diff --git a/AGENTS.md b/AGENTS.md index e5e937c5..a2963b12 100644 --- a/AGENTS.md +++ b/AGENTS.md @@ -46,7 +46,7 @@ - netTask：`net_stack_bring_up`（配置已由 defaultTask 在屏障前加载，本任务只读 RAM 副本）→ 置 NET_READY → 循环 `net_poll` + `net_process_messages`；消费 `SYS_EVT_NET_RECONFIG` → 按网络代次号重建监听（新 IP 免重启生效） - defaultTask：`f_mount` forced（无卷自动 `f_mkfs`；挂载后卷健康探针，FAT 区陈旧时自愈重格式化）→ 加载网络配置 → STORAGE_READY → LED 闪烁；同时是 syslog（`/log/run.log`·`selftest.log`，定长 64B 记录）的**唯一写者**与**配置引擎属主**（netTask/uiTask 不得直接触碰配置引擎） - adcTask：**纯消费者**——每拍 `adc_input_poll()`（TPAFE 原子快照 + 消费一帧 STM32 ADC1 DMA 双缓冲），只取数不做保护运算；**节拍与唤醒同源**（TIM3 ISR 内触发 CONVST + 同一更新事件经 TRGO 触发 ADC1，并调 `adc_tick_irq_notify()` 置位，任务 `osThreadFlagsWait` 等唤醒）。⚠ ISR 侧**只能**走 `adc_tick_irq_notify()`（内含"消费者就绪"门，TIM3 比调度器早 ≈100 ms 启动）；手写于 `Src/freertos.c` 的 `USER CODE` 区，纳入 IWDG `required_mask`（`TASK_WD_ADC`） -- **采集与算法层（L1/L2/L3）落在 `App/algo/`**：`adc_input`/`adc_health` = L1，`sample_ring`/`phasor` = L2，`freq` = L2.5 测频（B8，自适应窗），`prot_set`/`prot_elm` = L3。板端消费者 = **protectTask**（B5，2026-10-12）：20 ms 节拍 `prot_elm_run()` + L5-4 采样故障闭锁 + L5-1 定值校验和巡检；跨上下文复归（104 YK11）经 `prot_elm_request_reset()` 落请求。纳入 IWDG `required_mask`（`TASK_WD_PROTECT`，产品 `0x1F7`）。→ `App/algo/README.md` +- **采集与算法层（L1/L2/L3）落在 `App/algo/`**：`adc_input`/`adc_health` = L1，`sample_ring`/`phasor` = L2，`freq` = L2.5 测频（B8，自适应窗），`prot_set`/`prot_elm` = L3。板端消费者 = **protectTask**（B5，2026-10-12）：20 ms 节拍 `prot_elm_run()` + L5-4 采样故障闭锁 + L5-1 定值校验和巡检；跨上下文复归（104 YK11）经 `prot_elm_request_reset()` 落请求。纳入 IWDG `required_mask`（`TASK_WD_PROTECT`，产品 `0x1F7`）。→ `docs/算法/采集与算法层设计说明.md`（设计与判据）、`App/algo/README.md`（目录索引） - 全景 → `docs/架构设计/项目架构总览.md`；启动时序与内核前模式 → `docs/架构设计/项目启动顺序管理.md` diff --git a/App/README.md b/App/README.md index e2b14f6f..b4aef01d 100644 --- a/App/README.md +++ b/App/README.md @@ -16,7 +16,7 @@ FreeRTOS/CMSIS-RTOS API**（见 `AGENTS.md`「平台约束」）。 | `app/` | **应用入口与全局**：`app_main.c/h`（初始化入口）、`app_cfg.h`（编译开关）、`sys_events.h`（就绪事件） | [`app/README.md`](app/README.md) | | `cfg/` | **配置引擎**：`/config.ini` 解析 + 原子持久化（旧二进制档已废弃，2026-10-10） | [`cfg/README.md`](cfg/README.md) | | `sync/` | **时间同步任务**：`time_sync.c/h` | [`sync/README.md`](sync/README.md) | -| `algo/` | **采集与算法层（L1/L2）**：`adc_input.c/h`（语义通道映射 + STM32 ADC1 扫描） | [`algo/README.md`](algo/README.md) | +| `algo/` | **采集与算法层（L1/L2/L3）**：语义取数 + 有效性判定 + 采样环/相量/测频 + 定值模型 + 保护元件框架 | [`algo/README.md`](algo/README.md)（索引）；设计 → `docs/算法/采集与算法层设计说明.md` | | `log/` | **日志子系统**：syslog（NAND）+ 控制台单写者日志 | [`log/README.md`](log/README.md) | | `task/` | **FreeRTOS 任务实现**（6 个任务） | [`task/README.md`](task/README.md) | | `util/` | **通用工具**：CRC / 环形缓冲 / 墙钟时间 | [`util/README.md`](util/README.md) | diff --git a/App/algo/README.md b/App/algo/README.md index 76dc63d8..5860f348 100644 --- a/App/algo/README.md +++ b/App/algo/README.md @@ -1,360 +1,128 @@ -# App/algo/ — 采集与算法层（L1 / L2） +# App/algo/ — 采集与算法层（L1 / L2 / L3） -> **自研代码**，属 `docs/算法/继电保护功能复现规划.md` §2.1 分层中的 **L1（采集与预处理）** -> 与 **L2（相量计算）**。原则：**算法与 I/O、与调度分离**——本层不建任务、不做保护判据、 -> 不碰寄存器（唯一例外见 §3.1），只做"数"（原始码值 → 语义通道）与"相量" -> （采样序列 → 复相量），因而可被主机侧单元测试（L0.5）离线全覆盖（落实登记簿 **A-4**）。 -> -> 任务侧（`App/task/adc_task.c`）只做**消费与编排**；任何新算法一律落在本目录，勿塞进 `App/task/`。 +> 本目录的**索引**：文件清单、依赖、逐文件的"改代码必须知道"、构建与测试入口、新增模块动作。 +> **详细设计——机制、契约、判据、为什么这样设计 → `docs/算法/采集与算法层设计说明.md`**（本文不复制其内容）。 +> 分层归属与功能项状态 → `docs/算法/继电保护功能复现规划.md` §2.1； +> 通道映射唯一权威 → `docs/硬件平台/ADC通道映射说明.md`；采样节拍 → `docs/子系统设计/ADC采样节拍设计说明.md`。 ## 1. 文件清单（一眼版） | 文件 | 层 | 作用（一句话） | 主要对外入口 | 覆盖规划项 | |---|---|---|---|---| -| `adc_input.h` / `adc_input.c` | L1 | **统一语义取数层**：把两片转换器的原始码值按语义（`UA…IN`/温度）暴露，并消费 STM32 ADC1 的 DMA 乒乓双缓冲 | `adc_input_init()` `adc_input_poll()` `adc_input_raw()` | L1-2 / L1-3 / L1-4 | -| `adc_health.h` / `adc_health.c` | L1 | **采样有效性判定层**：吃"计数快照"（帧序号/错误计数），产出静默/丢帧/单调性/错误增量故障位——判定与告警编排分离 | `adc_health_init()` `adc_health_check()` `adc_health_flags()` | L1-6 | -| `sample_ring.h` / `sample_ring.c` | L2 输入 | **采样环缓冲**：按语义通道保存最近 2 个周波（40 点）采样值，供相量层"以当前时刻为终止"取窗 | `sample_ring_push_frame()` `sample_ring_window()` | L2 输入（为 L2-6 滑动窗供数） | -| `phasor.h` / `phasor.c` | L2 | **全周傅氏相量计算**：一周波 20 点单频 DFT → 基波/谐波相量（有效值口径），双区原子切换供无锁读 | `phasor_run()` `phasor_get()` `phasor_calc()` | L2-1 / L2-2 / L2-3 / L2-6 / L2-7 | -| `prot_set.h` / `prot_set.c` | L3 输入 | **保护定值模型**：Q10 定点 RAM 表（通讯地址对照参考 `g_tCommSetParaTab`）+ 范围校验 + 校验和封存自检闭锁 | `prot_set_init()` `prot_set_load_raw()` `prot_set_get_f()` `prot_set_selfcheck()` | §5 定值模型 / L5-1 | -| `prot_elm.h` / `prot_elm.c` | L3 | **保护元件框架**：通用"越限 + 返回系数滞回 + 定时限"核 + 数据驱动实例表（过流三段 / 过负荷 / 过压 / 欠压 / 零序过压 / **过频 / 低频**） | `prot_elm_init()` `prot_elm_eval()` `prot_elm_run()` `prot_elm_active_mask()` | L3-1 / L3-3 / L3-4 / L3-5 / L3-6（软件侧） | -| `freq.h` / `freq.c` | L2 派生量 | **频率测量**：相邻两拍基波相量共轭乘积取角（每拍相位增量）+ 自适应窗长滑动平均 + 假值钳制 + 幅值门（UA→IA 源回退） | `freq_init()` `freq_run()` `freq_get()` `freq_valid()` | L3-5 测量侧（`docs/算法/继电保护功能复现规划.md` §4.2 测频范围） | +| `adc_input.h` / `.c` | L1 | 统一语义取数：两片转换器的码值按语义（`UA…IN` / 温度）暴露，并消费 STM32 ADC1 的 DMA 乒乓缓冲 | `adc_input_init()` `adc_input_poll()` `adc_input_raw()` | L1-2 / L1-3 / L1-4 | +| `adc_health.h` / `.c` | L1 | 采样有效性判定：吃计数快照，产出静默 / 丢帧 / 单调性 / 错误增量故障位（判定与告警编排分离） | `adc_health_check()` `adc_health_flags()` | L1-6 | +| `sample_ring.h` / `.c` | L2 输入 | 按语义通道存最近 2 周波（40 点），供相量层"以当前时刻为终止"取窗 | `sample_ring_push_frame()` `sample_ring_window()` | L2 输入（为 L2-6 供数） | +| `phasor.h` / `.c` | L2 | 全周傅氏：一周波 20 点 DFT → 基波 / 谐波相量（有效值口径），双区原子切换供无锁读 | `phasor_run()` `phasor_get()` `phasor_calc()` | L2-1 / L2-2 / L2-3 / L2-6 / L2-7 | +| `freq.h` / `.c` | L2 派生量 | 频率测量：相邻两拍基波相量共轭乘积取角 + 自适应窗滑动平均 + 假值钳制 + 幅值门（UA→IA 源回退） | `freq_run()` `freq_get()` `freq_valid()` | L3-5 测量侧（测频范围 → `docs/算法/继电保护功能复现规划.md` §4.2） | +| `prot_set.h` / `.c` | L3 输入 | 保护定值模型：Q10 定点 RAM 表 + 范围校验 + 校验和封存 / 自检 / 闭锁 + 持久化 blob 纯逻辑 | `prot_set_load_raw()` `prot_set_get_f()` `prot_set_selfcheck()` | L5-1 载体 | +| `prot_elm.h` / `.c` | L3 | 保护元件框架：通用"越限 + 返回系数滞回 + 定时限"核 + 数据驱动实例表（过流三段 / 过负荷 / 过压 / 欠压 / 零序过压 / 过频 / 低频） | `prot_elm_run()` `prot_elm_eval()` `prot_elm_active_mask()` | L3-1 / L3-3 / L3-4 / L3-5 / L3-6（软件侧） | -依赖关系（自下而上，无环）：`adc_input.h`（纯枚举 + 声明）← `sample_ring` ← `phasor` ← `freq`； -`prot_set` **独立**（仅 `stdint.h`）；`prot_elm` ← `prot_set` + `phasor` + `freq`。 -`sample_ring.c` / `phasor.c` / `adc_health.c` / `prot_set.c` / `prot_elm.c` / `freq.c` **零平台依赖** -（只用 `math.h` / `stddef.h` / `stdint.h` 与本目录头）； -`adc_input.c` 另依赖 `adc.h`（`hadc1`）与 `tpafe5160.h`（快照），主机侧以桩头替身。 +依赖（自下而上、无环）：`adc_input.h`（纯枚举 + 声明）← `sample_ring` ← `phasor` ← `freq`； +`prot_set` **独立**；`prot_elm` ← `prot_set` + `phasor` + `freq`。 +`adc_health` 只吃调用方喂进来的计数快照，不反向依赖 L1 实现。 -## 2. 数据流（一拍 = TIM3 1 kHz 节拍） +**除 `adc_input.c` 外全部零平台依赖**（只用 `stdint.h` / `math.h` / `stddef.h` 与本目录头） +→ 可被主机单测 `#include` 原样纳入、免桩跑。`adc_input.c` 另依赖 `adc.h`（`hadc1`）与 +`tpafe5160.h`（快照），主机侧以桩头替身。 -```mermaid -flowchart TD - TIM3["TIM3 更新事件 1 kHz（PSC 83 / ARR 999）
ISR: tpafe5160_start_conv_irq() + adc_tick_irq_notify()
同一事件经 TRGO 触发 ADC1"] --> TPAFE["TPAFE5160 转换
BUSY EXTI 收帧"] - TIM3 --> ADC["STM32 ADC1 一轮 9 通道（≈67 us）
DMA2_Stream4 循环模式自动搬运"] - ADC --> PP["乒乓双缓冲 s_stm32_dma[2×9]
半传输 / 传输完成回调各推进 seq"] - TIM3 -. "ADC_WAKE_FLAG
osThreadFlagsWait" .-> TASK - TPAFE --> POLL - PP --> POLL - TASK["adcTask（事件驱动唤醒，非定时轮询）
App/task/adc_task.c"] --> POLL["adc_input_poll()
TPAFE 快照 + 消费刚完成的那半区（零忙等）"] - POLL --> RAW["adc_input_raw(ch) × 9
按语义取原始码值"] - RAW --> RING["sample_ring_push_frame()
整帧入环（40 点窗）"] - RING --> RUN["phasor_run()
逐实例 20 点重算 + 双区切换"] - RUN --> FREQ["freq_run()
共轭乘积相位增量 + 自适应窗均值（B8）"] - RUN --> GET["phasor_get(idx)"] - FREQ --> FGET["freq_get() / freq_valid()"] - GET --> CONS["消费者：adcTask 日志（现状）
UI / 自检 / L3 保护任务（待接）"] - FGET --> PCONS["消费者：prot_elm_run() OF/UF 判据（B8）
adcTask 心跳 freq 行"] -``` +## 2. 一拍的数据流（一眼版） -初始化落点：`adc_input_init()` 与 `phasor_init()`、`freq_init()` 由 `App/app/app_main.c` 的 -`app_main_init()` 在**内核启动前**调用（各 `*_init()` 均无 RTOS 依赖、幂等）； -`phasor_init()` 内部会连带 `sample_ring_init()`，等价于"刚上电"。 +`adc_input_poll()` → `adc_input_raw()` ×9 → `sample_ring_push_frame()` → `phasor_run()` +→ `freq_run()` → 消费者（`adcTask` 心跳与 L1 健康判定；`protectTask` 每 20 ms 取相量 / 频率跑 +`prot_elm_run()`）。节拍 = TIM3 1 kHz 更新事件，两片转换器同源触发。 +完整数据流图与初始化落点 → `docs/算法/采集与算法层设计说明.md` §2。 -## 3. 逐文件说明 +## 3. 逐文件要点（只留"改代码时必须知道"的；机制与理由见设计文档） -### 3.1 `adc_input.c` / `adc_input.h` — L1 ADC 输入层 +> **改本目录前先记四条红线**：① 取数只经 `adc_input_raw()`，不写死下标；② **禁止跨转换器**做 +> 相位 / 功率 / 矢量运算（N-18）；③ 标定未落地，现以原始码值充当工程量，**幅值读数不可作精度判据**； +> ④ 本层不建任务、不等事件、不写日志，`*_init()` 才可在内核前调。 +> 全文 → `docs/算法/采集与算法层设计说明.md` §10。 -**解决的问题**：V0.1 上 8 路电气量被两片转换器分片（硬件缺陷 **N-18**），且网名 `AINn` -≠ 板级 `ADCn` ≠ 转换器通道号（13/17 路置换）。若消费侧直接索引驱动缓冲，改版即全线错位。 -本层把"哪一路"收进一张表，上层**按语义取数、不写死下标**。 +### 3.1 `adc_input.c` / `adc_input.h` — L1 语义取数 +- 语义映射表 `k_adc_map[]` 的**内容**唯一权威是 `docs/硬件平台/ADC通道映射说明.md`；V0.2 改版只改表内容，API 不动。 +- `adc_input_poll()` **仅任务上下文**（TPAFE 快照是临界区）；STM32 侧固定滞后 1 拍。 +- 四类 STM32 计数（`adc1_seq` / `adc1_gap` / `adc1_err` / `adc1_hw`）成因不同，**勿混读**。 +- 本目录**唯一**允许出现 HAL 调用的文件。→ `docs/算法/采集与算法层设计说明.md` §3。 -| API | 干什么 | 注意 | +### 3.2 `sample_ring.c` / `.h` — L2 输入采样环 +- 整帧写入后才推进写指针 → 取到的窗永远落在整帧边界。 +- 本拍取数失败 → **整拍跳过入环**（`adc_task.c` 的 `skip`），**绝不补 0 点**。 +- 不做跨通道运算、不做丢帧判定（只出 `frames()` 计数）。→ `docs/算法/采集与算法层设计说明.md` §5。 + +### 3.3 `phasor.c` / `.h` — L2 相量计算 +- 系数表预乘 √2/N → `fAmSQ` **直接是有效值**（口径 `docs/算法/傅氏算法详解.md` §2.3）。 +- 实例表 `k_inst[]` 数据驱动：**新增实例只在表尾加一行**。 +- 任一实例不足一周波 → **本拍整体不产出**（不切使用区）；每拍 20 点**全部重算**（不做增量递推）。 +- → `docs/算法/采集与算法层设计说明.md` §6。 + +### 3.4 `adc_health.c` / `.h` — L1 有效性判定 +- 三类位**严格分开**：电平（可自愈）/ 锁存（必留痕）/ 边沿事件（仅当拍）；**静默 ≠ 丢帧**。 +- **gap 不告警**（消费者超拍是已知现象）；告警编排在 `adc_task.c`，不在本层。 +- 首拍 `check()` 只建基线。→ `docs/算法/采集与算法层设计说明.md` §4。 + +### 3.5 `prot_set.c` / `.h` — 保护定值模型（L5-1 载体） +- 装载 **all-or-nothing**：任一项越界整表不装载，越界项由 `prot_set_bad_mask()` 指认。 +- 批量 `prot_set_set()` 后**必须** `prot_set_seal()`；单项原子写用 `prot_set_set_sealed()`。 +- 定值项 / 实例**只许尾部追加**（枚举序 = 数组序 = 校验和覆盖序）。 +- blob **换代（返回 2）≠ 损坏（返回负）**：前者打 INFO、不记自检。→ `docs/算法/采集与算法层设计说明.md` §8、§12.3。 + +### 3.6 `prot_elm.c` / `.h` — L3 保护元件框架 +- 数据缺失两种处理**刻意不同**：相量类任一未就绪 → 整拍跳过；频率类无有效读数 → 按方向填"必不启动"值，**不整拍跳过**。 +- `prot_set_locked()` 或投退 = 0 → 元件整体复位不判据；跨上下文复归走 `prot_elm_request_reset()`。 +- 零序过流（IN 走 STM32）**故意不在实例表**；OF / UF 无独立 104 遥信点，只经 YX15 总聚合可见。 +- `prot_elm_init()` 须在 `phasor_init()` 之后。→ `docs/算法/采集与算法层设计说明.md` §9。 + +### 3.7 `freq.c` / `.h` — 频率测量（L3-5 的测量输入） +- `freq_run()` **仅 adcTask 上下文**，须在 `phasor_run()` 之后同拍调；保护口径 = + `freq_get() == 0 && freq_valid() == 1`。 +- 精度靠**自适应窗长**（窗长 = 泄漏纹波周期的整数倍）；定长平均压不到 0.02 Hz， + 换窗长 = 换精度，二者不是独立旋钮。 +- 源切换即废相位基准重建（UA / IA 无共同相位基准，N-18）。 +- 判据 **J1~J6** 与实测口径 → `docs/算法/采集与算法层设计说明.md` §7.2（与 `test/host/freq/freq_test.c` 文件头同源）。 + +## 4. 构建与测试 + +### 4.1 挂载与模拟器边界 +- 七个 `.c` 已登记在 `MDK-ARM/STM32F407-Demo.uvprojx`；`../App/algo` 已在 `` 内。 +- 本层**不进** `simulator/CMakeLists.txt`（UI 模拟器不跑采集链路）：七个文件全部登记在 + `scripts/check_registration.py` 的 `SIM_EXEMPT`（附理由），`registration-check` 钩子反向校验（N-23）。 + +### 4.2 主机侧单测（L0.5）——生产源文件以 `#include` 原样纳入 + +| 模块 | 命令 | pre-commit 钩子 | |---|---|---| -| `adc_input_init()` | 清缓冲与统计 + **映射表自检**（每个 STM32 语义通道必须落在扫描 Rank 序列内）+ `HAL_ADC_Start_DMA()` 挂载乒乓缓冲（**只挂一次**） | 内核启动前调用；`-1` = 映射指向了从不扫描的通道（会恒读陈旧值）；`-2` = DMA 挂载失败 | -| `adc_input_poll()` | 采一拍：`tpafe5160_snapshot()` 原子快照（8 通道）+ **消费刚完成的那半区**（`stm32_take()`，按 `seq` 奇偶选半区，零忙等） | **仅任务上下文**（快照走临界区）；只搬码值，不做标定/运算；STM32 侧固定滞后 1 拍 | -| `adc_input_raw(ch, &out)` | 按语义读原始码值（TPAFE 16 位补码 / STM32 0..4095） | 消费侧取数**唯一入口**；须先成功 `poll()`；`-2` = 该来源尚无有效数据 | -| `adc_input_desc(ch)` | 语义 → 物理通道描述（来源 + 下标/通道号） | 供自检注入、UI 通道序；返回静态地址，勿改 | -| `adc_input_stm32_rc()` | STM32 侧最近一拍状态码（0 OK / -2 本拍无新帧） | 心跳日志 `adc1_rc` | -| `adc_input_stm32_seq()` / `_errs()` / `_gaps()` / `_hw_errs()` | DMA 整帧完成计数 / 停摆（连续 ≥2 拍无新帧）/ 丢帧（seq 一次前进 >1）/ HAL 错误回调 | 心跳日志 `adc1_seq` / `adc1_err` / `adc1_gap` / `adc1_hw`——四类成因不同，**勿混读** | +| 相量 / 采样环 | `& '.venv\Scripts\python.exe' test/host/phasor/run_unit_test.py` | `phasor-unit-test` | +| ADC 输入层 | `& '.venv\Scripts\python.exe' test/host/adc_input/run_unit_test.py` | `adc-input-unit-test` | +| 有效性校验 | `& '.venv\Scripts\python.exe' test/host/adc_health/run_unit_test.py` | `adc-health-unit-test` | +| 定值模型 | `& '.venv\Scripts\python.exe' test/host/prot_set/run_unit_test.py` | `prot-set-unit-test` | +| 元件框架 | `& '.venv\Scripts\python.exe' test/host/prot_elm/run_unit_test.py` | `prot-elm-unit-test` | +| 频率测量 | `& '.venv\Scripts\python.exe' test/host/freq/run_unit_test.py` | `freq-unit-test` | -**要点** +改本目录任一 `.c/.h`，提交时对应钩子自动跑。**用例清单与判据数字的属主**是各 +`test/host/<模块>/` 与 `docs/测试说明/` 下的单测说明，本文不复制（三处抄数字必然打架）。 -- 语义映射表 `k_adc_map[]` 的**唯一权威口径**是 `docs/硬件平台/ADC通道映射说明.md`： - `UA/UN/IA` → TPAFE `buf[6]/[5]/[2]`；`UB/UC/IB/IC/IN/TEMP` → ADC1 `CH14/3/6/1/2/5`。 - **V0.2 改版只改这张表的内容**，本层 API 与上层语义不动。 -- STM32 侧是**顺序扫描**（Rank1..8 = CH0..CH7、Rank9 = CH14，与 `MX_ADC1_Init()` 严格一致）， - 9 个通道**不是同一时刻**（一轮 ≈67 µs）。v2.0 起这一轮由 **TIM3 TRGO 硬件触发 + DMA 自动搬运**， - 消费侧**零忙等**（旧实现逐通道轮询、单通道超时 2 ms，已于 2026-10-10 移除）。 - 代价：STM32 侧数据**固定滞后 1 拍（1 ms）**——与 TPAFE 侧本来就没有同刻性（N-18），无新增误差。 -- 本文件是本层**唯一**允许出现 HAL 调用的地方（它必须驱动 ADC1）；新增模块若不需要外设， - 请保持 `sample_ring` / `phasor` 那种零依赖形态，才能免桩单测。 +### 4.3 板端 +`@build` 0 错误 0 警告 → `@test` 看 `[ADC_TASK]` 首拍 / 心跳（`phasor(...)`、`freq(...)`、 +`ring` / `skip` / `adc1_*` / `tgap`）；健康判据 = **零 `[ERR]`**（健康告警全以 `[ERR]` 开头， +误报会被闭环直接抓住）。→ `docs/算法/采集与算法层设计说明.md` §12。 -### 3.2 `sample_ring.c` / `sample_ring.h` — L2 输入采样环 - -**解决的问题**：相量计算要"以当前时刻为终止的一周波"，而 L1 每次只给最新一帧。 -本层按**语义通道**存最近 `SAMPLE_RING_CYCLES = 2` 个周波（`SAMPLE_RING_DEPTH = 40` 点）， -与参考系统 `CN_BUFSAM_CYCLE = 2` 一致，并为后续加长数据窗（1.5~2 周波抗衰减直流）预留空间。 - -| API | 干什么 | 返回 | -|---|---|---| -| `sample_ring_init()` | 清全部通道历史与计数（幂等，内核启动前可调） | — | -| `sample_ring_push_frame(values, n)` | 整帧压入（长度须 `= ADC_SEM_COUNT`） | `0` / `-1` 参数错 | -| `sample_ring_window(ch, n, out)` | 取该语义通道最近 `n` 点，**按时间序旧 → 新**（`out[n-1]` 最新） | `0` / `-1` 参数错 / `-2` 点数不足 | -| `sample_ring_filled()` | 已累积点数（**饱和**于 40）——判"够不够一周波" | `0..40` | -| `sample_ring_frames()` | 累计入环帧数（**不饱和**，1 kHz 下约 49.7 天回绕） | 帧数 | - -**要点** - -- **整帧写入后统一推进写指针** → 单帧内不可能"半新半旧"，消费侧取到的窗永远落在整帧边界。 -- 本层**只做按时序存/取，不做任何跨通道运算**：同刻性由上游 L1 负责，本层既不保证也不假设。 -- `frames()` 与 L1 的 `tpafe5160_frame_seq()` 对照即可判丢帧（L1-6 的判据之一）； - 本层只提供计数，**判定不在这里**。 -- 上层若某通道本拍取数失败，应**整拍跳过入环**（现 `adc_task` 的 `s_frames_skip` 即此）， - 切勿补 0 点——0 会污染相量窗。 - -### 3.3 `phasor.c` / `phasor.h` — L2 相量计算 - -**算法**：全周傅氏（单频 DFT），`N = PHASOR_N = 20`（1 kHz @ 50 Hz）。系数表 -`k_fft_sin/k_fft_cos` **离线生成**并**预乘 √2/N**（口径 `docs/算法/傅氏算法详解.md` §2.3）， -故 `fAmSQ = √(fRe²+fIm²)` **直接就是有效值**，`fAm = √2·fAmSQ` 为峰值。运行期不调 `sinf/cosf`。 - -| API | 干什么 | 注意 | -|---|---|---| -| `phasor_init()` | 双区清零 + 使用区/就绪复位 + `sample_ring_init()` | 幂等；内核启动前调用 | -| `phasor_inst_count()` / `phasor_inst(idx)` | 遍历实例表（`{name, sem, harm}`） | 返回静态地址，勿改；越界 `NULL` | -| `phasor_run()` | 逐实例取 20 点窗 → 重算 → 写计算区 → **一次性切换使用区** | 仅任务上下文；须先 `push_frame()` | -| `phasor_get(idx, &out)` | 读**使用区**结果 | `0` / `-1` 参数错 / `-2` 未攒满一周波 | -| `phasor_calc(x, n, harm, &out)` | 对给定窗口算 `harm` 次相量 | **纯函数**，可脱离采样环独立单测 | - -**要点** - -- **实例表数据驱动**（`k_inst[]`，现 5 行）：`C01-IA-F1`（过流/过负荷）、`C02-UA-F1`（过压/欠压/频率）、 - `C03-UN-F1`（零序过压）、`C04-IA-F2`（二次谐波制动）、`C05-IA-F5`（五次谐波选线）。 - **新增实例只在表尾加一行**，遍历/日志/单测自动适配。 -- **双区（计算区 / 使用区）**：结果先写非使用区，全部实例写完后单字节 `volatile` store 切换 - `s_use_zone`（Cortex-M 上原子）→ 消费侧无锁、无撕裂。今日唯一消费者是 adcTask 自身， - 该机制为后续独立 L3 保护任务预留。 -- **任一实例数据不足一周波 → 本拍整体不产出**（不切换使用区），避免"部分新部分旧"的混合结果。 -- 每拍 20 点**全部重算**（暴力法，无累积误差；迭代加减首尾项会累积）。相量刷新周期 = 1 ms。 -- 相位（L2-4）**未常驻**结构体，需要时自行 `atan2f(fIm, fRe)`。 - -### 3.4 `adc_health.c` / `adc_health.h` — L1-6 采样有效性判定 - -**解决的问题**：驱动侧只有"观测计数"（`tpafe5160_frame_seq/_frstdata_err`、 -`adc_input_stm32_seq/_errs/_gaps/_hw_errs`），**没有判定**——芯片静默、消费者超拍丢帧、 -计数器被改写这些故障此前只能靠人读心跳日志发现。本层把判定收进纯逻辑， -告警编排留在消费者（`adc_task.c` 的 `adc_health_report()`）→ 判定可主机免桩单测。 - -| API | 干什么 | 注意 | -|---|---|---| -| `adc_health_init()` | 清全部状态（幂等） | 首拍 `check()` 只建基线、不判定 | -| `adc_health_check(&in, &out)` | 吃计数快照做一次判定（每拍调，常数次整数运算） | 差值法 `(int32_t)(now-prev)`，tick/计数回绕安全 | -| `adc_health_flags()` | 电平故障位：`TPAFE_STALL` / `STM32_STALL`（≥100 ms 无前进，可自愈）/ `SEQ_BACKWARD`（锁存） | 为 L5-4 闭锁预留 | -| `adc_health_sticky()` | 锁存位（含 `FRSTDATA` / `STM32_ERR` / `HW_ERR` 增量痕迹） | 自愈后仍留痕 | -| `adc_health_tpafe_gaps()` | TPAFE 累计丢帧点数（序号前进 >1 的超出部分） | 与 STM32 侧 `adc_input_stm32_gaps()` 对称 | - -**要点** - -- **三类语义严格分开**：电平位（stall，可自愈）/ 锁存位（出现过必留痕）/ 边沿事件位 - （仅当拍有效）。`ADC_HE_FRSTDATA/STM32_ERR/HW_ERR` 与同名 `ADC_HF_*` **编号对齐**， - 消费者直接用事件掩码对"已留痕位图"做每类一次 `SYSLOG_SELFTEST` 的编排。 -- **gap 不告警**：消费者超拍（心跳日志 ~2 ms）是已知现象，`adc1_gap`/`tgap` 每 10 s 心跳 - 可见；若按事件告警会把真故障淹掉（台架实测开机 `adc1_gap≈24`、稳态每 10 s +2）。 -- **静默 ≠ 丢帧**：d=0 才是静默候选；d>1 只说明消费者没跟上，生产者还活着——两者 - 处置完全不同，判据不许混。 -- 告警策略（在 `adc_task.c`，不在本层）：严重事件/电平上升沿 `DBG_ERROR` + - `SYSLOG_SELFTEST`（每类每次开机一次，防刷屏写满 32KB selftest.log）；下降沿 `DBG_INFO`。 - -### 3.5 `prot_set.c` / `prot_set.h` — 保护定值模型（P1 / L5-1 载体） - -**解决的问题**：保护判据的"输入宪法"。参考系统把定值放 EEPROM + `tagPRS` 常量表 -校验和自检；本层做 **RAM 模型 + 持久化纯逻辑层**（blob 序列化/解析；文件胶水在 -`App/cfg/prot_set_store.c`，B7），把编号 / 通讯地址 / 范围 / 默认值 / 校验和闭环钉死。 - -| API | 干什么 | 注意 | -|---|---|---| -| `prot_set_init()` | 装默认值 + 封存校验和（幂等） | 内核启动前可调 | -| `prot_set_load_raw(vals)` | 整表装载（B7 由 `prot_set_store_parse` 内部走同一路径），逐项范围校验 | **all-or-nothing**：任一项越界整表不装载，`prot_set_bad_mask()` 指认越界项；影子区 + 单字交换，读侧无中间态 | -| `prot_set_set(id, q10)` | 单项写入（范围校验，批处理路径） | **不自动重封存**——批量改完必须 `prot_set_seal()`，否则 selfcheck 判"非法改写"；板端单项写一律用下行 | -| `prot_set_set_sealed(id, q10)` | **原子写+封存（B7）**：影子区改好重封后单字交换 | selfcheck 永不见中间态（收口 B5 竞态窗口）；置脏标志 | -| `prot_set_dirty_peek/take/mark()` | 脏标志三件套（B7 落盘握手） | peek=iec104Task 通知；take=属主落盘前消费；mark=写失败回置重试 | -| `prot_set_store_serialize/parse(buf,len)` | 持久化 blob（`PSET`+版本+值区+sum32 正/反码对） | parse **整表原子**：magic/版本/长度/校验对/范围任一失败 = 一字不动 | -| `prot_set_get_f()` / `get_ctl()` | 工程量浮点 / 投退读取 | 单字读原子 | -| `prot_set_selfcheck()` | 重算 sum32 与封存正/反码比对，失配 → 闭锁 | L5-1；seqlock 式复核：提交撞见 = 本轮跳过不误锁；`prot_set_seal()` 是解锁的唯一合法路径 | - -**要点** - -- **Q10 定点**（×1024）与参考 `2^10` 折算口径一致；元数据表（地址/范围/默认）是 - ROM 常量，校验和只覆盖 RAM 值区。 -- **通讯地址逐项对照参考** `Comm/Pub/Const_CommSetPara.c` `g_tCommSetParaTab` - （基址 0x8820）；单测 TC-PROTSET-006 保证地址不重复、`min ≤ def ≤ max`、投退项 0..1。 -- ⚠ **默认值/范围为拟定值**（参考 EEPROM 出厂表不在本仓库），待对照修订—— - 见规划 §5.4 落实进度注。 -- **B8 扩 8 项（32→40）**：`PS_OF_EN/OF_HZ/OF_DLY/UF_EN/UF_HZ/UF_DLY/RET_OF/RET_UF` - **尾追加**（编号不回收，枚举序 = 数组序 = 校验和覆盖序）。OF/UF 的逐项通讯地址 - 不在本仓库（参考保护定值段 0x8820~0x8882 仅示"含低压/低频"类目）→ 全部按 - **本地项 comm_addr=0** 登记（104 C_SE 不可寻址），待对照参考表补。 - 频率返回系数**独立**（`RET_OF=0.99 / RET_UF=1.01`，返回门槛 = 定值×系数）—— - 频率滞回带与电气量 0.95/1.05 不同量级，勿共用。 -- **B8 换代语义**：项数变 → blob 144→176 B、`PROT_SET_BLOB_VER` 1→2。B7 旧档 - （ver=1/32 项）在新固件 parse 即被**版本/长度闸**拒绝 → 出厂默认； - `prot_set_store_load()` 返回码分流：**2 = 换代**（`prot_set_store.c` 打 INFO - "prot set blob version change, defaults in use"，**不是** CORRUPT、不记自检）， - −1 = 真损坏（defaultTask 打 ERROR + 自检留痕）。升级路径不得报成损坏。 -- **bad_mask 随项数扩为 `uint64_t`**（bit i = 第 i 项越界；消费方仅主机单测， - 板端闭锁走 `prot_set_locked()`）。 - -### 3.6 `prot_elm.c` / `prot_elm.h` — 保护元件框架（L3，P1 子集） - -**解决的问题**：参考系统 89 个 `PRS_*.c` 各自实现"滞回 + 定时限"——本框架把这段 -公共核收敛为**一个通用核 + 数据驱动实例表**（同 `phasor` 的 `k_inst` 模式）， -新增元件 = 表加一行 + 定值加几项。 - -| API | 干什么 | 注意 | -|---|---|---| -| `prot_elm_init()` | 复位状态 + 解析相量实例索引（按名前缀 `C01/C02/C03`） | 须在 `phasor_init()` 之后调；`src=FREQ` 行无相量绑定（`pidx=0xFF`，run 不查它） | -| `prot_elm_eval(now_ms, meas)` | **纯判据**：定值 RAM + 测量数组 → 全元件状态机 | 主机单测入口；NULL 测量按 0 | -| `prot_elm_run(now_ms)` | 适配层：按实例表 `src` 组测量 → eval（`src=0` 取 `phasor_get()` rms，`src=1` 取 `freq_get()`） | 相量类任一未就绪 → **整拍跳过**（不引入陈旧判据）；频率类无有效读数 → **按方向填"必不启动"值**（过量填 0 / 欠量填 `1e30` → 滞回比较恒假 → 元件复位），**不整拍跳过**——频率源缺失不得饿死电流/电压类元件 | -| `prot_elm_state()` / `prot_elm_active_mask()` | 状态快照 / 动作位图 | 供 L4 出口与心跳日志 | - -**要点** - -- **滞回**：已启动用返回门槛（`定值 × 返回系数`），未启动用动作门槛—— - 过量/欠量方向由实例表 `over` 位统一处理（`UV`/`UF` 为欠量实例）。 -- **定时限**：`(uint32_t)(int32_t)(now - t0) >= dly` 差值法，tick 回绕安全； - `dly=0` → 启动同拍即动作。返回**即时**（参考带 10 ms 返回延时，P4 接出口硬件时再补）。 -- **闭锁联动**：`prot_set_locked()`（L5-1）或投退=0 → 该元件状态整体复位、不判据。 -- **V0.1 实例**（N-18）：`OC1/OC2/OC3/OL`（IA）、`OV/UV`（UA）、`3U0`（UN 外部通道）、 - `OF/UF`（freq 层测频，B8）。零序过流（IN 走 STM32）**故意不在表中**。 -- **OF/UF 出口可见性（B8）**：两元件**未单独映射 104 遥信点**（送检点表 = B10 口径）， - 其动作目前**只经 YX15 保护总聚合可见**（`iec104_pts` 的 fault-total 掩码含 OC/3U0， - OF/UF 动作会置总位但无独立分点）——README 与规划 §3.3 L3-5 行必须同此口径，勿写"独立遥信"。 -- **板端接线已落地（B5，2026-10-12）**：`App/task/protect_task.c`（protectTask， - 20 ms 节拍）消费 `prot_elm_run()` + L5-4 采样故障闭锁 + L5-1 校验和巡检； - 跨上下文复归走 `prot_elm_request_reset()`（104 YK11 落请求、eval 头部消费）。 - 判据结果经 104 遥信上送（`iec104_pts` YX15~23/31）。→ `docs/算法/继电保护功能复现规划.md` §7 - ⚠ 实例数 7→9（B8）：protectTask 启动锚点 `elm=` 与 `prot_elm_active_mask()` 位宽随之变， - `.serialtest` 锚点表未含 `elm=` 数字（已核），无需改配置。 - -### 3.7 `freq.c` / `freq.h` — 频率测量层（L2 派生量，L3-5 测量输入，B8） - -**解决的问题**：过频/低频（L3-5）需要系统频率读数，而 L2 只出相量。本层把 -"相邻两拍基波相量的相位差"变成"频率"，并解决**非整周波窗长的 DFT 泄漏纹波** -这一决定精度的关键问题。 - -| API | 干什么 | 注意 | -|---|---|---| -| `freq_init()` | 清增量环/计数/读数/相位基准/有效标志（幂等） | 内核启动前可调，须在 `phasor_init()` 之后无要求 | -| `freq_run()` | 每拍步进：选源（UA→IA 过幅值门）→ 共轭乘积 `P=Z(m)·conj(Z(m-1))` 取角 → 假值钳制 → 自适应窗均值 | **仅 adcTask 上下文**，须在 `phasor_run()` 之后同拍调 | -| `freq_get(out)` | 读数（Hz） | 0 有读数（可能是保持值）/ −1 参数错 / −2 从未启动收敛（写 0） | -| `freq_valid()` | "本拍新鲜"标志 | 1 = 幅值门 OK 且已收敛；保护消费口径 = `get()==0 && valid()==1` | -| `freq_last()` | 最近有效读数 | 从未收敛返回 0.0 | - -**算法要点（精度是实测驱动定稿的，两轮弯路记录在 freq.c 文件头）** - -- **相位微分免解缠绕**：`arg(Z_now·conj(Z_prev))` 天然落在 (−π, π]，纯音每拍 - 角**增大** 2πf/Fs（本层相量约定 φ=atan2(fIm,fRe)=窗首初相，窗每拍前滑一点）； - 45~55 Hz 段 |Δφ| ≈ 0.28~0.35 rad，距 ±π 裕度巨大。 -- **自适应窗长**（核心）：20 点矩形窗在非整周波时混入**负序泄漏项** - （45/55 Hz 处 |S₂/S₁| ≈ 3~5%），相量端轨迹成椭圆 → 逐拍相位差带周期 - δ(φ) 纹波，周期 = fs/(2f) ≈ 9.1~11.1 拍。定长窗平均不整除纹波周期 → - 扫频最坏误差 **0.317 Hz**（40 拍算术平均）/ **0.197 Hz**（60 拍复数和 Kay， - 交叉项和角不随 K² 衰减，勿再尝试）。改 `K_eff = round(8·Fs/(2·f̂))` - （45~55 Hz 段 73~89 拍）使窗长恰为纹波周期整数倍 → 纹波相消，最坏 **0.0101 Hz**。 -- **假值钳制带 35~65 Hz**（宽于系统合理带 40.5~60.5 = 参考 `CN_HERTZ_SOFTFR_MIN/MAX`， - 规划 §10.1）：单拍相位差本身带 ±5 Hz 纹波，钳制带贴边会**非对称丢弃纹波半周** - → 均值偏置（实测 45 Hz 点 +0.16 Hz，已修）。35~65 仍拦得住窗滑 2 拍的 ≈2f - （90~110 Hz）与相位跳变假值；系统合理带由 OF/UF 定值范围在消费侧把关。 -- **幅值门** `FREQ_AMP_MIN=50.0`（原始码值口径，**拟定待 L1-5 标定复核**）： - 低于门 = 无有效波形（浮空/PT 断线 rms≈0，相位无意义）→ 停更新、`valid` 清零、 - 读数保持 → 台架浮空不发散。信号消失过渡段（≤20 ms 残窗）读数漂移有界 ≤0.3 Hz。 -- **源优先级 UA(C02)→IA(C01)**，按名前缀解析、每拍动态回退（台架只注电流亦可测频）； - 源切换即废相位基准重建（UA/IA 无共同相位基准，N-18）。 - -**精度判据（J1~J6，与 `test/host/freq/freq_test.c` 文件头同口径，数字为实测）** - -| 判据 | 条件 | 门槛 | 实测最坏 | -|---|---|---|---| -| J1 扫频 | 纯音 45.00~55.00 Hz，0.5 Hz 步进（21 点） | **≤ 0.02 Hz** | **0.0101 Hz** @55.0 Hz | -| J2 噪声 | 幅值 1000 码、噪声 rms = 1% 幅值 | **≤ 0.10 Hz** | **0.0160 Hz** | -| J3 启动收敛 | 首个有效相量 → 首个有效读数 | **≤ 40 ms** | 20 ms（@39 ms 拍，相量 @19 ms） | -| J4 频率阶跃 | 50→51 Hz 进入 ±0.05 Hz 并保持 | **≤ 120 ms** | 98 ms（稳态 err 0.0053 Hz） | -| J5 零幅/浮空 | rms < 幅值门 | valid=0、不发散、保持漂移 ≤0.3 Hz | 漂移 0.13 Hz，无 NaN | -| J6 假值钳制 | 幅值+频率双跳变拍 | 60 ms 内回 ±0.05 Hz | 0.0000 Hz | - -附加鲁棒性（同套件实测）：直流偏置 8000 码 → err 0.0018 Hz；3/5 次谐波 20%/10% -→ err 0.0065 Hz；UA 无幅值落 IA → err 0.0020 Hz。 - -**J4 = 120 ms 是"精度优先于响应"的显式取舍（Lead 批准 2026-10-12）**：自适应窗 -（M=8 ≈ 4 个泄漏纹波周期 ≈ 4 个信号周波）换来 0.317→0.0101 Hz，代价是频率骤变后 -的窗冲刷（实测 98 ms）。OF/UF 定时限默认 **1000 ms** → 测频响应占保护总动作时间 -**<10%**；暂态假值另有 J6（跳变后 ≤60 ms 回 ±0.05 Hz）兜底。故 120 ms 是工程整定， -不是判据失守——若将来要压响应，须同时重估精度（缩短窗 = 精度回退到 0.2~0.3 Hz 档）。 - -**板端可见性（DoD）**：adcTask 心跳/首拍日志追加一行 -`freq(hb): f=5000 valid=1 (x0.01)`（MicroLIB 无 %f → ×0.01 定点，分辨率 0.01 Hz）。 -正常带波形应 `valid=1` 且 `f≈5000`；浮空应 `valid=0`、`f` 为保持值。 - -## 4. 关键约定 - -- **语义映射唯一权威口径**：`docs/硬件平台/ADC通道映射说明.md`。取数一律经 `adc_input_raw()`， - 禁止在消费侧直接索引驱动缓冲或写死下标。 -- **禁止跨转换器运算**（V0.1 硬件缺陷 N-18）：`UA/UN/IA` 在 TPAFE、`UB/UC/IB/IC/IN` 在 STM32 ADC1， - 两者无共同采样触发 → 无同一时刻性、相位不确定。故本层**不做**跨转换器的相位 / 功率 / - 功率因数 / 负序零序类矢量运算（V0.2 把 8 路电气量全接 TPAFE 后方可解禁）。 -- **标定（L1-5）尚未实现**（缺标准源）：现以**原始码值**充当工程量（系数 = 1）， - 因此相量读数只证明**链路通**，**不可作幅值精度判据**。 -- **本层不建任务、不等事件、不写日志之外的副作用**；日志由调用侧（adcTask）打。 -- 内核启动前只允许调 `*_init()`；`adc_input_poll()` / `phasor_run()` 仅任务上下文。 - -## 5. 静态足迹（BSS，供栈/RAM 预算参考） - -| 位置 | 量 | -|---|---| -| `sample_ring.c` `s_ring[9][40]` float | **1440 B** | -| `phasor.c` `s_zone[2][5]` `phasor_t` | 160 B | -| `adc_input.c` `s_stm32_raw[16]` + `s_tpafe_raw[8]` | 48 B | -| `adc_health.c` 内部状态（9 × uint32 + uint8） | ≈ 40 B | -| `prot_set.c` `s_val[2][40]` + 封存/位图(64 位)/闭锁 | 336 B（B8：31→40 项） | -| `prot_elm.c` `s_rt[9]`（16 B/实例） | 144 B（B8：7→9 实例） | -| `freq.c` 相位增量环 `fq_d[96]` + 占位标志 + 状态 | **≈ 520 B**（B8 新增） | -| 运行期栈：`phasor_run()` 的 `win[20]` | 80 B/帧 | -| 运行期栈：`freq_run()` 局部 | ≈ 30 B/帧（无大局部数组） | - -改容量（`SAMPLE_RING_CYCLES` / 实例数 / `ADC_SEM_COUNT` / `FREQ_AVG_TAPS`）前后各跑一次 -`& '.venv\Scripts\python.exe' scripts/stack_report.py`（口径见 `mem-budget` skill）。 -**B8 实测（adcTask 静态最坏链）**：见 READY 消息与 `docs/内存管理/` 台账回填。 - -## 6. 构建与测试 - -- **挂载**：八个 `.c` 已登记在 `MDK-ARM/STM32F407-Demo.uvprojx`，`../App/algo` 已在 `` 内。 - 本层**不进** `simulator/CMakeLists.txt`（UI 模拟器不跑采集链路）——纯算法且模拟器无消费路径的 - 新文件（`prot_set.c` / `freq.c`）改在 `scripts/check_registration.py` 的 `SIM_EXEMPT` 登记豁免 - （`registration-check` 钩子反向校验，N-23）。 -- **主机侧单测（L0.5）**——生产源文件以 `#include` 原样纳入，无需改产品代码： - - | 套件 | 命令 | pre-commit 钩子 | - |---|---|---| - | 相量层（57 用例：系数表逐项复核 / 幅值·相位 / 谐波抑制与提取 / 频偏 / 采样环 / 双区交换） | `& '.venv\Scripts\python.exe' test/host/phasor/run_unit_test.py` | `phasor-unit-test` | - | ADC 输入层（逐 Rank 注入互异码值钉死映射 + HAL 启动失败/超时分支） | `& '.venv\Scripts\python.exe' test/host/adc_input/run_unit_test.py` | `adc-input-unit-test` | - | 有效性校验（31 用例：100 ms 静默门限两侧 / 丢帧边沿 / 倒退锁存 / 错误增量 / tick 回绕 / NULL 守卫 / init 幂等） | `& '.venv\Scripts\python.exe' test/host/adc_health/run_unit_test.py` | `adc-health-unit-test` | - | 定值模型（90 用例：范围校验 / all-or-nothing 装载 / 封存-自检-闭锁 / Q10 往返 / 元数据表自检 / B7 blob 往返与损坏拒绝 / **B8 OF-UF 行 + 64 位 bad_mask + 换代拒绝**） | `& '.venv\Scripts\python.exe' test/host/prot_set/run_unit_test.py` | `prot-set-unit-test` | - | 元件框架（47 用例：滞回与定时限 / 欠量方向 / 投退 / 闭锁联动 / 时基回绕 / 位图聚合 / **B8 OF-UF 滞回与方向隔离 + run() 测频接线**） | `& '.venv\Scripts\python.exe' test/host/prot_elm/run_unit_test.py` | `prot-elm-unit-test` | - | **频率测量（46 用例：J1 扫频 45~55 Hz / J2 噪声 / J3 启动收敛 / J4 阶跃 / J5 浮空不发散 / J6 假值钳制 / 直流·谐波抑制 / UA→IA 回退 / 守卫与幂等）** | `& '.venv\Scripts\python.exe' test/host/freq/run_unit_test.py` | `freq-unit-test`（**待登记**，合并时由 Lead 加钩子） | - - 改本目录任一 `.c/.h`，提交时对应钩子自动跑；详见 `docs/测试说明/相量层单元测试说明.md`。 -- **板端**：`@build` 0 错误 0 警告 → `@test` 看 `[ADC_TASK]` 首拍/心跳日志（`phasor(...)` 行、 - `freq(...)` 行、`ring` / `skip` 计数、`adc1_rc` / `adc1_err`、`tgap`）；健康判据 = 零 `[ERR]` - （`adc_health_report` 的告警全部以 `[ERR]` 开头 → 误报会被闭环直接抓住）。 -- **定值档升级 vs 损坏（B8，台架判读）**：`prot_set_store_load()` **rc=2 = 换代** - （旧固件/旧项数的档被版本闸拒绝）→ 只打 INFO `prot set blob version change, defaults in use`， - **不是** `[ERR] ... CORRUPT`、不记自检；**rc<0 = 真损坏** → `[ERR] prot set blob CORRUPT` + 自检留痕。 - 升级固件后首启看到"version change"一行属**预期**，勿当故障排查。 - -## 7. 新增一个算法模块的固定动作 +## 5. 新增一个算法模块的固定动作 1. 在本目录建 `xxx.c/h`，文件头写模块注释块（规范 V1.0），**尽量零平台依赖**以便免桩单测。 -2. 用 `new-source-file` skill 注册到 `MDK-ARM/STM32F407-Demo.uvprojx`（目录已在 IncludePath， - 若新建子目录则必须补 IncludePath）。模拟器侧二选一：有消费路径 → 加 - `simulator/CMakeLists.txt`；**纯算法无消费路径 → 加 `scripts/check_registration.py` - 的 `SIM_EXEMPT`**（照 `prot_set.c` / `freq.c` 先例写理由），否则 `registration-check` 钩子拦。 +2. 用 `new-source-file` skill 注册到 `MDK-ARM/STM32F407-Demo.uvprojx`（新建子目录还要补 ``）。 + 模拟器侧二选一：有消费路径 → 加 `simulator/CMakeLists.txt`；纯算法无消费路径 → 加 + `scripts/check_registration.py` 的 `SIM_EXEMPT`（照本目录既有七条写理由），否则 `registration-check` 拦。 3. 加 `test/host/<模块>/` 主机单测 + `.pre-commit-config.yaml` 钩子（照 `phasor-unit-test` 抄）。 -4. 消费者写在 `App/task/`，本层只出"数"；跨转换器运算的禁令见 §4。 +4. 消费者写在 `App/task/`，本层只出"数"；跨转换器禁令见 §3 开头四条红线。 +5. 在本 README §1 清单加一行，并在 `docs/算法/采集与算法层设计说明.md` 里写清该模块的契约与理由。 -## 8. 相关文档 +## 6. 相关文档 +- **本层设计与判据**：`docs/算法/采集与算法层设计说明.md` - 通道映射权威口径：`docs/硬件平台/ADC通道映射说明.md` -- 分层与路线图（L1/L2 清单与状态）：`docs/算法/继电保护功能复现规划.md` +- 分层与功能项清单：`docs/算法/继电保护功能复现规划.md` - 傅氏算法与有效值口径：`docs/算法/傅氏算法详解.md` -- 采样节拍（TIM3 1 kHz + TRGO 触发 ADC1/DMA）：`docs/子系统设计/ADC采样节拍设计说明.md` -- 相量层单测细则：`docs/测试说明/相量层单元测试说明.md` +- 采样节拍（TIM3 1 kHz + TRGO 触发 ADC1 / DMA）：`docs/子系统设计/ADC采样节拍设计说明.md` +- 相量层 / ADC 输入层单测细则：`docs/测试说明/相量层单元测试说明.md`、`docs/测试说明/ADC输入层单元测试说明.md` +- RAM 与栈台账：`docs/内存管理/RAM使用分析与优化方案.md` diff --git a/App/algo/adc_input.c b/App/algo/adc_input.c index ae02f375..9771dbd8 100644 --- a/App/algo/adc_input.c +++ b/App/algo/adc_input.c @@ -79,16 +79,16 @@ static int s_stm32_rc; /* STM32 最近一次扫描状态码 */ static uint32_t s_stm32_errs; /* STM32 扫描累计失败次数 */ /* - * 函数功能：消费一帧 STM32 ADC1 采样（L1-3，v2.0 DMA 双缓冲版） + * 函数功能：消费一帧 STM32 ADC1 采样（L1-3，DMA 双缓冲） * 入口参数：无 * 返 回 值：0 - 取到新一帧；-2 - 本拍无新帧（TIM3 未启动 / ADC 停摆 / DMA 出错） * 限定条件：仅任务上下文调用；adc_input_init() 已挂好 DMA * 函数说明：本函数**既不触发转换也不等待转换**——转换由 TIM3 TRGO 硬件触发、由 DMA * 自动搬运。每拍只做"看完成计数是否前进 + 拷 9 个半字"，故**零忙等**： - * 原轮询版常态 adcp=122 µs、超时拍最坏 2~3 ms，现在两档都降到 ~1 µs 量级。 + * 单拍只剩"读一个计数 + 拷 9 个半字"→ µs 量级。 * 读的是"上一拍刚完成的那一半"乒乓缓冲（DMA 此刻正在写另一半）→ 无撕裂。 * ⚠ 计数未前进 = 本拍 STM32 侧**无有效数据**，必须清 s_stm32_valid，绝不 - * 沿用上一拍旧值（同 2026-10-10 修的陈旧帧缺陷口径）→ adc_input_raw() + * 沿用上一拍旧值（半新半旧的混合帧会污染相量窗）→ adc_input_raw() * 返 -2 → adc_task 走既有"整帧跳过"路径；下一拍自动恢复。 */ static int stm32_take(void) { @@ -105,7 +105,7 @@ static int stm32_take(void) { * 看到"计数没前进"（那个完成已被上一拍消费掉）。这种伪影**只会连续 1 拍**—— * DMA 若真停，第 2 拍仍不会前进。故只有连续 >= ADC_INPUT_STALL_RUN_MAX 拍 * 无新帧才计入故障计数（实测开机日志突发期约 21~26 次伪影、稳态每 10 s 心跳 1 次， - * 全部为单拍；见 docs/子系统设计/ADC采样节拍设计说明.md §10.5） */ + * 全部为单拍；见 docs/子系统设计/ADC采样节拍设计说明.md §8） */ if (s_stall_run < 255u) { s_stall_run++; } @@ -145,8 +145,8 @@ static int stm32_take(void) { * 函数说明：逐条校验映射表与扫描配置是否一致——① TPAFE 源下标须落在 * buf[0..7]；② STM32 源的通道号必须出现在 k_stm32_rank_ch[] 中， * 否则该通道永远不会被扫描（读到的恒为陈旧值）。这是"通道宏写错 → - * 读到另一只脚/读不到"这一 §5 警告的代码级兜底（无信号源时无法做 - * 引脚级注入验证，见 docs/硬件平台/ADC通道映射说明.md §8）。 + * 读到另一只脚/读不到"这一警告的代码级兜底（警告口径与逐通道验证方法： + * docs/硬件平台/ADC通道映射说明.md §5、§8；台架无信号源时注入验证做不了）。 */ static int map_check(void) { uint8_t s; diff --git a/App/algo/adc_input.h b/App/algo/adc_input.h index b8484d31..93b0e1fe 100644 --- a/App/algo/adc_input.h +++ b/App/algo/adc_input.h @@ -4,7 +4,7 @@ * 暴露，使上层（UI / 自检 / 保护算法）**按语义取数，不写死下标**： * ① 语义通道映射表（L1-4）——权威口径 docs/硬件平台/ADC通道映射说明.md； * ② STM32 ADC1 9 通道采样（L1-3）——由 **TIM3 TRGO 硬件触发 + DMA 双缓冲 - * 搬运**（v2.0），本层只消费、不触发、不等待。 + * 搬运**，本层只消费、不触发、不等待。 * V0.1 上 8 路电气量分属两片转换器（硬件缺陷 N-18）：UA/UN/IA 走 * TPAFE5160（16 位 / ±5 V 双极性），UB/UC/IB/IC/IN 走 STM32 ADC1 * （12 位 / 0~3.3 V 单极性）。V0.2 改版（8 路电气量全部接 TPAFE） @@ -16,8 +16,9 @@ * v1.0 2026-10-10 王建锋 创建：L1-3（STM32 ADC1 扫描）+ L1-4（语义映射） * v2.0 2026-10-10 王建锋 STM32 侧改 TIM3 TRGO 硬件触发 + DMA 双缓冲消费： * 消除逐通道轮询的 2 ms 忙等；节拍源 TIM6 -> TIM3 - * （F4 上 ADC1 只认 TIM2/TIM3/TIM8 的 TRGO，TIM6 TRGO - * 仅接 DAC）；新增 adc_input_stm32_seq()/_hw_errs() + * （换源判据：F4 上 ADC1 收不到 TIM6/TIM7 的 TRGO，见 + * docs/子系统设计/ADC采样节拍设计说明.md §3.2）；新增 + * adc_input_stm32_seq() / _hw_errs() */ #ifndef ADC_INPUT_H @@ -61,7 +62,7 @@ typedef struct { /* STM32 ADC1 顺序扫描通道数（Rank 1..9） */ #define ADC_INPUT_STM32_CH_NUM 9U -/* STM32 ADC1 最近一次取帧状态码（v2.0：DMA 消费，已无"轮询超时"这一档） */ +/* STM32 ADC1 最近一次取帧状态码（DMA 消费，已无"轮询超时"这一档） */ #define ADC_INPUT_RC_OK (0) /* 取到新一帧 */ #define ADC_INPUT_RC_START (-1) /* HAL_ADC_Start_DMA 挂载失败 */ #define ADC_INPUT_RC_STALL (-2) /* 本拍无新帧（TIM3 未启动 / ADC 停摆 / DMA 出错） */ diff --git a/App/algo/freq.c b/App/algo/freq.c index 0e634a71..d4fe518e 100644 --- a/App/algo/freq.c +++ b/App/algo/freq.c @@ -15,7 +15,7 @@ * ≈4 个信号周波），使窗长恰为纹波周期的整数倍 → δ(m+K)≈δ(m)，残差进入 * 0.01 Hz 量级。f_hat 用上一拍读数（收敛后误差 <0.1 Hz → K_eff 偏差 <1 拍， * 自洽）。 - * **精度优先于响应的显式取舍（Lead 批准 2026-10-12）**：4 周波窗换来 + * **精度优先于响应的显式取舍**：4 周波窗换来 * 0.317→0.0101 Hz，代价是频率骤变后的窗冲刷（J4 阶跃整定 ≤120 ms，实测 * 98 ms）。OF/UF 定时限默认 1000 ms → 测频响应占保护总动作时间 <10%； * 暂态假值另有 J6（跳变后 ≤60 ms 回 ±0.05 Hz）兜底。故 J4 的 120 ms 是 diff --git a/App/algo/freq.h b/App/algo/freq.h index 1fe8860f..fcbcb3ba 100644 --- a/App/algo/freq.h +++ b/App/algo/freq.h @@ -9,7 +9,7 @@ * 推导与实测见 freq.c 文件头与 test/host/freq 输出）。 * 覆盖规划 §3.3 L3-5 的测量侧与 §4.2 测频范围（45~55 Hz 建议段）。 * - * 原理与判据（详见 App/algo/README.md §3.7 与 test/host/freq/）： + * 原理与判据（详见 docs/算法/采集与算法层设计说明.md §7 与 test/host/freq/）： * - 采样率 Fs = 1000 Hz（TIM3 节拍，与 phasor 同源）；45~55 Hz 段每拍 * 相位增量 ≈ 0.28~0.35 rad，距 ±π 缠绕边界裕度巨大，无歧义； * - 瞬时值钳制：单拍相位差折算越出 35~65 Hz（**假值带**，宽于系统合理带 diff --git a/App/algo/phasor.c b/App/algo/phasor.c index 696f9e0a..66e83ad2 100644 --- a/App/algo/phasor.c +++ b/App/algo/phasor.c @@ -44,7 +44,7 @@ static const float k_fft_cos[PHASOR_N] = { /* ===== L2-2 相量实例表 ===== * 参考项目为 **4 个实例**（C01 基波 I/U、C02 零序基波、C03 二次谐波、C04 五次谐波， * `APP/CLS100_Dsp/InstCalCell.c`）。本项目按 V0.1 **有效通道**（`UA`/`UN`/`IA`， - * 见规划 §1.6：`UB/UC/IB/IC/IN` 无中点偏置 → 削顶不可用）展开——C01 的"I/U" + * 见 docs/算法/继电保护功能复现规划.md §1.6：`UB/UC/IB/IC/IN` 无中点偏置 → 削顶不可用）展开——C01 的"I/U" * 拆为两行（IA 电流 / UA 电压），并补出 C04 的五次谐波轨（L1-9）。 * 新增实例只需在表尾加一行，其余代码自动适配。 */ static const phasor_inst_t k_inst[] = { @@ -62,8 +62,8 @@ static const phasor_inst_t k_inst[] = { * （单字节 store，Cortex-M 上原子），消费侧读"使用区" → 无锁、无撕裂。 * s_use_zone 声明 volatile：阻止编译器把结果写入挪到切换之后 * （本平台单核顺序执行，无需额外内存屏障）。 - * 今日唯一消费者是 adcTask 自身（同拍读写、实际无竞争），本机制为后续 - * 独立保护任务（L3）预留。 */ + * 写者 = adcTask（同拍）；读者跨两个上下文：adcTask 心跳与 protectTask 判据 + * （prot_elm_run → phasor_get）→ 无锁读正是为后者服务，勿改成加锁或去掉双区。 */ static phasor_t s_zone[2][PHASOR_INST_N]; static volatile uint8_t s_use_zone; static uint8_t s_ready; /* 使用区是否已产出过有效结果 */ diff --git a/App/app/app_main.c b/App/app/app_main.c index 3c992002..b92e99d5 100644 --- a/App/app/app_main.c +++ b/App/app/app_main.c @@ -290,7 +290,7 @@ int app_main_init(void) { * ② 同一事件经 TRGO 硬件触发 STM32 ADC1 一轮 9 通道转换（DMA 自动搬运）。 * ⚠ 必须在 tpafe5160_init() 成功之后启动，否则 ISR 会在驱动首帧自检 * （E-44 有效性探针）期间乱发 CONVST。消费端 adcTask 退化为纯消费者。 - * ⚠ 节拍源 v2.0 由 TIM6 改为 **TIM3**：F4 上 ADC1 的外部触发只认 + * ⚠ 节拍源必须能触发 ADC1，故用 **TIM3**：F4 上 ADC1 的外部触发只认 * TIM1/TIM2/TIM3/TIM4/TIM5/TIM8 的 CC 或 TRGO，**TIM6/TIM7 的 TRGO 只接 * DAC**（查 CubeMX DB 与本仓库 stm32f4xx_hal_adc.h 的 EXTSEL 表证实） * → 要让两片转换器由同一个硬件事件驱动，节拍源必须换成 TIM3。 */ diff --git a/App/task/adc_task.c b/App/task/adc_task.c index a738d25f..c462ca6f 100644 --- a/App/task/adc_task.c +++ b/App/task/adc_task.c @@ -7,15 +7,15 @@ * 状态说明：**B1 已落地（2026-10-10）**——本任务从空桩转为真实消费者： * 用 tpafe5160_snapshot() 原子取数（AGENTS 铁律），统计帧数/无新帧次数， * 并纳入看门狗 required_mask（TASK_WD_ADC）。 - * **采样节拍（v2.2，2026-10-10）**：由 **TIM3 更新中断（1 kHz）** 硬件触发—— + * **采样节拍**：由 **TIM3 更新中断（1 kHz）** 硬件触发—— * ISR 内调 tpafe5160_start_conv_irq()（Src/main.c 的 * HAL_TIM_PeriodElapsedCallback）；本任务**不再自行触发**，退化为**纯消费者**。 - * **消费唤醒（v2.7，2026-10-10，Task #32 P1-5 方案 a）**：由 1 ms `osDelayUntil` + * **消费唤醒**：由 1 ms `osDelayUntil` * 轮询改为 **TIM3 ISR 置位 `ADC_WAKE_FLAG` 的事件驱动**——唤醒与生产同源锁定， * 消除 0~1 ms 的 tick 量化相位抖动与"超拍永久落后 → 空转"风险；本任务优先级 * 同步由 Normal 提到 **AboveNormal**（唤醒即抢占）。详见 - * docs/子系统设计/ADC采样节拍设计说明.md §10。 - * **L1 采集层（v2.3，2026-10-10）**：取数改走 App/algo/adc_input.c—— + * docs/子系统设计/ADC采样节拍设计说明.md §6。 + * **L1 采集层**：取数改走 App/algo/adc_input.c—— * 本任务每拍调 adc_input_poll()（TPAFE 快照 + STM32 ADC1 9 通道扫描）， * 经 adc_input_raw() **按语义**读通道（L1-3/L1-4），不再直接触碰驱动缓冲。 * V0.1 上只有 TPAFE 三路（UA/UN/IA）测量有效；本任务只取数，不做保护运算。 @@ -49,25 +49,25 @@ * ⚠ L1-5 通道标定未实现（缺标准源）→ 暂以**原始码值** * 充作工程量（系数 = 1），故相量读数只证明**链路通**， * 不可作幅值精度判据（同 L1-3 的替代口径）。 - * v2.5 2026-10-10 王建锋 Task #32 的 P2 测量埋点：单拍加常开耗时探针 + * v2.5 2026-10-10 王建锋 常开耗时测量埋点：单拍加探针 * （task_prof ADC_BEAT），用于判定本任务是否超拍 * （名义节拍 1 ms = 168000 周期）而挤占低优先级任务 - * v2.6 2026-10-10 王建锋 Task #32 的 P0 修复（两处）： - * §5 无新帧仍压环 → 改为**仅 r == 1 时**压环 + 重算 + * v2.6 2026-10-10 王建锋 两处正确性修复： + * 无新帧仍压环 → 改为**仅 r == 1 时**压环 + 重算 * （消除重复采样污染 20 点 DFT 窗的系统性误差）； - * §4.3 osDelayUntil 返回值被丢弃 → 落后时一次性重同步 + * osDelayUntil 返回值被丢弃 → 落后时一次性重同步 * （原写法会永久落后 → 不再阻塞 → 空转抢占 uiTask） - * v2.7 2026-10-10 王建锋 Task #32 P1-5 方案 a（事件驱动消费）： + * v2.7 2026-10-10 王建锋 事件驱动消费改造： * 消费唤醒 osDelayUntil(1ms) → osThreadFlagsWait(ADC_WAKE_FLAG, * osWaitForever)，标志由 TIM3 ISR 经 adc_tick_irq_notify() 置位； - * 删除 ADC_TASK_BEAT_MS 与 next（P0-2 的重同步因此不再需要）； + * 删除 ADC_TASK_BEAT_MS 与 next（上一轮加的重同步钩子因此不再需要）； * 新增"消费者就绪"门 s_consumer_ready——TIM3 在 app_main_init() * 就启动，**远早于** MX_FREERTOS_Init()/osKernelStart()， * ISR 不得在此之前对内核动手（同 Src/main.c 里 TIM7 的 * 2026-10-02 实测坑）。优先级 Normal → AboveNormal（见 freertos.c） - * v2.8 2026-10-10 王建锋 节拍源 TIM6 → **TIM3**（F4 上 ADC1 的外部触发没有 - * TIM6 TRGO，只有 TIM2/TIM3/TIM8 系 → 换 TIM3 才能让 - * 两片转换器由同一硬件事件驱动）；STM32 侧改 DMA 双缓冲 + * v2.8 2026-10-10 王建锋 节拍源换 TIM3（F4 上 ADC1 收不到 TIM6/TIM7 的 + * TRGO，换源判据见 docs/子系统设计/ADC采样节拍设计说明.md + * §3.2）；STM32 侧改 DMA 双缓冲 * 消费，adc_input_poll() 不再忙等；心跳日志增 * adc1_seq / adc1_hw（adc1_err 语义改为"本拍无新帧"） * v2.9 2026-10-11 王建锋 L1-6 采样有效性校验：每拍调 adc_health_check() @@ -90,13 +90,13 @@ #include "task_watchdog.h" #include "console_log.h" #include "sys_log.h" /* SYSLOG_SELFTEST：采样故障留痕（仅故障才写） */ -#include "task_prof.h" /* P2 常开探针：单拍耗时（Task #32） */ +#include "task_prof.h" /* 常开耗时探针：单拍耗时 */ #define DBG_TAG "[ADC_TASK]" #include "dbg_log.h" /* 心跳日志周期（ms）：周期性上报帧统计，作为采集链路存活的观测面。 - * （原 ADC_TASK_BEAT_MS = 1U 的消费轮询周期已随 v2.7 事件驱动改造删除—— + * （原 ADC_TASK_BEAT_MS = 1U 的消费轮询周期已随事件驱动改造删除—— * 消费节拍改由 TIM3 ISR 置位 ADC_WAKE_FLAG 提供，与生产同源，不再自定周期） */ #define ADC_TASK_REPORT_MS 10000U @@ -135,8 +135,8 @@ static volatile uint8_t s_consumer_ready; * 返 回 值：无 * 限定条件：仅 ISR 上下文。TIM3 抢占优先级 = 6 ≥ configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY * (=5) → osThreadFlagsSet 走 xTaskNotifyFromISR + portYIELD_FROM_ISR，合法且立即切换 - * 函数说明：Task #32 P1-5 方案 a——ISR **只发唤醒**，全部计算留在任务里（拒绝"ISR 内计算"： - * adc_input_poll() 内含 2 ms 忙等，绝不可入 ISR）。线程标志粘滞 → 单拍偶超 1 ms 时 + * 函数说明：ISR **只发唤醒**，全部计算留在任务里——"ISR 内计算"是反模式：取数与相量 + * 计算都读写任务级共享数据，且本回调属 CubeMX 生成区，重生成即丢。线程标志粘滞 → 单拍偶超 1 ms 时 * 多个脉冲合并成一次唤醒，下一轮 adc_input_poll() 返回 r==0 记 idle，不会重复处理同一帧 */ void adc_tick_irq_notify(void) { @@ -248,7 +248,7 @@ int adc_task_init(void) { * 限定条件：adc_task_init() 已调用；内核已启动 * 函数说明：每拍采集一次（adc_input_poll()：TPAFE 原子快照 + 消费一帧 STM32 ADC1 DMA 乒乓缓冲） * 并统计。采样节拍由 TIM3 硬件定时器提供（ISR 内触发 CONVST），本任务不再触发； - * **本任务的唤醒同样由该 TIM3 ISR 置位 ADC_WAKE_FLAG 驱动**（v2.7 事件驱动， + * **本任务的唤醒同样由该 TIM3 ISR 置位 ADC_WAKE_FLAG 驱动**（事件驱动， * 不再自定 1 ms 周期）。稳态下 consumed 每拍 +1、idle 不再增长；idle 持续增长 = * EXTI 未在读帧或 TIM3 未启动（异常），由周期心跳日志暴露。 * ⚠ 若 TIM3 停摆，本任务会**永久阻塞**在 osThreadFlagsWait → TASK_WD_ADC 缺席 → @@ -269,8 +269,8 @@ void adc_task_func(void *arg) { int r; uint32_t now = osKernelGetTickCount(); /* 本拍时基：健康判定 + 心跳共用一份 */ - /* P2 探针：单拍起点。名义节拍 1 ms = 168000 周期；若实测**持续**超过， - * 本任务（v2.7 起为 osPriorityAboveNormal）会持续抢占 uiTask + /* 探针：单拍起点。名义节拍 1 ms = 168000 周期；若实测**持续**超过， + * 本任务（osPriorityAboveNormal）会持续抢占 uiTask * （osPriorityBelowNormal），是"UI 心跳缺席"的候选占用者之一 */ task_prof_enter(TASK_PROF_ADC_BEAT); @@ -278,9 +278,8 @@ void adc_task_func(void *arg) { * DMA 双缓冲（仅任务上下文；TPAFE 侧 1=有新帧 0=无新帧 -1=参数错）。 * 采样节拍由 TIM3 更新事件提供（ISR 内触发 CONVST + TRGO 触发 ADC1）， * 本任务既不触发也不等待转换。 - * P2 探针：本段单独计时。v2.0（DMA）起本段**零忙等**——原轮询版常态 - * adcp=122 us、超时拍最坏 2~3 ms（HAL_ADC_PollForConversion 是不让出的 - * 忙等），现在两档都降到 us 量级（只剩 TPAFE 快照临界区 + 拷 9 个半字）。 + * 探针：本段单独计时。本段**零忙等**（转换由 TIM3 TRGO 触发、DMA 搬运， + * 不再有逐通道轮询超时），只剩 TPAFE 快照临界区 + 拷 9 个半字 → us 量级。 * ⚠ adcm（整拍）的 ~2.1 ms 峰值来自每 10 s 一次的心跳日志，不是本段，勿混读 */ task_prof_enter(TASK_PROF_ADC_POLL); r = adc_input_poll(); @@ -296,13 +295,12 @@ void adc_task_func(void *arg) { /* 2) L2 输入 + 相量重算：把本拍 9 路语义值转浮点帧压入采样环，再重算全部 * 相量实例（L2-6 滑动窗：每拍以"当前时刻为终止的前一周波"整窗重算）。 * - * ⚠ P0 修复（2026-10-10，Task #32 §5）：**仅在本拍确有新帧（r == 1）时**才压环。 + * ⚠ **仅在本拍确有新帧（r == 1）时**才压环。 * 原实现在 r == 0（TPAFE 无新帧）时**仍然**压环 + phasor_run()，只有 r == -1 * 才跳过 —— 于是把**上一拍的重复采样值**塞进 20 点 DFT 窗，等效采样间隔被拉长。 - * 证据是日志里的恒等式 `ring = frames + idle`（09:36:21: 9957+44=10001 ✓； - * 09:36:31: 19352+649=20001 ✓）。本例 idle 占 3.2% → 窗长从 20.0 ms 漂到约 - * 20.6 ms → 对 50 Hz 信号相当于约 3% 的频率失配 → 幅值/相位**系统性**误差 - * （不是随机噪声）。修好后 `ring` 只在真实新帧上增长（ring == frames）。 + * 量级参考（台架曾测得 idle 占 3.2%）：窗长从 20.0 ms 漂到约 20.6 ms → 对 50 Hz + * 相当于约 3% 频率失配 → 幅值/相位**系统性**误差（不是随机噪声）。 + * 回归判据 = 恒等式 `ring == frames`（只有真新帧才入环）。 * * 任一通道读不到（尚未首次成功）→ 本拍**整帧跳过**：不向窗内注入 0 点 * （单个 0 点会显著污染 20 点窗），并计入 skip 观测。 */ @@ -398,7 +396,7 @@ void adc_task_func(void *arg) { { if ((int32_t)(now - report_at) >= 0) { if (dbg_console_writer_ready() != 0u) { - /* STM32 侧观测量（v2.0 DMA 版），四类各有独立成因： + /* STM32 侧观测量（DMA 版），四类各有独立成因： * adc1_rc = 最近一拍取帧状态（0 OK / -2 本拍无新帧） * adc1_seq = DMA 整帧完成计数（正常时 ≈ seq，恒定小偏移） * adc1_gap = 丢帧：seq 一次前进 >1 → 本任务超拍（单拍 > 1 ms） @@ -429,16 +427,16 @@ void adc_task_func(void *arg) { } } - /* 7) 等下一次节拍唤醒（v2.7 事件驱动，Task #32 P1-5 方案 a） + /* 7) 等下一次节拍唤醒（事件驱动） * 原实现是 osDelayUntil(next += 1ms)：把消费唤醒**钉在 FreeRTOS tick（1 ms）边界** * → 与 TIM3 生产之间有 0~1 ms 随机相位抖动（日志里的 idle 正是这么来的）， * 且一旦超拍，next 就永久落后 → 任务不再阻塞 → 空转抢占低优先级 uiTask - * （P0-2 修的正是它）。现在唤醒与生产**同源**：TIM3 ISR 触发 CONVST 后置位 + * （空转抢占低优先级任务正是这么发生的）。现在唤醒与生产**同源**：TIM3 ISR 触发 CONVST 后置位 * ADC_WAKE_FLAG，本任务被唤醒的延迟 = ISR + 调度（µs 级；本任务已提至 * AboveNormal → 立即抢占），无 tick 量化、无累积漂移，也就不再需要重同步钩子。 * 标志是命令位（等待即消费）→ osFlagsWaitAny，不加 osFlagsNoClear； * osWaitForever 无超时 = 刻意的 fail-safe（TIM3 停摆 → 无心跳 → IWDG 复位）。 */ - task_prof_exit(TASK_PROF_ADC_BEAT); /* P2 探针：单拍耗时结算（不含等待） */ + task_prof_exit(TASK_PROF_ADC_BEAT); /* 探针：单拍耗时结算（不含等待） */ (void)osThreadFlagsWait(ADC_WAKE_FLAG, osFlagsWaitAny, osWaitForever); } } diff --git a/App/task/adc_task.h b/App/task/adc_task.h index d697cddd..eb86a9b6 100644 --- a/App/task/adc_task.h +++ b/App/task/adc_task.h @@ -6,7 +6,7 @@ * 创建日期：2026-07-19 * 修改记录： * v1.0 2026-07-19 王建锋 创建初始版本 - * v1.1 2026-10-10 王建锋 Task #32 P1-5 方案 a：新增 ADC_WAKE_FLAG 与 + * v1.1 2026-10-10 王建锋 新增 ADC_WAKE_FLAG 与 * adc_tick_irq_notify()——消费节拍由 osDelayUntil(1ms) * 轮询改为 TIM3 ISR 事件驱动唤醒 */ @@ -21,7 +21,7 @@ extern "C" { int adc_task_init(void); void adc_task_func(void *arg); -/* Task #32 P1-5（方案 a，2026-10-10）：事件驱动消费。 +/* 事件驱动消费的唤醒标志。 * TIM3 1 kHz 更新中断触发 CONVST 后，用本标志唤醒 adcTask 消费一拍。 * 线程标志在此是**命令位**（等待即消费），不是状态位 → 用 osFlagsWaitAny， * 不加 osFlagsNoClear（AGENTS「就绪屏障位必须 osFlagsNoClear」只约束状态位） */ diff --git a/App/task/default_task.c b/App/task/default_task.c index 68dd7a6a..30666218 100644 --- a/App/task/default_task.c +++ b/App/task/default_task.c @@ -19,7 +19,7 @@ * FTP 文件操作与 syslog/配置的卷访问自此串行化 * （2026-10-02 台架：并发 FTL 写 → journal 竞争 → * 本任务主循环喂狗点饥饿 → IWDG 误复位） - * v1.2 2026-10-10 王建锋 Task #32 的 P2 测量接线：主循环周期上报各任务最坏 + * v1.2 2026-10-10 王建锋 任务耗时测量接线：主循环周期上报各任务最坏 * 耗时（task_prof_report），并在**心跳位图出现 1→0 边沿** * 的瞬间留一份现场快照（task_prof_report_raw，裸 UART）； * 另给控制台排空与 syslog 落盘各加一个耗时探针 @@ -44,7 +44,7 @@ #define DBG_LINE_BUF_MAX 128U #include "dbg_log.h" #include "task_watchdog.h" -#include "task_prof.h" /* P2 测量：各任务最坏耗时上报（Task #32） */ +#include "task_prof.h" /* 各任务最坏耗时上报 */ #include "vol_lock.h" /* 任务句柄与属性块（CubeMX 生成全局，定义于 Src/freertos.c）： @@ -199,7 +199,7 @@ void default_task_func(void *argument) { task_wd_seg(TASK_WD_SEG_POLL); /* 心跳抽样与喂狗判定（内部节流至 100ms；全员到位才喂，否则累计停喂） */ task_wd_poll(); - /* P2 测量（Task #32）：某位由"到过"变为"缺席"的瞬间留一份现场快照。 + /* 耗时测量：某位由"到过"变为"缺席"的瞬间留一份现场快照。 * 走裸 UART 直发——缺席窗口内环形缓冲可能积压，这两行必须出去。 * * ⚠ 判据用**位图边沿**，不能用 miss 累计数：`task_wd_miss_count()` 返回的是 @@ -299,7 +299,7 @@ void default_task_func(void *argument) { /* 栈水位观测：首次 5s 后报告，此后每 2s 采样、出现更深峰值才打印 */ task_wd_seg(TASK_WD_SEG_STACK); stack_probe_poll(); - /* P2 测量（Task #32）：各任务最坏耗时 / 次数 / "仍在段内"快照。 + /* 各任务最坏耗时 / 次数 / "仍在段内"快照上报。 * 内部节流（首次 5s，此后每 2s）；判据： * uisn 持续增长 → uiTask 卡在 ui_net_sink_poll 的往返里（阻塞） * uipn 持续增长而 uisn 为 0 → 被调度饿死（本轮迟迟跑不完） diff --git a/App/task/net_task.c b/App/task/net_task.c index 8dcfb85b..154e33dc 100644 --- a/App/task/net_task.c +++ b/App/task/net_task.c @@ -18,7 +18,7 @@ * freertos.c USER CODE 区重复创建已删除 * v1.7 2026-10-02 王建锋 P1-8：初始组网失败/重建失败 → 自检记录 + 30s 周期重试 * （原实现：初始失败 = netTask 无限驻留；重建失败 = 静默丢配置） - * v1.8 2026-10-10 王建锋 Task #32 的 P2 测量埋点：net_poll() 单独计时—— + * v1.8 2026-10-10 王建锋 任务耗时测量埋点：net_poll() 单独计时—— * 本任务每 ~1ms 分派一次消息队列，若驱动轮询被拉长， * 其它任务（尤其 UI 的 net_accept 往返）的等待随之拉长 */ @@ -34,7 +34,7 @@ #include "sys_log.h" #include "test_config.h" /* 测试模式宏（ENABLE_HW_LAYER_TESTS）；产品构建全未定义，无作用 */ #include "task_watchdog.h" -#include "task_prof.h" /* P2 探针：net_poll 耗时（Task #32） */ +#include "task_prof.h" /* 探针：net_poll 耗时 */ #define DBG_TAG "[NET_TASK]" #include "dbg_log.h" diff --git a/App/task/ui_task.c b/App/task/ui_task.c index b6e030af..c3350528 100644 --- a/App/task/ui_task.c +++ b/App/task/ui_task.c @@ -6,11 +6,11 @@ * 创建日期：2026-08-30 * 修改记录： * v1.1 2026-09-14 王建锋 新增待机显示页初始化（ui_standby_init，空闲 60s 切入） - * v1.2 2026-10-10 王建锋 Task #32 的 P2 测量埋点：主循环加常开探针 + * v1.2 2026-10-10 王建锋 任务耗时测量埋点：主循环加常开探针 * （循环周期 / 单轮工作耗时 / ui_net_sink_poll 往返）， * 用于把"心跳缺席"拆成 饿死 / 阻塞在往返 / 自身拖长 * 三种互斥机理（判读见 docs/子系统设计/看门狗设计说明.md §11.4） - * v1.3 2026-10-10 王建锋 Task #32 的 P1-4a（解耦心跳，看门狗设计说明 §11.3）：把 task_wd_beat + * v1.3 2026-10-10 王建锋 解耦心跳（docs/子系统设计/看门狗设计说明.md §11.3）：把 task_wd_beat * (TASK_WD_UI) 提到 ui_net_sink_poll() **之前**。原写法心跳 * 在推流往返之后 → 心跳周期 = 渲染 + 一次 netTask 往返 + 10ms， * 实测 uiw≈uis≈50ms（心跳被 netTask 往返主导），心跳实际测的是 @@ -128,7 +128,7 @@ void ui_task_func(void *argument) { uint8_t tm_loop_valid = 0U; #endif - /* P2 常开探针（Task #32）：TEST_LATENCY_PROBE 只在 CH395F 套件构建下打开， + /* 常开探针：TEST_LATENCY_PROBE 只在 CH395F 套件构建下打开， * 且样本消费者是 testTask（产品构建里不跑）→ 产品构建拿不到任何 UI 周期数据。 * 故此处独立埋点，恒定生效、只写本模块的静态计数，由 defaultTask 周期上报。 */ @@ -151,12 +151,12 @@ void ui_task_func(void *argument) { tm_loop_valid = 1U; #endif ui_port_step(UI_TASK_TICK_MS); - /* 心跳**先于**推流往返发出（P1-4a，看门狗设计说明 §11.3）：UI 心跳测的是 + /* 心跳**先于**推流往返发出（判读口径 docs/子系统设计/看门狗设计说明.md §11.3）：UI 心跳测的是 * "UI 自身被调度到了"，而非"netTask 回执快慢"。原写法心跳在 sink 之后， * 致实测 uiw≈uis≈50ms（心跳被 netTask 往返主导）。提到往返之前后， * 即使往返偶发变慢，心跳也不被其拖垮。 * ⚠ 若往返**永久**阻塞（xTaskNotifyWait portMAX_DELAY 不返回），本改只能发 - * 一次心跳，救不了 → 彻底解耦须走事件驱动 accept，见文件头 v1.3 说明。 */ + * 一次心跳，救不了 → 彻底解耦须走事件驱动 accept，见文件头修改记录 v1.3。 */ task_wd_beat(TASK_WD_UI); /* 推流轮询段单独 enter/exit：它内部经 net_accept → net_wait_result 走到 * xTaskNotifyWait(portMAX_DELAY) 的**无限期阻塞**。若 uiTask 永久卡在这里， diff --git a/App/util/task_prof.c b/App/util/task_prof.c index ef91e6cb..e9dd1f5e 100644 --- a/App/util/task_prof.c +++ b/App/util/task_prof.c @@ -7,7 +7,7 @@ * 作者：王建锋 * 创建日期：2026-10-10 * 修改记录： - * v1.0 2026-10-10 王建锋 创建（Task #32 的 P2 测量埋点） + * v1.0 2026-10-10 王建锋 创建：常开任务耗时探针 * * 设计依据：docs/子系统设计/看门狗设计说明.md §11.4（探针字段语义与实测基线） */ diff --git a/App/util/task_prof.h b/App/util/task_prof.h index 3104cfde..0b3c0041 100644 --- a/App/util/task_prof.h +++ b/App/util/task_prof.h @@ -9,7 +9,7 @@ * 作者：王建锋 * 创建日期：2026-10-10 * 修改记录： - * v1.0 2026-10-10 王建锋 创建（Task #32 的 P2 测量埋点） + * v1.0 2026-10-10 王建锋 创建：常开任务耗时探针 * * 设计背景（docs/子系统设计/看门狗设计说明.md §11.4）： * uiTask 偶发心跳缺席导致 IWDG 复位，但"占用者"无法从既有日志判定。 diff --git a/Drivers/BSP/UI/ui_net_sink.c b/Drivers/BSP/UI/ui_net_sink.c index 3eecaec3..8d75cbf3 100644 --- a/Drivers/BSP/UI/ui_net_sink.c +++ b/Drivers/BSP/UI/ui_net_sink.c @@ -15,7 +15,7 @@ * 2026-10-02 王建锋 E-04：remo_send 校验 net_send 返回值（原丢弃）——短写/失败 * 告警，连续 3 次失败阻断推送，新连接/网络重建解除阻断 * （MCU 单连接模型不得 net_close 数据 fd，会连监听一起毁掉） - * 2026-10-10 王建锋 I-1 门控 + I-2 兜底（Task #32 §9.3，销项 N-10）：accept/recv + * 2026-10-10 王建锋 I-1 门控 + I-2 兜底（销项 N-10）：accept/recv * 前先用 net_can_accept()/net_can_read()（纯 RAM 读控制块）判 * "有没有活"，无活直接返回——台架常态（无客户端）从每 10 ms * 一次 RPC（100 msg/s，与 FTP 抢深度 8 的队列）降到 0 次。 diff --git a/Src/freertos.c b/Src/freertos.c index e9fde86c..79db3e66 100644 --- a/Src/freertos.c +++ b/Src/freertos.c @@ -146,13 +146,13 @@ const osThreadAttr_t timeSyncTask_attributes = { .stack_size = 640 * 4, .priority = (osPriority_t) osPriorityNormal, }; -/* B1（2026-10-10）：ADC 采集消费者（TIM6 1 kHz 采样节拍 + 原子快照 + 帧统计）。 +/* B1：ADC 采集消费者（TIM3 1 kHz 采样节拍 + 原子快照 + 帧统计）。 * 手写于此而非 .ioc（同 timeSyncTask：不在 Tasks01 里 → 重生成会丢，靠审计 WARN 提示）。 - * ⚠ 优先级 AboveNormal（Task #32 P1-5 方案 a，2026-10-10）：消费改由 TIM6 ISR 事件驱动后 - * 提优先级，使"被唤醒 → 立即抢占其余 Normal 任务"，唤醒延迟固定为 µs 级。 - * 代价：本任务单拍最坏实测 adcm≈2.1 ms 会在 AboveNormal 上挤占 net/ftp/default/timeSync， - * 其中 ADC 的 2 ms 忙等（App/algo/adc_input.c）尤其敏感 → 硬化方向见 - * docs/子系统设计/ADC采样节拍设计说明.md §10.4。 */ + * ⚠ 优先级 AboveNormal：消费由 TIM3 ISR 事件驱动，提优先级使"被唤醒 → 立即抢占其余 + * Normal 任务"，唤醒延迟固定为 µs 级。 + * 代价：本任务单拍最坏 adcm≈2 ms 会在 AboveNormal 上挤占 net/ftp/default/timeSync； + * 实测峰值来自每 10 s 心跳日志而非采集（STM32 侧已由 DMA 搬运，单拍取数 µs 量级） + * → 耗时特征与代价见 docs/子系统设计/ADC采样节拍设计说明.md §9、§10。 */ osThreadId_t adcTaskHandle; const osThreadAttr_t adcTask_attributes = { .name = "adcTask", @@ -173,8 +173,9 @@ const osThreadAttr_t iec104Task_attributes = { /* B5（2026-10-12）：保护判据节拍（prot_elm_run 消费者 + L5-4 采样闭锁）。 * 手写于此而非 .ioc（同上）。512 words：stack_report 实测静态最坏链 872 B * （float 判据 + phasor 快照 + 日志尾），余 1176 B / 57% ≥ ISR 底线 → 保持。 - * 优先级 Normal：V0.1 无出口硬件（规划 R7），判据是 20ms 软实时，不需要 - * adcTask 的 AboveNormal；规划 §4 的"1ms/高"随 P2 瞬时值元件再评。 */ + * 优先级 Normal：V0.1 无出口硬件（风险项见 docs/算法/继电保护功能复现规划.md §9）， + * 判据是 20 ms 软实时，不需要 adcTask 的 AboveNormal；该文档 §4 设想的"1 ms / 高 + * 优先级"要等瞬时值元件落地后再评（当前无出口硬件，快一拍不改变任何出口时序）。 */ osThreadId_t protectTaskHandle; const osThreadAttr_t protectTask_attributes = { .name = "protectTask", diff --git a/Src/main.c b/Src/main.c index 3829c6a7..abbf7072 100644 --- a/Src/main.c +++ b/Src/main.c @@ -42,7 +42,7 @@ #include "app_main.h" #include "sys_clock.h" #include "task_watchdog.h" /* task_wd_tick_probe()：round 8b 时间源存活性取证 */ -#include "adc_task.h" /* adc_tick_irq_notify()：TIM6 节拍 → 唤醒 adcTask（P1-5 方案 a） */ +#include "adc_task.h" /* adc_tick_irq_notify()：TIM3 采样节拍 → 唤醒 adcTask */ /* USER CODE END Includes */ /* Private typedef -----------------------------------------------------------*/ @@ -253,14 +253,14 @@ void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) } /* 1 kHz 采样节拍：TIM3 更新事件内脉冲 CONVST（仅两次 GPIO 写，亚 µs）， - * 再唤醒 adcTask 消费这一拍（Task #32 P1-5 方案 a：ISR 只发唤醒，计算全留在任务）。 + * 再唤醒 adcTask 消费这一拍（ISR 只发唤醒，计算全留在任务）。 * 同一个更新事件还经 TRGO 硬件触发 STM32 ADC1 一轮 9 通道转换（DMA 自动搬运） * → 两片转换器由同一硬件事件驱动，采样时刻对齐。 * TIM3 与 BUSY EXTI(EXTI9_5_IRQn) 同为抢占优先级 6 → 互不抢占， * 读 RD 时序不会被下一次 CONVST 脉冲打断。详见 - * docs/子系统设计/ADC采样节拍设计说明.md §10。放 USER CODE 区（L2）。 - * ⚠ 节拍源 v2.0 由 TIM6 改为 TIM3：F4 上 ADC1 的外部触发清单里没有 TIM6 TRGO - * （TIM6/TIM7 的 TRGO 只接 DAC），详见 App/app/app_main.c 步骤 6 注释。 + * docs/子系统设计/ADC采样节拍设计说明.md §3.3。放 USER CODE 区（L2）。 + * ⚠ 节拍源必须能触发 ADC1：F4 上 ADC1 的外部触发清单里没有 TIM6/TIM7 的 TRGO + * （只接 DAC），判据见 docs/子系统设计/ADC采样节拍设计说明.md §3.2。 * ⚠ 唤醒必须走 adc_tick_irq_notify()，**不要**在这里直接 osThreadFlagsSet： * TIM3 在 app_main_init() 就启动，远早于建任务与 osKernelStart， * "消费者就绪"门在 adc_task.c 里（同本文件 TIM7 分支 2026-10-02 的实测坑）。 */ diff --git a/docs/README.md b/docs/README.md index 58411c5c..68e70532 100644 --- a/docs/README.md +++ b/docs/README.md @@ -90,7 +90,7 @@ docs/ | [`控制台单写者日志设计说明.md`](子系统设计/控制台单写者日志设计说明.md) | 控制台日志单写者模型（避免多任务交错输出） | | [`运行与自检记录设计说明.md`](子系统设计/运行与自检记录设计说明.md) | `/log/run.log`·`selftest.log` 定长记录与待机显示 | | [`看门狗设计说明.md`](子系统设计/看门狗设计说明.md) | IWDG（CubeMX 配置）+ 任务心跳位图：选型与超时推导、掩码与埋点、取证机制、验证记录；已台架闭环（V2/V4/V5）。**§11 = 任务级饥饿的诊断方法与 `[PROF]` 实测基线**（Task #32 沉淀：判读口径、量化归因、三条脆弱点、明确不做的四条） | -| [`ADC采样节拍设计说明.md`](子系统设计/ADC采样节拍设计说明.md) | **ADC 采集链路采样节拍**：TIM3 1 kHz 更新事件同时触发 TPAFE CONVST 与（经 TRGO）STM32 ADC1 + DMA 乒乓缓冲；方案选型、CubeMX 配置规格、代码改造清单、时序/优先级分析、验收判据与实测剖面；**已落地并上板闭环** | +| [`ADC采样节拍设计说明.md`](子系统设计/ADC采样节拍设计说明.md) | **ADC 采集链路采样节拍（现状说明）**：TIM3 1 kHz 更新事件同时触发 TPAFE CONVST 与（经 TRGO）STM32 ADC1 + DMA 乒乓缓冲；节拍源为什么是 TIM3、DMA 硬约束、事件驱动消费与就绪门、实现落点、观测计数、性能特征与设计边界 | | [`IEC104上行设计说明.md`](子系统设计/IEC104上行设计说明.md) | **B4 上行规约**：IEC 60870-5-104 被控站（TCP 2404）范围/点表（V0.1 有效子集）/链路流程（k/w/t1~t3、总召、COV、遥控两段式、定值）/netTask 接入决策/预算与测试方案；协议核心纯逻辑 + L0.5 全栈单测 | | [`网络/BSD_Socket_API_使用指南.md`](网络/BSD_Socket_API_使用指南.md) | **上层视图**：BSD Socket API 公开语义、示例、常见问题 | | [`网络/BSD_Socket_API_函数调用关系.md`](网络/BSD_Socket_API_函数调用关系.md) | **内部视图**：netTask / 消息队列 / L3 挂起 / 重试对账的调用关系与设计意图 | @@ -104,6 +104,7 @@ docs/ | 文档 | 内容 | |---|---| | [`傅氏算法详解.md`](算法/傅氏算法详解.md) | 全周波傅氏（单频 DFT）原理与工程实现：正交性、梳状带通、滑动窗、系数表折算有效值；保护/遥测双轨有效值的算法基础 | +| [`采集与算法层设计说明.md`](算法/采集与算法层设计说明.md) | **`App/algo/` 的现状设计说明**：L1 语义取数与有效性判定、L2 采样环/相量/测频、L3 定值模型与元件框架的契约、关键机制（双区原子切换、乒乓半区、自适应测频窗、定值封存-自检-闭锁）、精度判据 J1~J6 与资源足迹 | | [`继电保护功能复现规划.md`](算法/继电保护功能复现规划.md) | **保护功能复现规划**：把参考系统（CLS100）保护链路映射到本项目（STM32F4）的分层功能/性能/参数清单、平台适配（N-18 等）与分阶段路线图 | --- diff --git a/docs/代码规范/pre-commit使用说明.md b/docs/代码规范/pre-commit使用说明.md index 86a64d58..4482f0cc 100644 --- a/docs/代码规范/pre-commit使用说明.md +++ b/docs/代码规范/pre-commit使用说明.md @@ -406,7 +406,7 @@ cppcheck 是开源 C/C++ 静态分析工具，**不运行代码**，通过语法 | **触发条件** | `App/algo/freq.