解析	221
8.4  操作步骤	221
8.5  程序添加	221
8.6  实战验货	223
附录A	224

本书以嵌入式系统为切入点，结合业界优秀的开源电机控制项目（ODrive），带领读者由浅入深探索嵌入式电机控制领域。考虑到不少读者在职业生涯初期，面对繁杂的理论与数学公式容易感到迷茫，甚至失去学习信心，本书将从实践出发，通过实操帮助读者掌握电机控制的核心知识，逐步构建完整的电机控制理论体系。
为什么要学习本书？
随着科技的高速发展，电机控制已深度渗透到工业、交通、消费电子等多个领域，成为现代工程开发的重要基石：在工业领域，数控机床、流水线、机器人等依赖精准电机控制来提升效率；在交通工具领域，新能源汽车、电动自行车、无人机等需要依赖高精度电机控制来保障运行；在消费电子领域，洗衣机、空调、冰箱、吸尘器等通过高效电机控制来优化性能与能效。
电机控制与嵌入式系统密不可分，是现代工程开发中不可或缺的技术组合。嵌入式设备无处不在，而开源电机控制项目（ODrive），能有效帮助读者理解嵌入式系统与电机控制的关联。
嵌入式电机控制领域对工程师的需求旺盛，掌握本书内容，将对面试相关岗位大有帮助。如何成为一名合格的嵌入式电机控制工程师呢？这需要工程师兼具软硬件的知识储备，既要理解电机控制的核心算法逻辑，又要熟悉嵌入式系统的硬件架构与软件开发流程，在这一过程中需要掌握的技术名词繁多，笔者不再逐一罗列。与其死记硬背，不如跟随本书完整“走一遍”ODrive的实现过程 ——既能掌握电机控制技术，又能精通嵌入式知识，岂不高效？
如何阅读本书？
很多人会问笔者：“你是做软件的，还是做硬件的？”在笔者看来，嵌入式电机控制工程师是软硬件结合的综合型职业，掌握的知识越全面，专业竞争力越强。这条学习之路没有捷径，尤其对初学者而言，需要多动手实践、多思考问题，更要常问“为什么”。在本书中，笔者将尽可能分享学习思路与方法，且始终秉持 CEP的学习原则：Confidence（自信），即坚信自己能够掌握相关知识与技能；Effort（努力），即在学习过程中投入足够多的精力，主动钻研；Persistence（坚持），即坚持达成学习目标。
此外，笔者建议读者在学习时，先忽略不必要的细节，优先厘清整体流程，再深入研究具体环节；在掌握核心思路后，通过持续练习巩固所学，假以时日，定能清晰感受到自身的进步！
内容介绍
第1章先以趣味“电机八卦”开篇，介绍直流电机、交流电机及其他常用电机的基本知识，拆解其控制秘诀，再重点引出磁场定向控制（FOC），说明其让电机精准高效运转的优势，为后续ODrive的学习奠定基础。?
第2章聚焦ODrive实操，从硬件选购（控制板、配件、电机、电源等）、硬件连接，到配置调试（实现电机快慢、转圈控制），助力读者获得电机操控的成就感。?
第3章指导搭建ODrive开发环境，针对Linux/Windows系统，讲解必备工具（VSCode、GDB、OpenOCD）的安装，以及源代码下载、编译等操作，提供基于Makefile的简化构建系统，帮助读者避开原生系统的复杂搭建环境难题。?
第4章解析ODrive电路，从原理图入手，介绍供电（系统能源核心）、主控（指挥中心）、驱动（电机指令下达者）、通信（指令与状态传输）模块，最后提炼功能模块框图，帮助读者理解电路逻辑与整体工作流程。?
第5章初探ODrive软件架构，分析软件框架、文件夹结构、自动生成代码等模块，重点解读 FOC（电机控制灵魂）与 SVPWM（控制电机动作），以及ADC采样、定时器、编码器等关键功能，展现软件模块间的协同运作。?
第6章深入源代码，围绕main函数（系统启动与初始化、状态机启动），逐行拆解软件模块代码，让读者从代码新手快速成长为能理解代码运行逻辑的“老司机”。
第7章揭秘上位机（odrivetool）的源代码，展现其作为“幕后 BOSS”的主要功能，以及实现电机遥控指挥的原理。?
第8章引导读者DIY遥控小车，涵盖3D打印车身（提供模型下载）、固定安装ODrive开发板与电机、接入遥控接收机等，让读者亲手打造自己的专属“轿跑”。
如何获取资源？
本书的示例代码仓库位于笔者的公众号内，是学习与参考ODrive控制系统的优质资料之一。笔者强烈建议读者亲自动手编译、调试并分析代码，以显著提升对ODrive控制系统的掌握程度。此外，笔者还在B站发布了本书的配套视频教程，其内容与书籍紧密衔接，能为读者提供更直观的学习体验，希望读者在实践中掌握技术，享受开发乐趣。

编者
2025.06

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