Architektur: Kernel & Datenfluss

Wie ein CRSF-Datenstrom zu Flügelschlag und Leitwerk wird: Modulgrenzen, die zwei Misch-Kernel und die Zustandsmaschine, die den Pterosaurier am Leben hält, wenn der Link stirbt.

Signalpfad

PteronautOS ist ein ExpressLRS-4.x-Fork, der den „PWM-Durchreichen“-Schwanz des Empfängers durch eine eigene Flugsteuer-Schicht ersetzt hat. Der Datenweg ist bewusst kurz:

CRSF radio link
  │  2.4 GHz SX1280
  ▼
rx_main / CRSF decoder        → ChannelData[]  (raw 172…1811 µs-window values)
  ▼
Ornithopter::update()          → _readChannels() → voice* fields
  ▼  kernel select: activeProfile ≥ GEARBOX_2VTAIL_1RUD ?
_computeServoMixer()   OR   _computeGearboxMixer()
  ▼
_f[]  (indexed by ServoFunc tag, µs)
  ▼
PWM output stage               → funcMap channels → wing / rudder / motor servos

Vier strukturelle Ideen halten das Biest stabil und den Code klein:

Kanäle werden früh normalisiert. Jeder Rohwert im CRSF-Fenster 172–1811 wird einmal auf −1…+1 (_crsfToNorm) oder auf einen Prozentwert abgebildet, und nur diese Einheit fließt durch die Mixer — keine wiederholten magischen Konstanten.
Ausgänge werden getaggt, nicht verdrahtet. Die Mixer schreiben in _f[ServoFunc]. Welchen physischen PWM-Ausgang ein Tag treibt, entscheidet später das funcMap des Profils — siehe Mixer-Referenz .Das Neu-Verdrahten eines Modells berührt nie die Mixer-Mathematik.
Der Kernel ist eine Compilezeit-Familie, eine Laufzeit-Entscheidung. Sowohl der Wellenform-Flatterer als auch der Getriebe-Controller leben im Binärbild; das aktive Profil wählt den Kernel jeden Update-Tick.
Failsafe ist kein Ereignis, sondern ein Zustand. Link-Verlust, Bank-Modus und Stick-Override sind explizite Gates in update(), damit Servos nie durchgehen, solange das Radio schweigt.

Zwei Kernel: Waveform & Getriebe

Ein Kernel ist der Block, der normalisierte Kanäle in Servo-Funktions-µs verwandelt. PteronautOS hat zwei Familien, unterschieden anhand der Mixer-Profilnummer:

Familie	Profile	Aktoren	Modell-Archetyp
Wellenform-(Servo-)Kernel	0 SERVO_2WING · 1 SERVO_2WING_1RUD · 2 SERVO_4WING	Schlagflügel-Servos (2–4), Kamm-Ruder	Ornithopter mit Direktantrieb-Servos — das klassische PteronautOS
Getriebe-Kernel	3 GEARBOX_2VTAIL_1RUD · 4 GEARBOX_1MOT_2VTAIL · 5 GEARBOX_1MOT_2VTAIL_1RUD · 6 GEARBOX_1ELE_1RUD · 7 GEARBOX_1MOT_1ELE_1RUD	Motor-ESC, V-Leitwerk oder Höhenruder + Ruder	Getriebe-/motorisierter Flatterer mit konventionellem Leitwerk

Die Auswahl geschieht in update() mit dem einzigen Test PROFILE_IS_GEARBOX (activeProfile ≥ 3). Das Profil selbst ist ein Laufzeitwert: Es startet aus dem Build-Flag MIXER_PROFILE (das alte ORNITHOPTER_GEARBOX=1 mappt weiter auf Profil 5), lässt sich aber live über die WebUI per setOrnithopterProfile() umschalten — die Firmware zielt ohne Reflash auf eine neue Zelle um. Insgesamt gibt es acht Profile; ihre exakten funcMap-Layouts stehen in der Mixer-Referenz.

Waveform-Kernel (Servo-Flatterflügel)

Das Wellenform-Kernel ist, was die meisten unter „PteronautOS“ verstehen: zwei Flügel-Servos führen eine phasenkontinuierliche Oszillation aus, deren Form jeden Zyklus gemeißelt wird. Seine Anatomie:

Flatter-Gate mit Hysterese. Der Schub muss die Flatter-Schwelle (Standard roh ≈303, ≈1,08 ms PWM-Äquivalent) überschreiten, um ins Flattern zu kommen; er verlässt sie erst unterhalb Schwelle − 50 Hysterese, damit grenzwertiger Schub die Flügel nie flattern lässt.
Frequenz. Ein FlappingOscillator schreitet mit realer Ablaufzeit fort (µs-Takt, dt auf 100 ms begrenzt). Das Kadenzziel mischt den CH6-Flatterfrequenzkanal und Schub über das throttleFrequencyMix des Profils, innerhalb 0,5 Hz…flapBaseFreq/10.
Amplitude. Schub-Prozentsatz des Servo-Geschwindigkeitsdecke ampMax = degPerSec / (2·f) (mit degPerSec = 60°/servoSpeed_ms), hart auf 55° vor dem Multiplikator begrenzt. Die Amplitude kollabiert daher bei hoher Frequenz natürlich — der Flügel verlangt nie mehr, als der Servo liefern kann.
Heftigkeit. Die Heftigkeiten von Abschlag (Kraft) und Aufschlag (Erholung) werden pro Schlag geformt, asymmetrisch durch Höhenruder moduliert (Ziehen härtet den Abschlag, Drücken den Aufschlag) und durch Schub-Kopplung, dann vor der Formfunktion auf 0…8 begrenzt.
Gier-Differentiale. Das Ruder addiert L/R-entgegengesetzte Heftigkeit (rudderFerocityRange) und L/R-entgegengesetzte Amplitude (rudderAmplitudeDifferential), während die Schlagumkehrphase zwischen den Flügeln geteilt bleibt — die Kurvenautorität kommt vom asymmetrischen Verweilen, nicht von desynchronisierten Flügeln.
Geometrie & Ausgang. Die geformte −1…+1-Welle wird in Grad skaliert, gegen Quer-/Höhenruder-Steuerung (±60° Autorität × Skala) gemischt, um den Gleit-/Flatterzentrum-Trim versetzt, auf 0…180° begrenzt und dann über die konfigurierbare Hülle servoMinUs…servoMaxUs (Standard 988…2012) mit Funktions-Trim in µs gewandelt.
Gleit-Zweig. Unterhalb der Flatter-Schwelle klingt der Oszillator ab, und die Flügel halten einen statischen Gleitwinkel — ein idealer Bank-und-Start-Zustand.

Getriebe-Kernel (Motor + Leitwerke)

Das Getriebe-Kernel tauscht reinen Flügelschlag gegen einen motorisierten Antrieb plus konventionelles Leitwerk. Da ein Motor kontinuierlich dreht, ist dieses Kernel pro Tick zustandslos — kein Oszillator — und stattdessen:

mappt Schub (scharf) auf einen 1000…2000 µs-ESC-Befehl (SF_MOTOR), Leerlauf bei entschärft;
mischt das Leitwerk: V-Profile nutzen eine Elevon-Mischung (Quer+Höhe / Quer−Höhe), klassische Profile eine separate Höhenruderfläche;
lässt Zephyrus (wenn aktiviert) Roll- und Nick-PID-Korrekturen in die Leitwerk-Servos einspeisen, begrenzt auf ±250 µs (ZEPHYR_GEARBOX_CLAMP_US), damit ein Sensor-Glitch nie einen Servo blockiert;
behält denselben Ruder-Mixer und dieselbe µs/Trim/Clamp-Hülle wie das Wellenform-Kernel.

Ein Ornithopter-Rig kann sogar beide Persönlichkeiten tragen: Flatterstart mit dem Wellenform-Kernel, Reiseflug mit dem Getriebe — der Laufzeit-Profilwechsel ist jene eine Zeile in update().

Zustände: Link, Bench & Failsafe

update() wird mit festem ~10 ms-Takt aus der WiFi/Servo-Schleife aufgerufen und prüft vor jedem Mixer drei Flags:

Zustand	Bedingung	Verhalten
Normalflug	linkUp + Scharf-Kanal aktiv	Voller Kernel-Ausgang folgt den Sticks
Bank-/Panel-Modus	`benchMode` (WebUI-Panel, keine RC-Verbindung)	Neutrale Sticks werden eingespeist, Schub unter der Flatter-Schwelle geparkt — Gleit- und Trim-Änderungen sind live sichtbar
Stick-Override	`stickOverride` (virtuelle Kanäle)	Firmware-eingespeiste Kanalwerte ersetzen CRSF vollständig (Servo-Sweeps, Tests)
Failsafe	Link verloren (`onLinkDown` / `enterFailsafe`)	Alle Funktionen zentrieren auf 1500 µs, Oszillator zurückgesetzt, Motor → min; CRSF-Paketverlust zentriert auch auf RX-Ebene

Das Zentrieren-bei-Verlust-Verhalten ist absichtlich in zwei Schichten dupliziert: Der CRSF-Stack sichert die Kanaldaten ab, und die Ornithopter-Schicht sichert die Geometrie ab (inklusive Oszillationszustand). Ein totes Radio hinterlässt daher eine gleitende, steuerbare Zelle — niemals eine zappelnde.

Quellcode-Karte

Modul	Pfad	Zuständigkeit
Ornithopter-Schicht	`src/lib/Ornithopter/`	Kernel-Auswahl, Mixer-Mathematik, Wellenform-Oszillator, Profile, Trim
Flugprofile & Konstanten	`src/lib/Ornithopter/OrnithopterConfig.h`	MixerProfile-Enum, ServoFunc-Tags, funcMap, alle numerischen Standards
Oszillator / Form	`src/lib/Ornithopter/OrnithopterWaveform.h`	Phasenintegration, Heftigkeits-Formung, Umkehrlogik
Zephyrus (optional)	`src/lib/Zephyrus/`	MPU6050 + Mahony-AHRS, Dual-PID, Kamm-/Leitwerk-Korrektur
PWM-Ausgangsstufe	`src/lib/ServoOutput/devServoOutput.cpp`	Schreibt µs synchron zum CRSF-Tick
WebUI-Konfiguration	`src/lib/WIFI/devWIFI.cpp`	Laufzeit-Profil + Tuning-Persistenz (`/pteronautos`)

Die nächsttiefere Schicht — exakt welche Wellenform die Zahlen erzeugen und wie jedes Profil Funktionen auf PWM-Ausgänge verdrahtet — lebt in der Mixer-Referenz , und die Servo-Timing-Hülle ist im Artikel Servo-Kernel dokumentiert.