*`、`App/algo/phasor.*`、`App/algo/sample_ring.*`、`test/host/freq/**` 或 `test/host/common/unit_test_harness.py` 变动 | | **处理方式** | **阻止提交**（单测失败即拦截） | | **被测对象** | `App/algo/freq.c/h`（L2.5 测频：共轭乘积相位增量 + 解缠绕 + 自适应窗长 K_eff 对齐负序泄漏纹波周期 + 假值钳制带 35~65 Hz + 幅值门 valid=0）——纯合成信号、零 I/O | -| **用例** | 46 断言：J1 扫频 45~55 Hz ≤0.02 Hz（实测 0.0101）/ J2 噪声 1% ≤0.10 Hz / J3 启动收敛 ≤40 ms / J4 阶跃 50→51 ≤120 ms（精度优先于响应，见 `App/algo/README.md` §3.7）/ J5 浮空 valid=0 不发散 / J6 双跳变钳制恢复 | +| **用例** | 46 断言：J1 扫频 45~55 Hz ≤0.02 Hz（实测 0.0101）/ J2 噪声 1% ≤0.10 Hz / J3 启动收敛 ≤40 ms / J4 阶跃 50→51 ≤120 ms（精度优先于响应，见 `docs/算法/采集与算法层设计说明.md` §7.2）/ J5 浮空 valid=0 不发散 / J6 双跳变钳制恢复 | | **为什么需要** | 测频精度是 OF/UF 判据的地基；板端无标准源照不出来（规划 §3.3 L3-5 注入验收归 B10）；定长窗负序泄漏纹波（0.317 Hz）这类坑只有扫频合成信号才能暴露 | | **运行器** | `test/host/freq/run_unit_test.py`（MSVC `cl.exe`，L0.5） | diff --git a/docs/子系统设计/ADC采样节拍设计说明.md b/docs/子系统设计/ADC采样节拍设计说明.md index a7956fbf..ccd0f2b3 100644 --- a/docs/子系统设计/ADC采样节拍设计说明.md +++ b/docs/子系统设计/ADC采样节拍设计说明.md @@ -1,468 +1,344 @@ -# ADC 采样节拍设计说明（1 kHz 硬件定时器触发） +# ADC 采样节拍设计说明（TIM3 1 kHz 同源硬件节拍） -> **状态**：**已实现并通过台架验收（2026-10-10）**——TIM6 更新中断（1 kHz）触发已落地 -> （`Src/main.c` 回调 + `app_main.c` 启动 + `adc_task.c` 退化为纯消费者），`@build` 0 错 0 警； -> 台架 `@test` **PASS**（`frame_seq` 每 10 s 精确 +10000 = 1000.0 Hz、`frst_err=0`、回读一致； -> 实测见 §7.1）。 -> **事件驱动消费改造方案 a 已落地（Task #32 P1-5，2026-10-10）**：用户决策 -> "ISR 只发唤醒 + 计算留任务 + 提优先级"（方案 a），拒绝"ISR 内计算"。消费端已从 -> 1 ms `osDelayUntil` 轮询改为 **TIM6 ISR 置位 `ADC_WAKE_FLAG` 唤醒**，`adcTask` -> 优先级 `Normal` → **`AboveNormal`**。台架实测 **`idle = 0`**（20000 拍全零；改前 1~649）、 -> `frames` 严格 1000.0 Hz、UI 侧 `uip/uiw/uis` 无退化。详见 §10。 -> **上位需求**：`docs/算法/继电保护功能复现规划.md` §3.2 L1-1（周期 CONVST 重触发 1000 Hz， -> 与保护节拍同源）。**驱动契约**：`Drivers/BSP/TPAFE5160/README.md`。 -> **背景**：B1（2026-10-10）已把 `adc_task` 由空桩改为真实消费者，但采样节拍是 -> **任务周期软触发**（`osDelayUntil`）——CONVST 边沿 = 任务被调度到的时刻，抖动大、 -> 且与 FreeRTOS tick 同源。本项把节拍源换成**硬件定时器**。 +> **模块名称**：ADC 采样节拍与消费链——TIM3 节拍源（`Src/tim.c`）、更新事件回调（`Src/main.c`）、 +> L1 采集层（`App/algo/adc_input.c`）、消费者 `adcTask`（`App/task/adc_task.c`）。 +> **文档定位**：**现状设计说明**——这条链当前由谁产生节拍、同一个硬件事件如何驱动两片转换器、 +> STM32 侧怎么搬运、消费者怎么取数、为什么这样配置、边界与代价在哪里。**历史演进、方案对比、 +> 门禁与台架复测记录、修订日志一律不写进本文**（需要时查 git 历史）。 +> **状态**：已落地并经真机验证；下游 = L2 相量 / 测频 → L3 保护判据（`docs/算法/采集与算法层设计说明.md`）。 +> **相关文档**： +> `docs/硬件平台/ADC通道映射说明.md`（网名 ↔ 板级 `ADCn` ↔ 转换器通道号，唯一权威） +> `docs/算法/继电保护功能复现规划.md` §3.1 L1-1（上位需求：1000 Hz 周期 CONVST 重触发） +> `Drivers/BSP/TPAFE5160/README.md`（驱动契约：`BUSY` / `FRSTDATA` / 原子快照） +> `docs/子系统设计/看门狗设计说明.md` §11.4（`[PROF]` 字段语义与耗时基线） +> +> ⚠ **网名 `AINn` ≠ 板级 `ADCn` ≠ 转换器通道号**（17 路里 13 路置换）→ 取数必须查通道映射文档。 + +## 目录 + +- [1. 节拍链路总览](#1-节拍链路总览) +- [2. 实现落点](#2-实现落点) +- [3. 节拍源：TIM3 配置与启动](#3-节拍源tim3-配置与启动) +- [4. STM32 侧：ADC1 触发与 DMA 乒乓双缓冲](#4-stm32-侧adc1-触发与-dma-乒乓双缓冲) +- [5. TPAFE 侧：CONVST 脉冲与 BUSY 读帧](#5-tpafe-侧convst-脉冲与-busy-读帧) +- [6. 消费者 adcTask：事件驱动唤醒](#6-消费者-adctask事件驱动唤醒) +- [7. 单周期时序与中断交互](#7-单周期时序与中断交互) +- [8. 可观测性：心跳计数与判读](#8-可观测性心跳计数与判读) +- [9. 性能与资源特征](#9-性能与资源特征) +- [10. 设计边界与已知代价](#10-设计边界与已知代价) +- [11. 设计铁律（改这条链前必读）](#11-设计铁律改这条链前必读) --- -## 1. 目标与现状 +## 1. 节拍链路总览 -| 项 | 改造前（B1 软触发） | 改造后（TIM6 硬件定时器，2026-10-10 已落地） | +一句话链：**TIM3 每 1 ms 产生一个更新事件，同一个事件同时驱动两片转换器，并唤醒唯一的消费者任务**。 + +```mermaid +flowchart TD + T["TIM3 更新事件（1 kHz）"] + T --> ISR["TIM3 更新中断（抢占优先级 6）"] + T --> TRGO["TRGO_UPDATE → ADC1 外部触发（上升沿）"] + + ISR --> CONV["PC9 CONVST 脉冲"] + ISR --> WAKE["adc_tick_irq_notify()
就绪门 + 置 ADC_WAKE_FLAG"] + + CONV --> BUSY["TPAFE 转换 → BUSY 拉低"] + BUSY --> EXTI["PC7 EXTI（优先级 6）读 8 通道
帧缓冲 + seq++"] + + TRGO --> SCAN["ADC1 一轮 9 通道"] + SCAN --> DMA["DMA2_Stream4 循环搬运
乒乓双缓冲 2×9 半字"] + + WAKE --> TASK["adcTask（AboveNormal）被唤醒即抢占"] + EXTI --> POLL["adc_input_poll()：TPAFE 原子快照"] + DMA --> TAKE["stm32_take()：取上一拍完成的半区"] + TASK --> POLL + TASK --> TAKE + POLL --> L2["L2 相量 / 测频 → 采样环
仅确有新帧时压环"] + TAKE --> L2 + L2 --> OUT["下游：L3 保护判据（protectTask）"] + L2 --> HB["task_wd_beat(TASK_WD_ADC) + 10 s 心跳"] +``` + +**关键性质**： + +- **一个更新事件驱动两片转换器**：TPAFE 的 CONVST 由 ISR 内 GPIO 脉冲给出，STM32 ADC1 由同一事件 + 的 TRGO 硬件触发 → 两者的相对相位固定，与软件调度无关。 +- **节拍精度是硬件级**：84 MHz ÷ (PSC+1) ÷ (ARR+1)，与 FreeRTOS tick（TIM7）无关；硬件自动重载， + 任务被长时抢占**不漏拍**。 +- **节拍与唤醒同源**：消费者由同一个更新事件的 ISR 唤醒 → 改采样率时消费节拍自动跟随（§10）。 +- **消费者是纯消费者**：不触发转换、不自旋等转换、不做保护运算；只做"取一拍 → 压环 → 算相量 → 心跳"。 +- **零新任务、零动态分配**；这条链新增的静态 RAM 只有 `s_stm32_dma` 36 B（§9）。 + +⚠ **同一事件驱动 ≠ 8 路电气量同刻采样**：两片转换器之间没有共同采样触发点（§10 第一条）。 + +--- + +## 2. 实现落点 + +| 位置 | 当前职责 | 改动边界 | |---|---|---| -| CONVST 边沿时刻 | 任务被调度时刻（抖动 = 调度延迟，可达数十 µs~ms） | TIM 更新事件 + ISR 入口延迟（亚 µs~数 µs） | -| 周期精度 | 依赖 FreeRTOS tick（TIM7） | 定时器硬件分频，**晶振级** | -| 丢拍 | 任务被长时抢占会漏拍 | 硬件自动重载，不漏拍 | -| 等周波调频 | 需改 tick 周期（不可行） | 运行期写 ARR 即可（§8） | +| `MDK-ARM/STM32F407-Demo.ioc` | TIM3 使能与参数（PSC / ARR / TRGO / NVIC 6）、ADC1 触发源与 DMA 绑定、DMA2_Stream4 | **改这里**，重生成才不丢 | +| `Src/tim.c` / `Inc/tim.h` | `htim3`、`MX_TIM3_Init()`、`HAL_TIM_Base_MspInit()`（`TIM3_IRQn` 优先级 6） | CubeMX 生成，勿手改 | +| `Src/stm32f4xx_it.c` | `TIM3_IRQHandler()` → `HAL_TIM_IRQHandler(&htim3)` | 生成 | +| `Src/main.c` 的 `HAL_TIM_PeriodElapsedCallback()` | TIM3 分支：CONVST 脉冲 + `adc_tick_irq_notify()` | **只写 `USER CODE` 区**（§3.5） | +| `App/app/app_main.c`（步骤 6） | 唯一的节拍启动点 `HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3)` | 手写；顺序约束见 §3.4 | +| `Src/adc.c` | ADC1 触发与 DMA 参数 + `adc1_calibrate()` | 参数在生成区；自校准在 `USER CODE` 区（§4.2） | +| `Src/dma.c` | DMA2_Stream4 参数与 NVIC 优先级 | 生成区；**改流后必回本页核对**（§4.3） | +| `App/algo/adc_input.c` | L1：`adc_input_poll()` / `adc_input_raw()`、半区推导、DMA 完成回调、四类故障计数 | 手写 | +| `App/task/adc_task.c` / `adc_task.h` | 消费者主循环、`adc_tick_irq_notify()` 与就绪门、10 s 心跳统计 | 手写 | +| `Src/freertos.c` | `adcTask` 栈 640 words、优先级 `osPriorityAboveNormal` | 手写于 `USER CODE` 区（不在 `.ioc`）；改栈前后各跑一次 `stack_report.py` | +| `App/task/protect_task.c` | 下游消费者：20 ms 判据节拍取 L2 相量快照 | → `docs/算法/采集与算法层设计说明.md` §9 | -**判据（L1-1）**：周期 CONVST 重触发 1000 Hz；示波器见 U3 `BUSY` 连续脉冲； -`tpafe5160_frame_seq()` 持续递增（每秒 +1000）。 +--- +## 3. 节拍源：TIM3 配置与启动 + +### 3.1 当前配置 + +| 项 | 值 | 依据 / 后果 | +|---|---|---| +| 计数时钟 | 84 MHz（APB1 定时器时钟 = 42 MHz × 2） | SYSCLK 168 MHz / HCLK 168 MHz / APB1 ÷4 | +| Prescaler (PSC) | **83** | → 1 MHz 计数，**1 µs 分辨率** | +| Counter Period (ARR) | **999** | → **1.000 kHz**（1000 µs 周期） | +| Counter Mode | Up | — | +| Clock Division | No Division | 与采样无关 | +| auto-reload preload | **Enable** | 运行期写 ARR 在下一个更新事件生效 → 改频无毛刺（§10） | +| Trigger Event Selection | **Update**（TRGO = 更新事件） | 硬件触发 ADC1（§4.1） | +| Master-Slave Mode | MSM = ENABLE（从模式 `SMS` = 0 内部时钟） | 软件 `CEN` 启动不受影响（已核对 RM0090 与生成代码） | +| NVIC | `TIM3_IRQn` 抢占 **6** / 子优先级 0 | 理由见 §3.3 | +| ADC1 触发 | `ADC_EXTERNALTRIGCONV_T3_TRGO`，边沿 RISING | §4.1 | + +`MX_TIM3_Init()` **只配置不启动**；`HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3)` 是唯一启动点（§3.4）。 + +### 3.2 为什么是 TIM3（不是 TIM6 / TIM7） + +F4 上 **ADC1 的外部触发清单里没有 TIM6 / TIM7 的 TRGO**——它们的 TRGO 只接 DAC。ADC1 的可用外部触发 +（RM0090 的 `EXTSEL` 表、本仓 `stm32f4xx_hal_adc.h`、CubeMX 器件库 `db/mcu/IP/ADC-STM32F417_Modes.xml`）： + +`T1_CC1/2/3、T2_CC2/3/4、T2_TRGO、T3_CC1、T3_TRGO、T4_CC4、T5_CC1/2/3、T8_CC1、T8_TRGO、EXTI15` + +想让**同一个硬件事件**同时驱动两片转换器，TRGO 型候选只剩 TIM2 / TIM3 / TIM4 / TIM5 / TIM8； +TIM7 已被 HAL 时基占用，TIM3 空闲且同为 APB1 通用定时器 → **用 TIM3**。PSC / ARR 与 HAL 时基 TIM7 +同构（84 MHz / 1 MHz / 1000 计数），对照排查时两边可直接互参。 + +**换节拍源前先核三条**：① 该定时器的 TRGO 在 F4 上确实能触发 ADC1；② 定时器空闲（TIM7 = HAL 时基）； +③ 是否仍在 APB1 时钟域（否则 PSC / ARR 要按新时钟重算）。 + +### 3.3 优先级为什么是 6 + +- 与 TPAFE `BUSY` 的 EXTI（`EXTI9_5_IRQn`）**同抢占优先级 → 互不抢占**：读帧的 8 次 RD 翻转不会 + 被打断，避免"读到一半被新转换刷新数据总线"。 +- ≥ `configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY`（= 5）→ ISR 内允许调内核 API（`osThreadFlagsSet()` + 实为 `xTaskNotifyFromISR()` + `portYIELD_FROM_ISR()`，会立即触发上下文切换）。 +- 5 是 USART、7 是 SPI / DMA 等 → 被更高优先级 ISR 挡住的时长以 µs 计（§7）。 +- `DMA2_Stream4_IRQn` 同为 6（`Src/dma.c`）。 + +### 3.4 启动位置与顺序 + +1. `MX_TIM3_Init()` 由 `main()` 在 `app_main_init()` 之前调用（生成代码，**只配置不计数**）。 +2. **`HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3)` 必须排在 `tpafe5160_init()` 成功之后**（`app_main.c` 步骤 6）： + 否则 ISR 会在驱动首帧有效性自检期间乱发 CONVST，使自检结果不可信。 +3. 节拍启动仍**早于内核**：`osKernelInitialize()` / `MX_FREERTOS_Init()` / `osKernelStart()` 都在其后 + → "节拍已在跑"与"消费者已存在"之间有约 100 ms 窗口，处置见 §6.1。 + +### 3.5 共用回调与生成区落点 + +`HAL_TIM_PeriodElapsedCallback()` 被 **TIM7 与 TIM3 共用**：TIM7 分支是 HAL 时基（`HAL_IncTick()`）与 +看门狗时基（`task_wd_tick_probe()`），TIM3 分支是采样节拍。三条分支**并列**，不得合并、不得删改 +TIM7 那两条（改坏不报编译错，只在时钟与看门狗上出事）。TIM3 分支写在 `USER CODE` 保护区； +重生成存活方法论与审计脚本 `scripts/check_cubemx_survival.py` → `docs/子系统设计/看门狗设计说明.md` §10。 --- -## 2. 方案选型 +## 4. STM32 侧：ADC1 触发与 DMA 乒乓双缓冲 -### 2.1 方案 A（**推荐**）：TIM6 更新中断 → ISR 内脉冲 CONVST +### 4.1 ADC1 当前配置 -- TIM6 配成 1 kHz 更新中断；ISR 内调 `tpafe5160_start_conv_irq()`（现成的 GPIO 脉冲）。 -- **零引脚改动**：PC9 保持 `GPIO_Output`，驱动与 `tpafe5160_init()` 首帧自检**完全不动**。 -- BUSY（PC7）EXTI 读帧路径**完全不动**。 -- 周期精度 = 定时器硬件（晶振级）；CONVST 边沿抖动 = TIM6 ISR 入口延迟（见 §5）。 -- 运行期改 ARR 即改变采样率 → 天然支持等周波调频。 +| 项 | 值 | 后果 | +|---|---|---| +| `ScanConvMode` | ENABLE | 一轮 9 通道 | +| `ContinuousConvMode` | DISABLE | 每轮由外部触发启动（§7） | +| `ExternalTrigConv` | `T3_TRGO`，`ExternalTrigConvEdge = RISING` | 与 CONVST 同一个更新事件 | +| `NbrOfConversion` | 9 | 通道清单与语义 → `docs/硬件平台/ADC通道映射说明.md` | +| `DMAContinuousRequests` | **ENABLE**（DDS 位） | ⚠ 关掉 = 一轮 9 通道只发**一次** DMA 请求 → **静默丢 8 路，不报任何错** | -### 2.2 方案 B（备选，暂不采用）：TIM3_CH4/TIM8_CH4 硬件 PWM 直驱 PC9 +### 4.2 上电自校准 -- PC9 复用为定时器通道，硬件直接产生 CONVST 方波，**零软件抖动**。 -- **代价**：① 需把 PC9 由 `GPIO_Output` 改为 AF（`.ioc` 引脚改动）； - ② 驱动的 `TPAFE5160_CONVST_*` 宏（GPIO 写）全部失效 → `tpafe5160_init()` 的 - "确保 CONVST 低"与首帧自检（E-44）都要重写；③ 上电初值/空闲电平语义变化。 -- **结论**：收益（把抖动从"数 µs"降到"0"）不足以抵消改动面与回归风险。 - **仅当 §5 实测抖动超过算法容限时再考虑**。 +F4 的 ADC **上电必须自校准**：缺它不报任何错，只是读数带失调。CubeMX 不生成这一步，且本仓库裁剪版 +HAL 没有 `HAL_ADCEx_Calibration_Start()`、裁剪版 CMSIS 头没有 `ADC_CR2_CAL`（位值 3 在源内自定义） +→ `adc1_calibrate()` 手写于 `Src/adc.c` 的 `USER CODE` 区，在 `MX_ADC1_Init()` 末尾调用。 +时序按 RM0090 §13.3.6：清 `ADON` → 等硬件清零 → 置 `ADON` 上电待稳定 → 置 `CAL` → 等硬件**自动**清 +`CAL`（上限 10 ms）。存活由审计项 `adc1-calibration-call` / `adc1-calibration-impl` 兜底。 -> 下文只展开**方案 A**。 +### 4.3 DMA 选型与四条硬约束 + +| 项 | 当前值 | 为什么 / 违反的代价 | +|---|---|---| +| 流 | **DMA2_Stream4** | ADC1 在 DMA2 **只挂 Stream0 或 Stream4**（Stream1 = ADC3、Stream2/3 = ADC2）。取 Stream4 是为了不碰 SPI1_RX / USART1_RX 所在的流（NAND 与调试串口的 DMA）——让 CubeMX 自由分配会优先抢 Stream0，把这两路连锁搬家 | +| NVIC 优先级 | **6** | ⚠ **换流会把该流的 NVIC 优先级重置为 0**，0 抢占 FreeRTOS 临界区（上限 5）→ 任何改流之后必须回 `Src/dma.c` 核对优先级 | +| `DMAContinuousRequests` | ENABLE | 见 §4.1：违反时**不报错**，只是静默丢通道 | +| 缓冲地址 | `s_stm32_dma[18]`（`uint16_t`）落在 **`RW_IRAM1`** | ⚠ ADC1 走 **DMA2**，而 F4 的 DMA2 **不可达 CCM**（`0x10000000`）→ 放错不报编译错也不报运行错，数据永远搬不回来 | + +模式：`DMA_CIRCULAR` + `DMA_PRIORITY_LOW` + halfword→halfword，长度 `2 × 9 = 18`（两个 9 通道半区）。 + +### 4.4 半区推导（无竞态写法） + +半传输与整传输**都**代表"一整帧就绪"，两个回调共用同一个自增计数（`HAL_ADC_ConvHalfCpltCallback()` / +`HAL_ADC_ConvCpltCallback()`，均带 `hadc == &hadc1` 句柄守卫）；消费侧 `stm32_take()` 只读一个计数： + +```c +uint32_t seq = s_dma_seq; /* 单次 32 位读：与 ISR 自增不产生撕裂 */ +uint8_t half = (uint8_t)(1u - (seq & 1u)); /* 奇 = 刚完成前半区，偶 = 刚完成后半区 */ +const uint16_t *src = &s_stm32_dma[half * ADC_INPUT_STM32_CH_NUM]; +``` + +- **判据只读一个 32 位量**：不另存"当前半区"变量——否则会出现"读到新 `half`、读到旧 `seq`"的 + 组合窗口。 +- **代价**：STM32 侧数据固定滞后一拍（1 ms）。两片转换器本就无同刻性（§10）→ 不新增误差。 +- **失败拍不沿用旧值**：`seq` 未前进（本拍无新帧）或 `HAL_ADC_Start_DMA()` 挂载失败 → 清 + `s_stm32_valid` → 本拍 STM32 侧判为无效，消费者**整帧跳过**（`skip` 计数，§8），下一拍成功自动恢复。 +- 取帧状态码：`ADC_INPUT_RC_OK` = 0 / `ADC_INPUT_RC_START` = -1 挂载失败 / + `ADC_INPUT_RC_STALL` = -2 本拍无新帧 / `ADC_INPUT_RC_NOT_RUN` = -3 尚未取过帧。 + +--- +## 5. TPAFE 侧：CONVST 脉冲与 BUSY 读帧 + +- **PC9 CONVST** 是 `GPIO_Output`（**不是**定时器复用引脚），脉冲由 TIM3 ISR 内两次 GPIO 写产生 + → 引脚配置、驱动 `tpafe5160_init()` 与首帧自检都不受影响。 +- 转换约 23 µs → **PC7 `BUSY`** 拉低 → `EXTI9_5_IRQn`（优先级 6）内读 8 通道（≈0.5 µs）→ 写帧缓冲、 + `seq++`。转换与读帧时序的契约在 `Drivers/BSP/TPAFE5160/README.md`。 +- **取数只用原子快照**：`tpafe5160_snapshot()`（临界区，**仅任务上下文**）。旧的 `get_buf()` / + `data_ready()` / `clear_ready()` 已从驱动**删除**——两步之间被抢占会拷回两帧混合数据。 +- 消费者一律经 `adc_input_poll()` / `adc_input_raw()` **按语义**取数，**不得写死缓冲区下标** + （`buf[2]=IA` 一类映射只写在 `docs/硬件平台/ADC通道映射说明.md`）。 +- `frst_err`（`tpafe5160_frstdata_err()`）是"`FRSTDATA` 无跳变"的帧计数——它是"每个周期 `BUSY` + EXTI 都真的在读帧"的直接观测面。 --- -## 3. CubeMX 配置规格（照此配置） +## 6. 消费者 adcTask：事件驱动唤醒 -**前提**：SYSCLK = 168 MHz / HCLK = 168 MHz / APB1 = 42 MHz（÷4）→ **APB1 定时器时钟 = 84 MHz**； -HAL 时基 = TIM7（已占用）；**TIM1~TIM6、TIM8~TIM14 当前全部空闲**。 +### 6.1 就绪门（ISR 侧的唯一入口） -| 步骤 | 位置 | 值 | 说明 | +`TIM3` 的节拍远早于调度器（§3.4）：这约 100 ms 窗口里 `adcTaskHandle` 还是 `NULL`、调度器也还没起。 + +- ISR **只调** `adc_tick_irq_notify()`，**不得**在回调里直接 `osThreadFlagsSet()`。前者内含就绪门 + `s_consumer_ready`——由 `adcTask` 自己在进入等待前置 1（**单写者 = 任务，ISR 只读**）。 +- 就绪门把时序约束写成**显式代码**，不依赖 FreeRTOS 对 `NULL` 句柄的内部宽容——"句柄已赋值、 + 调度器未启动"这一段仍会让 ISR 版内核 API 跑在调度器之外（内核启动前不得调用内核 API 是平台级 + 约束，见 AGENTS.md「RTOS 与内存」）。 +- 置位与等待之间不漏唤醒：线程标志**粘滞**，开闸（`s_consumer_ready = 1u`）放在进入循环之前。 +- **把"定时轮询"换成"事件驱动"时，必须单独核对节拍源启动时刻与消费者创建时刻**——否则第一次上电 + 就会踩到"ISR 对还不存在的消费者动手"。同类约束 → `docs/子系统设计/看门狗设计说明.md` §11.5。 + +### 6.2 等待语义与优先级 + +| 项 | 当前实现 | 说明 | +|---|---|---| +| 等待 | `osThreadFlagsWait(ADC_WAKE_FLAG, osFlagsWaitAny, osWaitForever)` | 无超时 = 刻意的 fail-safe（§6.3）。`ADC_WAKE_FLAG` 是**命令位**，等待即消费，**不加** `osFlagsNoClear`（那是就绪屏障位的规则） | +| 优先级 | `osPriorityAboveNormal` | 唤醒后**立即抢占**其余 Normal / BelowNormal 任务 → "唤醒 → 开始处理"的延迟固定在 µs 级，无 tick 量化、无累积漂移；代价见 §9、§10 | +| 超拍合并 | 多个 TIM3 脉冲合并成一次唤醒 | 下一轮 `adc_input_poll()` 返 `r == 0` → 记 `idle`，**不重复压环**（只有 `r == 1u` 才压环）→ 20 点 DFT 窗不会被上一拍的重复值污染 | +| 看门狗 | 每拍 `task_wd_beat(TASK_WD_ADC)`；`required_mask` 与心跳位集合一致 | 提优先级不改掩码 | +| 本任务不做 | 不触发转换、不 `osDelay` 轮询、不做保护运算 | 判据在 `App/algo/prot_elm.c`，消费者是 `protectTask`（20 ms 节拍） | + +### 6.3 节拍缺失是刻意的 fail-safe + +TIM3 未启动或停摆 → ADC1 不再被触发、`adcTask` 再无唤醒 → 任务永久阻塞 → `TASK_WD_ADC` 缺席 → +IWDG 复位。**设计如此**：节拍源缺失不允许被静默放过，不得为了"少一次复位"给等待加超时。 + +--- + +## 7. 单周期时序与中断交互 + +```text +t = 0 TIM3 更新事件 → ISR：PC9 CONVST 上升沿脉冲 + adc_tick_irq_notify() + 同一更新事件经 TRGO 启动 ADC1 一轮 9 通道（DMA 逐通道搬运） +t ≈ 0+ε adcTask 被唤醒（AboveNormal → 立即抢占）→ adc_input_poll() +t ≈ 23 µs BUSY 拉低 → EXTI 读 8 通道（≈0.5 µs）→ 帧缓冲、seq++ +t ≈ 67 µs 第 9 个通道搬完 → 半传输 / 整传输回调 s_dma_seq++ +t = 1000 µs 下一个更新事件 +``` + +| 交互 | 现状 | 判据 | +|---|---|---| +| CONVST ↔ 读帧 | 读窗口与下一次 CONVST 相隔约 977 µs，互不重叠 | 转换只占约 23 µs | +| TIM3 ↔ `BUSY` EXTI | 同抢占优先级 6 → **互不抢占** | 读 RD 时序不被打断（§3.3） | +| TIM3 ↔ 更高优先级 ISR | USART（优先级 5）可挡住节拍 ISR，时长 µs 级 | 触发抖动占 1000 µs 的 < 0.5% | +| ISR 本体 | 两次 GPIO 写 + 一次线程标志置位 | ISR 内不做任何采集与算法计算（§11 第一条） | +| 数据就绪时刻 | TPAFE 侧本拍 ISR 后约 23 µs；STM32 侧取**上一拍已完成**的半区 | §4.4；因此 `adc1_seq` 与 `seq` 之间是一个**恒定小偏移**（§8） | + +--- +## 8. 可观测性：心跳计数与判读 + +每 10 s 一条 `[ADC_TASK]` 心跳（`ADC_TASK_REPORT_MS` = 10000）： + +| 字段 | 来源 | 正常态 | 异常判读 | |---|---|---|---| -| 1 | Timers → **TIM6** → *Activated* | ✅ 勾选 | 基础定时器，**无输出引脚**（不占用任何 IO） | -| 2 | Prescaler (PSC) | **83** | 84 MHz ÷ (83+1) = **1 MHz** 计数时钟（1 µs 分辨率） | -| 3 | Counter Period (ARR) | **999** | 1 MHz ÷ (999+1) = **1.000 kHz**（= 1000 µs 周期） | -| 4 | Counter Mode | Up | 向上计数 | -| 5 | **auto-reload preload** | **Enable** | 运行期写 ARR 在下一个更新事件生效，不产生毛刺（§8 等周波调频要用） | -| 6 | Clock Division | No Division | 与采样无关 | -| 7 | Trigger Event Selection | Reset（默认） | 不用 TRGO | -| 8 | NVIC Settings → **TIM6 global interrupt** | ✅ 勾选；**Preemption Priority = 6** | 与 BUSY EXTI（`EXTI9_5_IRQn` = 6）**同级**：两者互不抢占，避免"读 RD 时序被 CONVST 脉冲打断"（§5）；且 6 ≥ `configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY`（=5），将来 ISR 里发任务通知也安全 | +| `frames` | `adc_input_poll() == 1` 的拍数 | 与 `seq` 同速 | 增速低于 `seq` → 消费者被挡或超拍 | +| `idle` | 无新帧拍数（`r == 0`） | 稳态不增长 | 持续增长 → `BUSY` EXTI 未在读帧，或节拍源停摆 | +| `skip` | 无有效帧整帧跳过（STM32 侧失败拍，§4.4） | 极少 | 持续涨 → 看 `adc1_err` / `adc1_hw` | +| `seq` | `tpafe5160_frame_seq()` | 每 10 s +10000（= 1000.0 Hz） | 不涨 → TIM3 未启动或转换未触发 | +| `frst_err` | `tpafe5160_frstdata_err()` | 0 | > 0 → 读帧与转换未对齐 | +| `ring` | `sample_ring_frames()` | `ring == frames` | 不等 → 有 `idle` / `skip` 拍被压进环（回归恒等式） | +| `adc1_rc` | 最近一拍取帧状态 | 0（`ADC_INPUT_RC_OK`） | -2 本拍无新帧；-1 DMA 挂载失败 | +| `adc1_seq` | `s_dma_seq`（半传输 + 整传输共用） | ≈ `seq`，**恒定小偏移** | 偏移持续增大 → STM32 侧在丢 | +| `adc1_gap` | `seq` 一次前进 > 1 | 每 10 s 心跳 +1 | 快速上涨 → 本任务单拍 > 1 ms（看 `adcm`） | +| `adc1_err` | **连续 ≥ 2 拍**无新帧 | 0 | > 0 → 节拍源 / DMA 真停 | +| `adc1_hw` | `HAL_ADC_ErrorCallback()` 次数 | 0 | > 0 → ADC / DMA 硬件报错 | +| `tgap` | `adc_health_tpafe_gaps()`（L1-6） | 极少 | TPAFE 侧丢帧，与 `adc1_gap` 对称 | -**生成后**：CubeMX 会新建 `Src/tim.c` + `Inc/tim.h`（含 `htim6` 与 `MX_TIM6_Init()`）、 -在 `Src/stm32f4xx_it.c` 生成 `TIM6_IRQHandler()`、在 `Src/main.c` 的 `main()` 里插入 `MX_TIM6_Init()`。 -⚠ **`MX_TIM6_Init()` 只做配置，不启动计数**——启动由用户代码负责（§4 第 4 条）。 +单拍耗时（`adcp` = `TASK_PROF_ADC_POLL`）与整拍耗时（`adcm` = `TASK_PROF_ADC_BEAT`）不在心跳里， +由 DWT 探针的 `[PROF]` 行给出，字段语义与基线 → `docs/子系统设计/看门狗设计说明.md` §11.4。 -> **为何不用 TIM7 那种"1 MHz 计数 + ARR=999"以外的心跳**：本配置与 HAL 时基 TIM7 -> 的构造完全一致（同为 84 MHz / 1 MHz / 1000 计数），便于对照排查；PSC 取 83 使 ARR 与 -> "微秒"一一对应，等周波调频时可直接 `ARR = 周期µs - 1`。 +**为什么"连续 ≥ 2 拍无新帧"才计 `adc1_err`（`ADC_INPUT_STALL_RUN_MAX = 2`）**：任务在 TIM3 触发瞬间 +被唤醒，而该拍的 DMA 完成约落在 67 µs 之后；若上一拍被心跳日志或抢占拖过这 67 µs，本拍就会看到 +"计数没前进"（那个完成已被上一拍消费掉）。这种**相位伪影只会连续 1 拍**——DMA 若真停，第 2 拍仍然 +不会前进。故单拍无新帧**不计故障**，只记 `ADC_INPUT_RC_STALL`。 --- -## 4. 代码改造清单 +## 9. 性能与资源特征 -> 约定：**生成区不改**（CubeMX 重生成会覆盖）；所有手工代码落 `USER CODE` 保护区（L2）。 - -### 4.1 `Src/main.c`（CubeMX 生成；改 `USER CODE` 区） - -- `USER CODE BEGIN Includes` 增加 `#include "tpafe5160.h"`。 -- `HAL_TIM_PeriodElapsedCallback()`（**注意：该回调被 TIM7 时基共用**）增加 TIM6 分支： - -```c -void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) -{ - if (htim->Instance == TIM7) { HAL_IncTick(); } /* 既有：HAL 时基 */ - /* USER CODE BEGIN Callback 0 / 1 —— 加在既有 TIM7 分支之后 */ - if (htim->Instance == TIM6) - { - tpafe5160_start_conv_irq(); /* 1 kHz 采样节拍：ISR 内脉冲 CONVST（仅 GPIO 写，亚 µs） */ - } -} -``` - -⚠ **不得**破坏既有 `HAL_IncTick()` / `task_wd_tick_probe()` 两条 TIM7 分支。 - -### 4.2 `Src/tim.c` / `Inc/tim.h` / `Src/stm32f4xx_it.c` - -- **CubeMX 自动生成，勿手改**（`TIM6_IRQHandler` → `HAL_TIM_IRQHandler(&htim6)`）。 - -### 4.3 `App/app/app_main.c` - -- 增加 `#include "tim.h"`。 -- 第 213 行的**单次** `tpafe5160_start_conv_irq();` 替换为**启动周期触发**： - -```c - /* 6) 启动 1 kHz 采样节拍（TIM6 更新中断 → ISR 内触发 CONVST） */ - (void)HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim6); -``` - -- ⚠ **必须在 `tpafe5160_init()` 成功之后**再启动 TIM6，否则 ISR 会在驱动自检 - （首帧有效性探针，E-44）期间乱发 CONVST。 - -### 4.4 `App/task/adc_task.c` - -- **删除**主循环里的 `tpafe5160_start_conv_irq();`（触发已交给 TIM6）。 -- 本任务退化为**纯消费者**：`tpafe5160_snapshot()` + 帧统计 + 10 s 心跳 + 看门狗心跳。 - 1 ms 节拍（`osDelayUntil`）保留，仅用于"消费节奏"。 -- 更新文件头与函数注释（说明节拍由 TIM6 提供，本任务不再触发）。 -- **看门狗不变**：`TASK_WD_ADC` 心跳仍在循环内每拍调用。 - -### 4.5 文档同步（2026-10-10 已执行） - -- `docs/算法/继电保护功能复现规划.md`：§3.2 L1-1 由 🔶 改为 ✅（TIM6 硬件触发）、§1.2 采样软件行 + 变更记录同步。 -- `docs/任务规划/基线与待确认.md` §1：TPAFE 自动扫描模式待确认项标注"已不影响"（TIM6 方案不依赖它）。 -- `AGENTS.md` 架构要点 `adcTask` 条 + `app_main_init` 序列：改为"TIM6 硬件触发 + 纯消费者"。 -- `Drivers/BSP/TPAFE5160/README.md`：周期重触发改为"由 TIM6 更新中断提供"。 - ---- - -## 5. 时序与优先级分析 - -**单周期时序（1 kHz，周期 1000 µs）**： - -``` -t=0 TIM6 更新事件 → ISR → CONVST 脉冲（LOW→HIGH 上升沿） -t≈0+ε TPAFE5160 开始转换（BUSY 拉高） -t≈23 µs BUSY 拉低 → PC7 EXTI(优先级 6) → 读 8 通道（≈0.5 µs）→ seq++ -t=1000 µs 下一个 TIM6 更新事件 -``` - -- **读窗口与下一次 CONVST 相隔 ~977 µs**（转换仅 ~23 µs），互不重叠。 -- **TIM6 与 BUSY EXTI 同级（6）→ 互不抢占**：读 RD 时序（8 次 RD 翻转）不会被打断， - 避免"读到一半被新转换刷新数据总线"。这是选 6 而非 5 的原因。 -- **触发抖动**：TIM6 是最高优先级之一（5 为 USART，7 为 SPI/DMA）；被更高优先级 ISR - （USART，~数 µs）挡住的概率与时长都有限 → 最坏抖动约数 µs，占 1000 µs 的 <0.5%。 -- **ISR 时长**：`tpafe5160_start_conv_irq()` 只做两次 `HAL_GPIO_WritePin`（寄存器写） - → 亚 µs，不拖累其它中断。 - ---- - -## 6. 风险与注意事项 - -1. **共用回调**：`HAL_TIM_PeriodElapsedCallback` 同时服务 TIM7（HAL 时基）与 TIM6 → - 分支必须并列、不得互相干扰；改动后必须确认开机日志时间戳正常（时基未坏）。 -2. **启动顺序**：TIM6 必须在 `tpafe5160_init()` 之后启动（§4.3）。 -3. **不新增任务/栈**：本项**零新任务、零新栈、零动态分配** → 不动 `stack_report.py` 预算。 -4. **CubeMX 生存**：新增生成文件 `Src/tim.c` / `Inc/tim.h`；改后跑一次 - `python scripts/check_cubemx_survival.py`，若有新增生成文件被登记，按提示重建基线。 -5. **Keil 工程**：从 CubeMX 重生成工程（含 MDK-ARM）以把 `tim.c` 纳入编译；随后 - `@build` 必须 0 错 0 警。 -6. **`mem-numbers`**：本项改 Flash/RAM 极小但非零 → 若 `check_mem_numbers.py` FAIL， - 跑 `python scripts/check_mem_numbers.py --write` 刷新快照。 -7. **消费端与生产端同频**：TIM6（84 MHz 派生）与 FreeRTOS tick TIM7（同源）都恰好 1 kHz， - 相位固定 → 消费端每拍恰好取到 1 帧。**一旦进入等周波调频（采样率≠1 kHz）， - 固定周期轮询会与生产端失配 → 消费端须改为"节拍事件驱动"**（见 §8）。 - ✅ **该前置已满足（2026-10-10，§10）**：消费唤醒改由 TIM6 ISR 置位，与采样率天然同步。 - ---- - -## 7. 验收判据 - -| # | 判据 | 手段 | +| 指标 | 现状 | 来源 / 条件 | |---|---|---| -| 1 | `@build` 0 错 0 警，且镜像无源文件新于 hex | `keil-build` skill（`keil_build.py`）+ `find -newermt` | -| 2 | PC9 `CONVST` 周期 = 1.000 kHz（±0.1%） | 示波器 / 逻辑分析仪 | -| 3 | PC7 `BUSY` 每周期一个脉冲，与 CONVST 相位固定 | 示波器双通道 | -| 4 | `frame_seq()` 每秒 +1000（每 10 s +10000），严格递增 | `@test` 串口 `[ADC_TASK] frames=... seq=...` | -| 5 | `frst_err=0`、`idle` 基本为 0 | 同上 | -| 6 | 开机日志时间戳正常（TIM7 时基未坏） | 串口日志 | -| 7 | 无 HardFault / `[ERR]` / 看门狗复位 | `@test` Forbidden 判定 | +| 节拍频率 | 1.000 kHz，硬件自动重载 | 84 MHz / 84 / 1000；心跳 `seq` 每 10 s +10000 | +| 单拍取数 `adcp` | **≈ 8 µs**（TPAFE 快照临界区 + 拷 9 个半字），本段**零忙等** | `[PROF]` 稳态；搬运由 DMA 完成后任务侧不再等待转换（§4） | +| 整拍最坏 `adcm` | ≈ 2 ms 峰值，**来自每 10 s 一次的心跳日志**（多行 `DBG_INFO` + 相量打印），不是采集 | 同批 `adcp` 仍是 µs 级、`idle = 0`；勿把 `adcm` 读成采集成本 | +| 稳态 `idle` | 0（唤醒与生产同源，无 tick 量化） | §6.2 | +| 稳态 `adc1_gap` | 每 10 s 心跳 +1（开机日志突发期集中数十次） | §8：心跳拍超 1 ms + 相位伪影 | +| 静态 RAM | `s_stm32_dma` 36 B 在 `RW_IRAM1` | `scripts/ram_report.py`；**加大缓冲前必须重跑 .map 确认仍在 `RW_IRAM1`**（§4.3） | +| 任务与栈 | 零新任务；`adcTask` 640 words，静态最坏链约 1.3 KB、余量约 48% | `scripts/stack_report.py`、`docs/内存管理/RAM使用分析与优化方案.md` §2.3 | +| 动态分配 | 无（自研代码禁 C 库堆） | AGENTS.md「平台约束」 | +| ISR 负担 | 1 kHz 一次，两次 GPIO 写 + 一次标志置位 | §7 | -### 7.1 台架实测结果（2026-10-10，`@test` PASS） - -证据：`docs/测试说明/boot_log_data/20261010_prod_adc_tim6_boot_log.txt`（`fw build: Oct 10 2026 15:21:20`）。 - -| # | 判据 | 实测 | -|---|---|---| -| 1 | `@build` 0 错 0 警 + 镜像时效 | ✅ 0 错 0 警；无源文件新于 hex | -| 2 | CONVST 1.000 kHz | ✅ 以 `frame_seq` 速率替代（无示波器）：`seq` 10005→20005→30005，**每 10 s 精确 +10000 = 1000.0 Hz** | -| 3 | BUSY 每周期一脉冲 | ✅ 以 `frst_err=0` 替代：全程无"FRSTDATA 无跳变"帧（BUSY EXTI 每周期都在读帧） | -| 4 | `frame_seq` 严格递增 | ✅ 见 #2，严格单调 | -| 5 | `frst_err=0`、`idle` 基本为 0 | ✅ `frst_err=0`；⚠ `idle` 每 10 s +5（≈0.05%，见下） | -| 6 | 开机时间戳正常 | ✅ 日志带墙钟时间戳，`net init: OK` 在 +530 ms | -| 7 | 无 HardFault / `[ERR]` / 看门狗复位 | ✅ 零 `[ERR]`/HardFault；`reset cause:` 仅 1 次（调试器软复位） | - -**关于 `idle`（改前：轮询消费的固有抖动）**：生产端（TIM6）与消费端（`adcTask` 1 ms 轮询） -同为 1000 Hz（TIM6 与 FreeRTOS tick 源 TIM7 参数一致，均 84 MHz/84/1000），但二者无显式同步 → -偶发 ±1 帧的相位抖动：每 10 s 约 5 次"两次轮询落在同一生产间隔"（`idle` +5）配 5 次"一次轮询跨两个 -生产间隔"（`frames` 少 5，即 9995/10000 ≈ 99.95% 取数）。 - -✅ **现状（§10 已落地，2026-10-10）**：消费端改由 **TIM6 ISR 置位 `ADC_WAKE_FLAG`** 唤醒。 -落点与当初设想的"BUSY EXTI 读帧完成时通知"不同——选 TIM6 是为了让唤醒与**采样节拍**严格同源， -且不必把内核 API 引入 BUSY EXTI（它与 TIM6 同抢占优先级，见 §5）；效果一致：实测 **`idle = 0`** -（6 次上板、每次 20000 拍全零）→ 判据 5 由"基本为 0"收紧为**恒 0**。 +**心跳拍的连带效应**：`adc1_gap` 的根治手段是**缩短心跳**（每 10 s 一次的多行日志），不是提高 DMA 能力。 +日志成本模型 → AGENTS.md「日志与工具链」。 --- -## 8. 后续：等周波调频（不在本项范围） +## 10. 设计边界与已知代价 -参考系统按 **20 点/周波**采样：电网频率漂移时需让采样率跟随（50.0 Hz → 1000 Hz； -49.5 Hz → 990 Hz），以保持傅氏全波窗对齐一个工频周期。 - -- 本配置已为此预留：**1 µs 分辨率** + **ARR 预装载使能** → 运行期 - `__HAL_TIM_SET_AUTORELOAD(&htim6, 周期µs - 1)` 即可无毛刺改频。 -- 需要配套：① 测频源（过零/DFT 相位）；② 把当前采样率同步给保护算法（相量/定值）； - ③ **消费端改事件驱动**（§10）——否则固定周期轮询在非 1 kHz 采样率下会丢帧。 - ✅ **已落地（2026-10-10，§10）**：消费唤醒与 TIM6 同源 → 调频时只改 ARR，消费节拍自动跟随。 +| 项 | 现状 | 说明 / 出口 | +|---|---|---| +| **8 路电气量分属两片转换器** | 跨转换器**没有共同采样触发点** → 无同一时刻性、相位不确定 | **V0.1 硬件缺陷**（登记簿 N-18）：V0.1 上**禁止**跨转换器做相位 / 功率 / 功率因数 / 矢量运算；根治要改板（8 路全接 TPAFE） | +| STM32 侧数据滞后 | 固定 1 拍（1 ms） | 乒乓半区的结构代价；因上一条，不新增误差（§4.4） | +| TPAFE 侧仍是"脉冲 + 中断读" | ISR 内 GPIO 脉冲、`BUSY` EXTI 逐通道读 8 次，**未 DMA 化** | 单点成本约 0.5 µs，非当前瓶颈；DMA / FMC 化的**前提未定**：接口类型与 `DRDY`、读时序须先用逻辑分析仪确认 | +| 等周波调频 | **硬件侧已具备**：1 µs 分辨率 + ARR 预装载 + 唤醒与生产同源 → 运行期 `__HAL_TIM_SET_AUTORELOAD(&htim3, 周期µs - 1)` 即可无毛刺改频，**消费节拍自动跟随** | 采样率随动到相量窗与定值不在本层；测频见 `App/algo/freq.c`，上位需求见 `docs/算法/继电保护功能复现规划.md` §3.1 | +| 通道有效性 | V0.1 只有部分通道测量有效 | 唯一权威 → `docs/硬件平台/ADC通道映射说明.md` | +| AboveNormal 的挤占面 | 单拍超过 1 ms 期间抢占 net / ftp / default / timeSync / ui | 观测面 = `adcm` 与 `adc1_gap`；诊断方法与基线 → `docs/子系统设计/看门狗设计说明.md` §11 | --- -## 9. 变更记录 +## 11. 设计铁律（改这条链前必读） -| 日期 | 变更 | 说明 | -|---|---|---| -| 2026-10-10 | 建立本文档 | B1（ADC 采集链路）遗留项"精确 1 kHz 硬件定时器触发"的规划：方案选型（A/B）、CubeMX 配置规格、代码改造清单、时序与优先级分析、风险与验收判据、等周波调频预留 | -| 2026-10-10 | **实现（方案 A）** | CubeMX 加 TIM6（PSC=83 / ARR=999 / ARR 预装载 / NVIC 抢占优先级 6）；`Src/main.c` 回调加 TIM6 分支触发 CONVST；`app_main.c` 用 `HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim6)` 启动节拍；`adc_task.c` 退化为纯消费者。`@build` 0 错 0 警；台架 `@test` 验收待做 | -| 2026-10-10 | **台架 `@test` 验收 PASS** | 真机闭环：`seq` 10005→20005→30005（每 10 s +10000 = 1000.0 Hz）、`frst_err=0`、`idle` 每 10 s +5（0.05%，轮询抖动）、回读 `No difference found`、零 `[ERR]`/HardFault、`reset cause` 仅 1 次。证据 `boot_log_data/20261010_prod_adc_tim6_boot_log.txt` | -| 2026-10-10 | **事件驱动消费方案 a 规划入档（Task #32 P1-5）** | 记录用户决策与改造清单（TIM6 ISR 置位 `ADC_WAKE_FLAG` 唤醒 `adcTask` + `adcTask` 提至 `osPriorityAboveNormal`），并附下一版硬件 DMA 双缓冲建议（§10.5）。代码待实施，消费端仍为 1 ms 轮询 | -| 2026-10-10 | **事件驱动消费方案 a 已实施（Task #32 P1-5）** | 四处改动落地：`Src/main.c` TIM6 分支调 `adc_tick_irq_notify()`；`adc_task.c` 循环尾改 `osThreadFlagsWait(ADC_WAKE_FLAG, osFlagsWaitAny, osWaitForever)` 并删 `ADC_TASK_BEAT_MS`/`next`；`Src/freertos.c` 优先级 `Normal`→**`AboveNormal`**；`App/task/adc_task.h` 加 `ADC_WAKE_FLAG` 与 ISR 入口。实施时补**就绪门**（§10.6，规划未预见：TIM6 比调度器早起 ≈100 ms）。`@build` 0 错 0 警（Code 256368→256728）；`@test` PASS：**`idle = 0`/19999 拍**（改前 1~649）、`frames` 1000.0 Hz、`seq−frames = 7` 正是就绪窗口、UI 侧 `uip/uiw/uis` 无退化 | -| 2026-10-10 | **§10.1/§10.3/§10.4 复核修正（无功能改动）** | ① 2 ms 忙等的单拍上界由"9 通道 ×2 = 18 ms"更正为**一次超时 ≈2~3 ms**（`stm32_scan()` 在首个超时处即 `Stop`+`return`）；② 6 次上板对照 `adcp` = **122 µs**（超时 0 次的 5 轮）/ **2209 µs**（超时 1 次的那轮）→ 2 ms 不是常态开销；③ `adcm` 2.1 ms 峰值**归因改判**为每 10 s 一次的心跳日志（`idle=0`/20000 反证无每拍 2 ms）；④ 新增超时的**正确性**代价（超时拍 STM32 侧静默沿用上一拍值，`skip` 抓不到）与硬化排序 | -| 2026-10-10 | **补 ADC1 上电自校准（§10.4）** | 发现 F4 必需的自校准在本项目**完全缺失**（CubeMX 不生成 + 裁剪 HAL 无 `HAL_ADCEx_Calibration_Start` + 裁剪 CMSIS 头无 `ADC_CR2_CAL`）→ 在 `Src/adc.c` 的 `USER CODE` 区实现 `adc1_calibrate()`（RM0090 §13.3.6 时序），`MX_ADC1_Init()` 末尾调用。新增审计项 `adc1-calibration-call`/`-impl`。`@build` 0 错 0 警（Code 256728→256868，+140 B）；`@test` PASS，`adcp` 仍 122 µs、`adc1_err=0`；实测 STM32 侧 6 路同向偏移 +10~+63 LSB、TPAFE 侧不变 | -| 2026-10-10 | **修"失败拍沿用旧值"（§10.4 硬化 ①）** | `stm32_scan()` 两条失败支路都清 `s_stm32_valid` → 失败拍走既有 `skip` 整帧跳过，不再产出"半新半旧"混合帧污染相量窗；下一拍成功自愈。主机单测 70 → **79** 用例（新增 TC-AI-070..078），并做反向验证（改回旧行为 3 条立即 FAIL）。`@build` 0 错 0 警（Code 256868→256872）、`@test` PASS。硬化 ②（DMA 消忙等）仍未做，并更正原表述：**F4 的 ADC EOC 没有 EXTI 通道**，只有 `ADC1_2_IRQn` | -| 2026-10-10 | **v2.8：节拍源 TIM6→TIM3 + STM32 侧 DMA 乒乓双缓冲（§11）** | 用户选定最彻底方案（DMA + TRGO 硬件触发 + 消费上一拍半区）。更正一处硬事实：**F4 上 ADC1 无 TIM6/TIM7 TRGO**（只接 DAC）→ 节拍源改 **TIM3**（PSC 83/ARR 999，`TIM_TRGO_UPDATE`），TIM6 从 `.ioc` 整体移除；ADC1 挂 **DMA2_Stream4**（CubeMX 默认抢 Stream0 会连锁搬走 SPI1_RX/USART1_RX，且换流把 NVIC 优先级重置为 **0**，违反"外设中断 ≥5"）、`DMAContinuousRequests=ENABLE`、循环模式长度 2×9 乒乓，半区由 `seq` 奇偶推出（只读一个 32 位量 → 无竞态）。`stm32_scan()` → `stm32_take()`，逐通道 `PollForConversion` 全删；故障计数拆成 `adc1_seq`/`adc1_gap`/`adc1_err`/`adc1_hw` 四类（单拍无新帧 = 相位伪影，不计故障）。实测：`adcp` **122 µs → 8 µs**、`adc1_err=0`、`adc1_hw=0`、`adc1_gap=27`/20002 拍、`adc1_seq` 与 `seq` 恒定偏移 2；主机单测 79 → **101**（四组反向验证均咬）；`@build` 0 错 0 警 Code 256872→**257660**；`@test` PASS；adcTask 静态链 832 B / 余 59% 不变 | - ---- - -## 10. 事件驱动消费改造（Task #32 P1-5，2026-10-10：用户决策方案 a，**已落地**） - -> 上位背景：Task #32 暴露"UI 任务看门狗停摆"候选占用者之一是 `adcTask` 的 1 ms 轮询—— -> 原 `osDelayUntil(1ms)` 把消费唤醒**钉在 FreeRTOS tick（1 ms）边界**，带来 0~1 ms 随机 -> 相位抖动 + 累积漂移风险，且 `adcTask` 与 `uiTask` 同为可被长时抢占的对象。用户决策： -> **方案 a（ISR 只发唤醒 + 计算仍在任务 + 提优先级）**，并拒绝"ISR 内计算"方案。 -> **落地状态（2026-10-10）**：四处改动全部实施（清单见 §10.2），`@build` 0 错 0 警、 -> 台架 `@test` PASS，实测见 §10.3；实施时补了一条规划未预见的**就绪门**（§10.6）。 - -### 10.1 决策：为什么选 a，不选"ISR 内计算" - -- **拒绝"ISR 内计算"**：把相量/压环搬进 TIM6 ISR 是反模式—— - ① `adc_input_poll()` 内含 `HAL_ADC_PollForConversion` 的 **2 ms 忙等**（`ADC_INPUT_POLL_TIMEOUT_MS=2U`）， - 绝不可入 ISR（TIM6 抢占优先级 6，自旋期间低优先级中断与全部任务都被压住；单拍最坏 = - **一次**超时 ≈2~3 ms——`stm32_scan()` 在首个超时处即 `HAL_ADC_Stop()`+`return` - （`App/algo/adc_input.c:79-84`），不会累加成 9 次）； - ② 相量/采样环是任务级共享数据，ISR 内改写需额外临界区，破坏 `tpafe5160_snapshot()` 的 - "仅任务上下文"铁律；③ `HAL_TIM_PeriodElapsedCallback` 是 CubeMX 生成区回调，承载 L2 计算 - 违反"生成区不改"约定，重生成即丢。 -- **选定方案 a**：TIM6 ISR **只置位唤醒标志**（`osThreadFlagsSet`），所有计算留在 `adcTask`； - 并把 `adcTask` 优先级由 `osPriorityNormal` 提到 `osPriorityAboveNormal`，使唤醒后**立即抢占** - 其余 Normal 任务，固定 µs 级延迟。计算量、数据共享、生成区约定全部不变。 - -### 10.2 改造内容（已实施） - -| 文件 | 实际改动 | -|---|---| -| `Src/main.c` | `HAL_TIM_PeriodElapsedCallback` 的 TIM6 分支（`USER CODE` 区，L2）：`tpafe5160_start_conv_irq()` 后加 **`adc_tick_irq_notify();`**——**不是**直接 `osThreadFlagsSet`（理由见 §10.6）；并在 `USER CODE BEGIN Includes` 加 `#include "adc_task.h"` | -| `App/task/adc_task.c` | 主循环尾 `osDelayUntil(next)` → **`(void)osThreadFlagsWait(ADC_WAKE_FLAG, osFlagsWaitAny, osWaitForever);`**；删除 `ADC_TASK_BEAT_MS` 与 `next`（P0-2 的重同步随之不再需要）；新增 `adc_tick_irq_notify()` 与就绪门 `s_consumer_ready` | -| `Src/freertos.c` | `adcTask_attributes.priority`：`osPriorityNormal` → **`osPriorityAboveNormal`**（=32 > 其余 Normal=24；`configMAX_PRIORITIES=56` 有裕量） | -| `App/task/adc_task.h` | 新增 `#define ADC_WAKE_FLAG 0x0001U` 与 `void adc_tick_irq_notify(void);`。**未**把 `extern osThreadId_t adcTaskHandle;` 放进头文件——句柄只在 `adc_task.c` 内引用，`main.c` 不碰任何内核符号（与 `task_wd_tick_probe()` 同构；规划里的这一条按此收敛） | - -- **ISR 安全性（设计校验）**：TIM6 抢占优先级 = 6 ≥ `configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY`(=5) → - `osThreadFlagsSet` 在 ISR 内走 `xTaskNotifyFromISR` + `portYIELD_FROM_ISR`（CMSIS-RTOS V2 的 - `osThreadFlagsSet` 实现），合法且会立即触发上下文切换。`configUSE_OS2_THREAD_FLAGS=1` 已开，符号已编入。 -- **看门狗不变**：`TASK_WD_ADC` 心跳仍在循环内每拍调用，`required_mask` 与心跳位集合一致， - 优先级调整不影响掩码。 -- **验证前置**：实施后须 `@build` 0 错 0 警 + 台架 `@test` 复核 `idle` 是否降至 ≈0（§7.1）。 - -### 10.3 收益与语义（含落地实测） - -1. **唤醒延迟固定 µs 级**：原 `osDelayUntil(1ms)` 把唤醒量化到 tick 边界 → 0~1 ms 随机相位抖动 + - 一旦超拍即"永久落后/空转"风险（即 P0-2 的成因）；事件驱动走 TIM6 硬件节拍，唤醒 = 生产时刻 + - ISR/调度延迟（亚 µs~数 µs），**无 tick 量化、无累积漂移**。 -2. **idle 归零（实测已达成）**：原轮询与生产的 ±1 帧相位抖动消失——唤醒与生产同源锁定。 -3. **粘滞标志的健壮性**：若单拍偶超 1 ms，TIM6 多发脉冲合并为一次唤醒，`adc_input_poll()` 返回 - `r==0`（无新帧）记 `idle`，**不重复处理同帧**，与 P0 修复（仅 `r==1` 压环）口径一致，无 DFT 窗污染。 - -**落地实测（2026-10-10，`@test` PASS，开机 29 s，台架无客户端）**： - -| 指标 | 改前（1 ms 轮询 + Normal） | **改后（事件驱动 + AboveNormal）** | 判读 | -|---|---|---|---| -| `idle` 无新帧拍数 | 649/20001；P0-1 后仍 **1/20000** | **0 / 19999**（两次心跳全零） | 相位抖动**彻底消失**，唤醒与生产同源 | -| `frames` 速率 | 1000.0/s | **1000.0/s**（t=21155→29227 ms 恰 +8072 拍） | 节拍未丢、未重复消费 | -| `ring` | == `frames` | == `frames`（19999） | P0-1 口径保持 | -| `adcm` 单拍最坏 | ≈2.1 ms | **2.12~2.25 ms** | ⚠ 归因已复核：峰值来自**每 10 s 一次的心跳日志**（`DBG_INFO` + `log_phasors`），不是采集——同批 `adcp` 仅 122 µs，且 `idle=0` 反证没有"每拍 2 ms"（否则粘滞标志会合并唤醒、`idle` 必 >0） | -| `uip` / `uiw` / `uis` | 61.3 / 11.4 ms / 1 µs | **61.3 / 11.4 ms / 1 µs** | 提优先级**未**伤到 UI（LVGL 地板不变） | -| `defd` 控制台排空 | 46 ms | 46 ms | 未被 AboveNormal 挤动 | -| `seq` − `frames` | — | 20006 − 19999 = **7** | 正是"TIM6 已在跑、消费者尚未就绪"的 ≈100 ms 窗口（§10.6），与设计一致 | - -### 10.4 残留风险与后续硬化（落地后仍开放） - -- **Task #32 §4.4 的 2 ms 忙等仍在 L1 层，且如今跑在 AboveNormal 上**：`adc_input_poll()` 内的 - `HAL_ADC_PollForConversion`（`ADC_INPUT_POLL_TIMEOUT_MS=2U`）是任务级忙等（`HAL_GetTick()` - 1 ms 粒度、判据 `> Timeout` → 实际 **2~3 ms**）。提优先级后，STM32 ADC 一旦偶发超时，这 2~3 ms - 会在**高于 net/ftp/default/timeSync** 的优先级上压住它们——比改前更敏感。 - **6 次上板对照（2026-10-10）**：超时 1 次的那轮 `adcp = 2209 µs`；超时 0 次的 5 轮 - `adcp = 122 µs`（= 9 通道 × 7.4 µs + TPAFE 快照）→ **2 ms 只在超时拍出现，不是常态开销**。 - ⚠ **超时的第二个代价是正确性，不只是耗时**：超时拍 `s_stm32_valid` 仍是上次成功留下的 1， - 而 `adc_input_poll()` 的返回值只由 TPAFE 决定 → 该拍照样 `r == 1`、照样压环，STM32 侧几路 - （UB/UC/IB/IC/IN/温度）**静默沿用上一拍的值**（`adc_input.c:209-212`），`s_frames_skip` - 只统计"从未成功过"、抓不到它。 - **硬化排序**：① ✅ **已实施（2026-10-10）**——`stm32_scan()` 两条失败支路（启动失败 / 轮询 - 超时）都清 `s_stm32_valid` → 本拍 STM32 侧判为无有效数据，走既有 `skip` 整帧跳过路径， - 下一拍成功自动恢复；主机侧新增 **TC-ADCIN-070..078** 钉死并做反向验证（改回旧行为 3 条立即 - FAIL）。② ✅ **已实施（2026-10-10）= DMA**：见 **§11**——TIM3 更新事件经 TRGO 硬件触发 - ADC1 一轮 9 通道，`HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1, buf, 18)`（乒乓双缓冲）由 DMA 自动搬运， - 任务侧 `HAL_ADC_PollForConversion` **全部删除**，实测单拍 `adcp` **122 µs → 8 µs**； - "超时拍沿用旧值"这条支路在结构上消失（不再有超时概念，改由"本拍无新帧"走同一条 `skip` - 防线）。⚠ **F4 的 ADC EOC 没有 EXTI 通道**，只有 `ADC1_2_IRQn`——"EOC 改 EXTI"在 F4 上 - 不成立，别照 F3/G4 的做法抄。 - ③ 双缓冲已随 ② 同一批落地；**等周波触发**属 V0.2 硬件项（§10.5 / §8）。 -- **已做的一项（2026-10-10）：补 F4 ADC 上电自校准**。CubeMX **不生成**该步骤，且本仓库裁剪版 - HAL **没有** `HAL_ADCEx_Calibration_Start` → 由 `Src/adc.c` 的 `adc1_calibrate()` 实现 - （`USER CODE` 区 = L2，审计项 `adc1-calibration-call` / `adc1-calibration-impl` 兜底）。 - 实测校准前后同一拍 STM32 侧 6 路**同向**偏移 +10~+63 LSB、TPAFE 侧一字不变 → 此前 ADC 确实 - 带失调在跑。它**不消** 2 ms 忙等，但把"未校准"这条可疑路径从本节的候选根因里划掉。 -- **启动 fail-safe（设计如此，已按此实现）**：TIM6 未启动 / 停摆 → `adcTask` 永久阻塞于 - `osThreadFlagsWait(osWaitForever)` → `TASK_WD_ADC` 缺席 → IWDG 复位。属安全 fail-safe， - 非缺陷（确保"节拍源缺失"不被静默放过）。 - -### 10.5 下一版硬件建议：DMA + 双缓冲（方案 b，用户要求记录） - -> **2026-10-10 更新**：本节里 **STM32 侧那一半已经落地**（§11，DMA + 乒乓双缓冲 + 定时器 -> TRGO 同源触发）。原写"STM32 ADC1 已支持 **TIM6**-TRGO → ADC1 + DMA"**是错的**—— -> F4 上 ADC1 的外部触发清单里没有 TIM6/TIM7 TRGO（只接 DAC），实际用的是 **TIM3_TRGO**； -> 已按 §11 更正。下面剩下的部分是 **TPAFE5160 侧**的下一版硬件建议，仍未办。 - -瓶颈在 **TPAFE5160 接口**，须先以逻辑分析仪确认其接口类型再定型： - -- **若 TPAFE 为 SPI + DRDY**（推荐先验）： - - 单 1 kHz 主时钟：TIM6 `TRGO` 同时驱动 ADC1 扫描（`ADC_ExternalTrigConv`=TIM6_TRGO）与 TPAFE `CONVST`； - - TPAFE 数据由 **SPI-RX-DMA** 搬运；`DRDY` 下降沿 → DMA **HT/TC 中断** 实现**乒乓双缓冲**； - - 任务只在"半满"时做后处理（压环 + 相量），CPU 完全脱离逐点搬运。 -- **若 TPAFE 为并行接口**：用 **FMC** 把 TPAFE 数据总线映射为异步 SRAM，DMA 从 FMC 读 → 内存； - 须确认 FSMC/FMC 地址/时序兼容 TPAFE 读时序（开销大于 SPI 方案）。 -- **统一收益**：CPU 脱离轮询/搬运 → 采样率可上探（如 4 k / 8 k 点/周波）、相量窗更密、腾出 - AboveNormal 算力给保护算法；与 §8 等周波调频天然契合（ARR 改频 + DMA 自动续传）。 -- **验收前置**：先以逻辑分析仪确认 TPAFE 接口类型与 `DRDY` 时序，**再**定型下一版硬件 DMA 方案， - 避免返工。 - -### 10.6 实施时补的一条：消费者就绪门（规划未预见，必须保留） - -规划写的是"ISR 里 `osThreadFlagsSet(adcTaskHandle, ...)`"。实施时发现**时序上不能直接这么写**： - -- TIM6 在 `app_main_init()`（`Src/main.c:140`）里就 `HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim6)`，而 - `osKernelInitialize()` / `MX_FREERTOS_Init()` / `osKernelStart()` 在 `:144/145/148` - → **"节拍源已在跑"与"消费者已存在"之间有约 100 ms 窗口**，其间 `adcTaskHandle` 还是 NULL、 - 调度器也还没起。 -- `osThreadFlagsSet()` 对 NULL 句柄本身安全（`cmsis_os2.c` 的入参检查返回 `osErrorParameter`）， - 但"句柄已赋值、调度器未启动"这段（建任务 → `osKernelStart`）仍会让 ISR 版内核 API 在调度器外跑。 - 本仓库对这类坑有实测记录：`Src/main.c` 的 **TIM7 分支注释**（2026-10-02，port.c 优先级断言 - 把系统卡死在 ISR 内）。 -- **处置**：ISR 只调 `adc_tick_irq_notify()`，其内含就绪门 `s_consumer_ready`——由 `adcTask` - 自己在进入等待前置 1（单写者 = 任务，ISR 只读）。把时序约束变成**显式代码**，而不是依赖 - FreeRTOS 的内部实现细节。 -- **实测印证**：`seq − frames = 20006 − 19999 = 7`——正是这 ≈100 ms 窗口里 TIM6 发出的 7 个脉冲 - 被丢弃（当时无消费者），之后一帧不差。 - -**教训（与 `docs/子系统设计/看门狗设计说明.md` §11.5 的三条"实施时才暴露"同类）**：把"定时轮询"换成 -"事件驱动"时，必须单独核对**节拍源启动时刻 vs 消费者创建时刻**，否则第一次上电就会踩到 -"ISR 对还不存在的消费者动手"。 - ---- - -## 11. 节拍源改 TIM3 + STM32 侧 DMA 乒乓双缓冲（v2.8，2026-10-10，**已落地并上板闭环**） - -> 触发背景：§10.4 硬化排序里的 ②（消忙等）与 ③（双缓冲）。用户明确选择最彻底的方案 -> （"我认为最彻底的就是 B2"）：**DMA + 定时器 TRGO 硬件触发 + 消费上一拍已完成的半区**。 - -### 11.1 为什么节拍源从 TIM6 换成 TIM3 - -原规划（§2.1 / §10.5）假设"TIM6 TRGO 可触发 ADC1"——**在 F4 上不成立**。查 CubeMX 器件库 -（`db/mcu/IP/ADC-STM32F417_Modes.xml`）与 `stm32f4xx_hal_adc.h`，ADC1 的外部触发只有： - -``` -T1_CC1/2/3、T2_CC2/3/4、T2_TRGO、T3_CC1、T3_TRGO、T4_CC4、T5_CC1/2/3、T8_CC1、T8_TRGO、EXTI15 -``` - -TIM6/TIM7 的 TRGO 在 F4 上**只喂 DAC**（`T6_TRGO` 仅出现在 DB 里 `Expression="STM32F7"` 的块中）。 -要在**同一个硬件事件**上同时驱动 TPAFE（ISR 脉冲 CONVST）与 STM32 ADC1（TRGO）， -可选的通用定时器 TRGO 只有 TIM2 / TIM3 / TIM4 / TIM5 / TIM8；TIM3 空闲且为 APB1 通用定时器 → -**改用 TIM3**（PSC 83 / ARR 999 = 1 kHz，`TIM_MasterOutputTrigger=TIM_TRGO_UPDATE`， -`TIM_MasterSlaveMode=ENABLE`）。TIM6 从 `.ioc` 中整体移除（`Mcu.IP` / `Mcu.Pin` / `VP_*` / -`TIM6_DAC_IRQn` 全部清掉），`htim6` / `MX_TIM6_Init` / `TIM6_DAC_IRQHandler` 一并消失。 - -⚠ `MSM=ENABLE` 而从模式 `SMS=0`（内部时钟）→ 软件 `CEN` 启动不受影响（已核对 RM0090 与生成代码）。 - -### 11.2 DMA 选型与三个静默陷阱 - -| 项 | 结论 | 踩坑代价 | -|---|---|---| -| 流 | **DMA2_Stream4**（ADC1 只挂 Stream0 或 Stream4；Stream1=ADC3、Stream2/3=ADC2） | CubeMX 默认抢 Stream0 → 连锁把 **SPI1_RX→Stream2、USART1_RX→Stream5**（NAND 与调试串口的 DMA 全被搬家） | -| 优先级 | `DMA2_Stream4=6`、`DMA2_Stream0=7`、`DMA2_Stream2=9` | **换流会把该流的 NVIC 优先级重置为 0** → 违反"外设中断 ≥5"，0 抢占 FreeRTOS 临界区（`configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY=5`） | -| `DMAContinuousRequests` | **ENABLE**（DDS 位） | 关掉 = 一轮 9 通道只发**一次** DMA 请求，静默丢 8 路，不报任何错 | -| 缓冲地址 | 必须在 **SRAM**（实测 `s_stm32_dma` @ `0x20003448`，落在 `RW_IRAM1`） | ADC1 走 **DMA2**，而 F4 的 DMA2 **不可达 CCM（0x10000000）** → 放错不报编译错、不报运行错，数据永远搬不回来 | - -模式：`DMA_CIRCULAR` + `DMA_PRIORITY_LOW` + halfword→halfword，长度 `2 × 9 = 18`。 - -### 11.3 乒乓半区怎么选才没有竞态 - -DMA 每完成 9 个半字触发一次 **半传输/传输完成** 回调，两个回调都代表"一整帧就绪"， -各自 `s_dma_seq++`（`HAL_ADC_ConvHalfCpltCallback` / `HAL_ADC_ConvCpltCallback`， -均带 `if (hadc == &hadc1)` 句柄守卫）。消费侧： - -```c -half = (uint8_t)(1u - (seq & 1u)); /* seq 奇 = 刚完成前半区，偶 = 刚完成后半区 */ -src = &s_stm32_dma[half * ADC_INPUT_STM32_CH_NUM]; -``` - -**只读一个 32 位 `seq`**（原子读）→ 半区下标由它推导，不再引入第二个 ISR 写、任务读的变量 -（若另存一个 `s_dma_half` 就有"读到新 half、读到旧 seq"的窗口）。 -代价：STM32 侧数据**固定滞后 1 拍（1 ms）**——两片转换器本来就没有同刻性（N-18），无新增误差。 - -### 11.4 可观测性：四类故障分开计数 - -| 计数 | 含义 | 判读 | -|---|---|---| -| `adc1_seq` | DMA 整帧完成计数 | 应 ≈ TPAFE `seq`（实测恒定偏移 2 = TIM3 启动到 DMA 挂载之间的窗口） | -| `adc1_gap` | `seq` 一次前进 >1 → **丢帧** | 消费者超拍（单拍 > 1 ms，如心跳日志突发） | -| `adc1_err` | **连续 ≥2 拍**无新帧 → 停摆 | 节拍源/DMA 真停；单拍无新帧是**相位伪影**（见下），不计 | -| `adc1_hw` | `HAL_ADC_ErrorCallback` | ADC/DMA 硬件报错 | - -**相位伪影**（实测发现，故设 `STALL_RUN_MAX=2`）：任务在 TIM3 触发瞬间被唤醒，而该拍的 DMA -完成落在 ≈67 µs 之后；若上一拍被日志/抢占拖过这 67 µs，本拍就会看到"计数没前进"（那个完成 -已被上一拍消费掉）。这种伪影**只会连续 1 拍**——DMA 若真停，第 2 拍仍不会前进。 - -### 11.5 实测（`@test` PASS，2026-10-10） - -| 指标 | DMA 前 | DMA 后 | -|---|---|---| -| `adcp`（单拍消费耗时） | **122 µs**（超时拍 2209 µs） | **8 µs** | -| `adcm`（心跳拍峰值） | 2.1 ms | 2.0 ms（仍是每 10 s 心跳日志本身） | -| `adc1_err` | — | **0** | -| `adc1_hw` | — | **0** | -| `adc1_gap` / `skip` | — | 27 / 20002 拍（0.13%，集中在开机日志突发期；稳态每 10 s 心跳 +1） | -| `adc1_seq` vs `seq` | — | 20004 vs 20006（恒定偏移 2，每拍 +1） | -| `idle` | 0 | 0 | -| 主机单测 | 79 | **101**（新增乒乓半区、HAL 回调守卫、gap/stall 分开计数三组） | -| `@build` | Code 256872 | **257660**（+788 B）；ZI +4 B（36 B 乒乓缓冲 − 旧变量） | -| adcTask 静态最坏链 | 832 B / 余 59% | **832 B / 余 59%**（未变，`HAL_ADC_PollForConversion` 出链） | - -反向验证（改错实现看用例是否咬）：半区奇偶取反 → 11 条 FAIL；停摆拍置 `valid=1` → 4 条 FAIL； -gap 阈值改 `>2` → 1 条 FAIL；`STALL_RUN_MAX` 改 1 → 6 条 FAIL。 - -### 11.6 遗留与注意 - -- **启动 fail-safe 语义不变但更硬**：TIM3 未启动 → ADC1 不再被触发 → `adcTask` 永久阻塞 → - `TASK_WD_ADC` 缺席 → IWDG 复位（设计如此）。 -- `adc1_gap` 的根治手段是**缩短心跳拍**（每 10 s 一次的多行日志），不是提高 DMA 能力。 -- 加大缓冲（如 4 路乒乓）前**必须**重跑 `.map` 确认地址仍在 `RW_IRAM1`。 -- 每次改 DMA 流之后必须回 NVIC 页核对优先级（§11.2 第三行）。 +1. **ISR 只发唤醒，不做计算**。相量、压环、保护判据全部留在任务上下文：忙等与算法不可入 ISR、 + 任务级共享数据不能在 ISR 里改写、`HAL_TIM_PeriodElapsedCallback()` 是生成区回调承载的业务代码。 +2. **ISR 侧唤醒只能走 `adc_tick_irq_notify()`**（就绪门，§6.1）；直接 `osThreadFlagsSet()` 会在内核 + 启动前把调度器外代码跑进 ISR。 +3. **一个更新事件驱动两片转换器**。另起定时器分别触发 = 重新引入跨转换器的相位不确定性（§10）。 +4. **取数只用 `adc_input_poll()` / `adc_input_raw()` / `tpafe5160_snapshot()`**，按语义不按下标； + 不得自行拼"两步取数"的等价物（§5）。 +5. **改节拍源、改 DMA 流、动 `DMAContinuousRequests` 之前先读 §3.2 与 §4.3**——这几类改动的共同点是 + **违反时不报任何错**，只在数据上出事（静默丢通道、搬不回来、优先级被重置为 0）。 +6. **节拍源停摆必须导致复位**（§6.3）：不得给等待加超时来"绕过"看门狗。 +7. **动栈或加深调用链前后各跑一次 `scripts/stack_report.py`**，新增缓冲前跑 `scripts/ram_report.py`（§9）。 diff --git a/docs/子系统设计/看门狗设计说明.md b/docs/子系统设计/看门狗设计说明.md index 4a6a8a7f..22a148aa 100644 --- a/docs/子系统设计/看门狗设计说明.md +++ b/docs/子系统设计/看门狗设计说明.md @@ -548,7 +548,7 @@ python scripts/check_cubemx_survival.py --write # 确认改动无误后重建 > **来源**：`[ERR][WD] task stall: mask=0x00000067 req=0x00000077`（缺 bit4 = `TASK_WD_UI`） > 的完整归因与处置。故障本身已结案——**累计 38 次上板启动 0 复现**（原 L2 基线 3/10）， > 原始分析文档按登记簿"完成即销项"规则删除。本节只留**可复用的判读口径、诊断方法、 -> 实测基线与教训**；ADC 侧的处置细节在 [`ADC采样节拍设计说明.md`](ADC采样节拍设计说明.md) §10/§11， +> 实测基线与教训**；ADC 侧的处置细节在 [`ADC采样节拍设计说明.md`](ADC采样节拍设计说明.md) §6 与 §9， > UI 推流门控在 `../UI设计/RemoDispBus协议与接收设计说明.md` §3，就绪门控 API 在 > `../网络/BSD_Socket_API_使用指南.md` §10.1。 @@ -580,7 +580,7 @@ python scripts/check_cubemx_survival.py --write # 确认改动无误后重建 |---|---|---| | 1 | **uiTask 是 `required_mask` 里唯一的 `osPriorityBelowNormal`**（其余五个全 `Normal`）。FreeRTOS 数值越大优先级越高 → 任一 Normal 任务持续就绪，uiTask 就**完全拿不到 CPU**；`configUSE_TIME_SLICING=1` 只保护**同优先级**公平 | **至今未变**（刻意不提优先级，理由见 §11.6）。风险由"心跳自产 + 往返门控 + 采集零忙等"三面压住 | | 2 | **UI 心跳曾依赖 netTask 往返**：`ui_net_sink_poll()` → `net_accept()` → `osMessageQueuePut(osWaitForever)` + `xTaskNotifyWait(portMAX_DELAY)`，**之后**才 `task_wd_beat(TASK_WD_UI)` → netTask 慢一拍、UI 心跳晚一拍。这正是"**只有 UI 位缺失**"的根因（别的任务没这条依赖） | ✅ 已断两处：心跳提到 poll **之前**（`App/task/ui_task.c`）；无客户端时门控让往返 = **0 次**（`uis` 实测 1 µs） | -| 3 | **自定截止期一旦错过就不可恢复**：`next += 1; osDelayUntil(next)` 且**丢弃返回值** → 单拍 >1 ms 后 `next` 相对当前时刻永久落后 → 该任务从此不再阻塞、以 Normal 优先级空转（**连续**慢拍才锁死，单次慢拍会自己追平）。返回值本是现成的重同步钩子 | ✅ 已消：adcTask 改**事件驱动唤醒**（`osThreadFlagsWait`），"落后"这个概念不存在了（`ADC采样节拍设计说明.md` §10） | +| 3 | **自定截止期一旦错过就不可恢复**：`next += 1; osDelayUntil(next)` 且**丢弃返回值** → 单拍 >1 ms 后 `next` 相对当前时刻永久落后 → 该任务从此不再阻塞、以 Normal 优先级空转（**连续**慢拍才锁死，单次慢拍会自己追平）。返回值本是现成的重同步钩子 | ✅ 已消：adcTask 改**事件驱动唤醒**（`osThreadFlagsWait`），"落后"这个概念不存在了（`ADC采样节拍设计说明.md` §6） | ⚠ 顺带揪出的两个**独立正确性**缺陷（与停摆无关，但同源发现，别只当性能问题）： @@ -588,7 +588,7 @@ python scripts/check_cubemx_survival.py --write # 确认改动无误后重建 等效采样间隔被拉长。当时 `idle` 占 3.2% → 窗长从 20.0 ms 漂到 ≈20.6 ms ≈ **3% 频率失配** → 幅值/相位**系统性误差**（不是随机噪声）。现仅 `r == 1` 压帧，上板印证 `ring == frames`。 - **失败拍静默沿用上一拍值**：失败支路不清 `s_stm32_valid` → 照样压环、`skip` 抓不到。 - 现失败即清标志走整帧跳过（`ADC采样节拍设计说明.md` §10.4；单测 TC-ADCIN-070..078 钉死）。 + 现失败即清标志走整帧跳过（`ADC采样节拍设计说明.md` §4.4；单测 TC-ADCIN-070..078 钉死）。 ### 11.4 `[PROF]` / `[PROF2]` 字段语义与当前基线 diff --git a/docs/架构设计/项目架构总览.md b/docs/架构设计/项目架构总览.md index c937978d..bd4eeb6e 100644 --- a/docs/架构设计/项目架构总览.md +++ b/docs/架构设计/项目架构总览.md @@ -329,7 +329,8 @@ flowchart LR | 存储架构（NAND/FTL/FatFs） | `docs/架构设计/STM32F4-Base存储架构说明.md` | | NET 阻塞模型（挂起请求表五路语义） | `docs/网络/Net层阻塞模型架构设计.md` | | 网络自愈（监听重建 / 沉降隔离 / 周期对账） | `docs/网络/网络自愈架构设计.md` | -| 采集与算法层 L1~L3 | `App/algo/README.md` | +| 采集与算法层 L1~L3（**设计与判据**） | `docs/算法/采集与算法层设计说明.md` | +| 采集与算法层目录索引（文件清单 / 构建测试） | `App/algo/README.md` | | ADC 采样节拍（TIM3 1kHz 同源驱动） | `docs/子系统设计/ADC采样节拍设计说明.md` | | IEC 60870-5-104 上行（:2404） | `docs/子系统设计/IEC104上行设计说明.md` | | 墙钟时间维护 | `docs/子系统设计/系统墙钟时间维护说明.md` | diff --git a/docs/硬件平台/ADC通道映射说明.md b/docs/硬件平台/ADC通道映射说明.md index 709e6277..32da1b9d 100644 --- a/docs/硬件平台/ADC通道映射说明.md +++ b/docs/硬件平台/ADC通道映射说明.md @@ -133,7 +133,7 @@ STM32（U17）为 LQFP144 脚号。 | ADC1 上电自校准 | **已补（2026-10-10）**：`Src/adc.c` 的 `USER CODE BEGIN ADC1_Init 2` 调用 `adc1_calibrate()`（实现同文件 `USER CODE BEGIN 1`，按 RM0090 §13.3.6：清 ADON→等生效→置 ADON→置 CAL→等 CAL 由硬件清零）。⚠ **CubeMX 不生成这一步**，且本仓库裁剪版 HAL **没有** `HAL_ADCEx_Calibration_Start`、裁剪版 CMSIS 头**没有** `ADC_CR2_CAL`（bit3，代码里按 RM 自建 `ADC1_CAL_BIT`）→ 属 L2 手工定制，审计项 `adc1-calibration-call` / `adc1-calibration-impl` 兜底 | 实测有效：校准前后同一拍 STM32 侧 6 路**同向**变化 `UB 898→961`、`UC 978→1038`、`IB 906→922`、`IC 1061→1071`、`IN 1017→1055`、`T 790→846`（+10~+63 LSB ≈ 0.2~1.5 % FS）；TPAFE 侧 `UA/UN/IA` 一字不变 → 变化确来自 ADC1 校准。缺这一步不报错，只是**读数带失调** | | ADC 时钟 | CubeMX 的 F4 ADC 面板**有** Clock Prescaler 一项（此前"面板没有该项、固定 DIV2"的判断有误），已选 **PCLK2/4 → ADCCLK = 21 MHz** ✓。面板里 **DIV2 是灰的、选不到**：DB 里 `FadcConstraint Max=36000000`，APB2 = 84 MHz → DIV2 = 42 MHz 超限，该候选值被 `Action="DISABLE"` 禁掉，超规值进不来 | **不设额外防护（2026-10-09 决定）**：约束已由 CubeMX 把关；`.ioc` 虽不保存 `ADC1.ClockPrescaler` 键，重生成也只会回落到约束允许的值。按 144+12 cycles 算 ≈ 7.4 µs/通道、9 通道一轮 ≈ 67 µs | | `adc_task` | **已实现（B1，2026-10-10；L1 层 v2.3；P1-5 事件驱动消费，2026-10-10）**：`App/task/adc_task.c` 每拍调 `adc_input_poll()`（`App/algo/adc_input.c`）= TPAFE `tpafe5160_snapshot()` 原子快照（8 通道）+ 消费一帧 STM32 ADC1 DMA 乒乓缓冲，**经 `adc_input_raw()` 按语义取数**（不再直接索引驱动缓冲）；**消费唤醒由 TIM3 ISR 置位 `ADC_WAKE_FLAG`**（不再 1 ms 轮询）；任务在 `Src/freertos.c` 的 `USER CODE` 区创建为 `adcTask`（512 words / **AboveNormal**） | 数据路径已通（台架 `@test`：`frames` 严格 1000 Hz 递增、**`idle=0`**、`adc1_rc=0` / `adc1_err=0`） | -| TPAFE 采样触发 | **周期 CONVST 已实现（2026-10-10）**：`Src/main.c` 的 `HAL_TIM_PeriodElapsedCallback` 在 **TIM3 更新事件（1 kHz）** 内调 `tpafe5160_start_conv_irq()`；`app_main_init()` 用 `HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3)` 启动节拍（在 `tpafe5160_init()` 之后）。同一 TIM3 更新事件还经 **TRGO** 硬件触发 ADC1 一轮 9 通道（DMA 搬运），并调 `adc_tick_irq_notify()` **唤醒消费者**（P1-5 方案 a，2026-10-10；内含"消费者就绪"门）→ 两片转换器由同一硬件事件同源对齐 | 连续波形（1 kHz）；详见 `docs/子系统设计/ADC采样节拍设计说明.md` §10 / §11 | +| TPAFE 采样触发 | **周期 CONVST 已实现（2026-10-10）**：`Src/main.c` 的 `HAL_TIM_PeriodElapsedCallback` 在 **TIM3 更新事件（1 kHz）** 内调 `tpafe5160_start_conv_irq()`；`app_main_init()` 用 `HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3)` 启动节拍（在 `tpafe5160_init()` 之后）。同一 TIM3 更新事件还经 **TRGO** 硬件触发 ADC1 一轮 9 通道（DMA 搬运），并调 `adc_tick_irq_notify()` **唤醒消费者**（P1-5 方案 a，2026-10-10；内含"消费者就绪"门）→ 两片转换器由同一硬件事件同源对齐 | 连续波形（1 kHz）；详见 `docs/子系统设计/ADC采样节拍设计说明.md` §4（DMA 乒乓搬运）与 §6（事件驱动唤醒） | | 前端偏置 | 每路 1k 串联 + 1k 到 `*_GND` + 滤波 C，**无中点偏置** | STM32 侧只能测 **0～3.3 V 单极性**，交流量负半周被削顶；主板侧只做监视可接受，若要算 RMS/功率需硬件补偏置或明确算法口径 | | TPAFE 量程 | 默认 ±5 V（RANGE 接 GND），16 位二进制补码，LSB ≈ 152.59 µV | 用 `tpafe5160_to_voltage()` 换算 | | 取数契约（**2026-10-10 已修**，E-44 / E-45 / E-58 闭环） | 旧的 `get_buf` / `data_ready` / `clear_ready` **已删除**（删除前确认全仓库零调用者）：`get_buf` 只给指针、任务再拷 → 被 BUSY EXTI 抢占就是**两帧混合**；`s_ready` 电平标志被 `start_conv_irq` 触发前清 0 → **重触发即丢未消费帧**；`read_all` 从不看 FRSTDATA（宏有定义、代码零引用）→ 芯片死亡时返回 OK + 常量垃圾。现口径：**`tpafe5160_snapshot(dst, count)`**（临界区原子拷贝，返回 1/0/-1，**仅任务上下文**）+ **`tpafe5160_frame_seq()`**（帧序号只增不清）+ **`tpafe5160_frstdata_err()`**（无跳变帧计数）；`tpafe5160_init()` 增**首帧自检**——一帧读下来 FRSTDATA 无跳变（芯片不驱动并行总线；板上 R24 4.7k 上拉会把它钉死为高）→ 返回 `-3` + `[ERR]` | 消费者**只能**用 `snapshot()` 取数（`AGENTS.md` 已立为铁律）；真机实测开机 `[ADC] Init OK` 现只在自检帧通过后才打印 → 判据在本板成立、非空转 | diff --git a/docs/算法/继电保护功能复现规划.md b/docs/算法/继电保护功能复现规划.md index 1d656f9f..f80d04b7 100644 --- a/docs/算法/继电保护功能复现规划.md +++ b/docs/算法/继电保护功能复现规划.md @@ -238,7 +238,7 @@ | # | 功能点 | 关键参数 | 完成判据 | 状态 | | --- | --- | --- | --- | --- | -| L1-1 | 周期 CONVST 重触发 | 1000 Hz（与保护节拍同源） | 示波器见 U3 `BUSY` 连续脉冲；`tpafe5160_frame_seq()` 持续递增 | ✅ 2026-10-10：**TIM3 更新事件（1 kHz）硬件触发**（ISR 内 `tpafe5160_start_conv_irq()`；方案 A，零引脚/零驱动改动。⚠ 节拍源**不能**是 TIM6/TIM7——F4 上 ADC1 收不到它们的 TRGO，见 `docs/子系统设计/ADC采样节拍设计说明.md` §11.1）；台架 `@test` PASS——`seq` 每 10 s 精确 +10000 = 1000.0 Hz、`frst_err=0`（早期证据 `boot_log_data/20261010_prod_adc_tim6_boot_log.txt`，节拍源当时为 TIM6） | +| L1-1 | 周期 CONVST 重触发 | 1000 Hz（与保护节拍同源） | 示波器见 U3 `BUSY` 连续脉冲；`tpafe5160_frame_seq()` 持续递增 | ✅ 2026-10-10：**TIM3 更新事件（1 kHz）硬件触发**（ISR 内 `tpafe5160_start_conv_irq()`；方案 A，零引脚/零驱动改动。⚠ 节拍源**不能**是 TIM6/TIM7——F4 上 ADC1 收不到它们的 TRGO，见 `docs/子系统设计/ADC采样节拍设计说明.md` §3.2）；台架 `@test` PASS——`seq` 每 10 s 精确 +10000 = 1000.0 Hz、`frst_err=0`（早期证据 `boot_log_data/20261010_prod_adc_tim6_boot_log.txt`，节拍源当时为 TIM6） | | L1-2 | TPAFE 快照消费 | 8 通道 / 帧 | `adc_task` 每拍调 `tpafe5160_snapshot()`，返回 1/0/-1 有处理 | ✅ B1 已实现并 `@test` 闭环（`adc_task.c`；台架 `idle=0`、`frst_err=0`） | | L1-3 | STM32 ADC1 启动与扫描 | 9 通道、144 cycles、**TIM3 TRGO 硬件触发 + DMA** | 全库出现 `HAL_ADC_Start_DMA`；9 通道码值随注入变化 | ✅ 2026-10-10（v2.0）：`App/algo/adc_input.c` 的 `stm32_take()`——ADC1 由 TIM3 更新事件经 TRGO 触发一轮 9 通道，`HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1, buf, 18)` + DMA2_Stream4 循环模式把码值自动搬进**乒乓双缓冲**，任务侧只消费刚完成的半区（**零忙等**，实测单拍 `adcp` 122 µs → **8 µs**）；台架 `@test` PASS——`adc1_seq` 每拍 +1、`adc1_err=0`、`adc1_hw=0`。⚠ 判据"随注入变化"以"逐通道独立读数 + 零停摆 + 跨次开机读数不同"替代（台架无信号源，同 §7.1 无示波器口径）；**引脚级注入验证（`ADC通道映射说明.md` §8 步骤 2）仍为待做项** | | L1-4 | 通道语义映射 | 见 `docs/硬件平台/ADC通道映射说明.md`（**按语义取数，不写死下标**） | `UA→buf[6]`、`UN→buf[5]`、`IA→buf[2]`；STM32 侧 `UB→ADC_CHANNEL_14` | ✅ 2026-10-10：`App/algo/adc_input.c` 的 `k_adc_map[]` 语义表（`UA/UN/IA`→TPAFE `buf[6]/[5]/[2]`，`UB/UC/IB/IC/IN/TEMP`→ADC1 `CH14/3/6/1/2/5`）+ `adc_input_raw()` 按语义取数；开机**映射自检**（`adc_input_init()` 校验 STM32 映射通道必落在扫描序列内 → 挡住"映射到不扫描的通道"静默错）通过（`ADC input layer init: OK`）。台架首帧日志 8 路 + 温度全部读出：`UA=11429 UN=11454 IA=11452`（与 TIM3 轮次一致）、`UB=1018 UC=1044 IB=943 IC=1069 IN=1052 T=850`（互异、非饱和；**两次开机读数不同** → 确为实时转换而非常量） | @@ -257,7 +257,7 @@ | L2-1 | 全周傅氏系数表 | `sin(2πk/N)·(√2/N)`、`cos(2πk/N)·(√2/N)`，N=20 | 系数表与 `docs/算法/傅氏算法详解.md` §2.3 一致 | ✅ 2026-10-11：`phasor.c` 离线系数表**预乘 √2/N**；主机单测逐项复核（`test/host/phasor/` 系数表用例） | | L2-2 | 基波相量实例 | **5 个实例**（参考项目 4 个，见下方注）：`C01-IA-F1` / `C02-UA-F1` / `C03-UN-F1` / `C04-IA-F2` / `C05-IA-F5` | 每实例输出 `{fRe, fIm, fAm, fAmSQ}` | ✅ 2026-10-11：`k_inst[]` 数据驱动 5 实例；台架开机即产出 `phasor(first)` 5 行（`boot_log_data/20261011_prod_phasor_boot_log.txt`） | | L2-3 | 相量有效值输出 | `fAmSQ = √(fRe²+fIm²)` 直接为**有效值**（系数已折算） | 标准源读数 = 设定有效值 | ✅ 2026-10-11（链路级）：`fAmSQ` 口径实现 + 单测合成正弦幅值误差 ≤1%；**"标准源读数"判据在无信号源台架不可达**（同 §7.1），待 L1-5 标定后复核 | -| L2-4 | 相位输出 | `φ = atan2(fIm, fRe)` | 相位误差 ≤ 目标值 | ✅ 2026-10-11（链路级）：`fRe/fIm` 常驻双区、每拍产出，φ 由消费侧 `atan2f` 现算（不常驻结构体，见 `App/algo/README.md` §3.3）；单测覆盖相位；**目标值待产品定义 + 标准源复核** | +| L2-4 | 相位输出 | `φ = atan2(fIm, fRe)` | 相位误差 ≤ 目标值 | ✅ 2026-10-11（链路级）：`fRe/fIm` 常驻双区、每拍产出，φ 由消费侧 `atan2f` 现算（不常驻结构体，见 `docs/算法/采集与算法层设计说明.md` §6）；单测覆盖相位；**目标值待产品定义 + 标准源复核** | | L2-5 | 线/负序/零序合成 | 线电压 `Uab=Ua−Ub` 等；负序 `3U2`/`3I2`；零序 `3U0`/`3I0` | 合成相量可复用于保护元件（**V0.1 仅同转换器内可合成**，见 §1.6） | ⬜ **V0.1 不适用**：跨转换器合成被 N-18 禁止；零序走**外部专用通道** `UN`/`IN`（§6.4），无需自产 → 随 V0.2 启用 | | L2-6 | 每 1 ms 滑动窗刷新 | 每来新点，窗滑动一格、20 点重算（暴力法） | 相量每拍更新 | ✅ 2026-10-11：`sample_ring` 40 点环 + `phasor_run()` 每拍整窗重算（仅 `r==1` 新帧压环，P0 修复）；台架 `ring` 随 `frames` 同步递增、`idle=0` | | L2-7 | 双区指针原子交换 | 计算区/使用区切换 | 保护元件读使用区，无撕裂 | ✅ 2026-10-11：`s_zone[2][5]` + 单字节 `volatile` 切换（Cortex-M 原子）；单测覆盖双区交换；为独立 L3 任务预留无锁读 | diff --git a/docs/算法/采集与算法层设计说明.md b/docs/算法/采集与算法层设计说明.md new file mode 100644 index 00000000..bbe4cc50 --- /dev/null +++ b/docs/算法/采集与算法层设计说明.md @@ -0,0 +1,414 @@ +# 采集与算法层设计说明（`App/algo/`：L1 → L2 → L3） + +> **模块名称**：自研采集与算法层，代码在 `App/algo/`（七个 `.c`，全部登记进 Keil 工程）。 +> **文档定位**：**现状设计说明**——本层当前如何组织、每个模块的契约与关键机制、为什么这样设计、 +> 边界与代价。**目录级索引（文件清单、构建与测试命令、新增模块动作）在 `App/algo/README.md`**， +> 本文不重复其内容；本文不写历史演进、门禁复测记录与修订日志（需要时查 git 历史）。 +> **状态**：L1 → L2 → L3 主线已闭环到板端消费者（`protectTask`，20 ms 判据节拍）； +> 标定（`docs/算法/继电保护功能复现规划.md` §3.1 L1-5）尚未实现，幅值精度不在本层能力内。 +> **相关文档**： +> 分层与功能项（L1~L5）的唯一属主登记处：`docs/算法/继电保护功能复现规划.md` §2.1（分层）、§3（功能清单）、§4.2（精度）、§7（路线图） +> `docs/硬件平台/ADC通道映射说明.md`（**语义映射唯一权威口径**） +> `docs/子系统设计/ADC采样节拍设计说明.md`（TIM3 1 kHz 同源节拍、ADC1+DMA 乒乓缓冲、`adcTask` 唤醒） +> `docs/算法/傅氏算法详解.md` §2.3（有效值口径怎么来的） +> `docs/测试说明/相量层单元测试说明.md`、`docs/测试说明/ADC输入层单元测试说明.md`（主机单测细则） + +## 目录 + +- [1. 定位与边界](#1-定位与边界) +- [2. 一拍的数据流与初始化落点](#2-一拍的数据流与初始化落点) +- [3. L1 语义取数 `adc_input.c`](#3-l1-语义取数-adcinputc) +- [4. L1 有效性判定 `adc_health.c`](#4-l1-有效性判定-adchealthc) +- [5. L2 输入 `sample_ring.c`](#5-l2-输入-sampleringc) +- [6. L2 `phasor.c` 相量计算](#6-l2-phasorc-相量计算) +- [7. L2 派生量：频率测量 `freq.c`](#7-l2-派生量频率测量-freqc) +- [8. L3 输入：保护定值模型 `prot_set.c`](#8-l3-输入保护定值模型-protsetc) +- [9. L3 保护元件框架 `prot_elm.c`](#9-l3-保护元件框架-protelmc) +- [10. 关键约定与禁令](#10-关键约定与禁令) +- [11. 资源足迹（改容量前先看这里）](#11-资源足迹改容量前先看这里) +- [12. 验证与判读](#12-验证与判读) +- [13. 相关文档](#13-相关文档) + +--- + +## 1. 定位与边界 + +- **原则：算法与 I/O、与调度分离。** 本层只做两件事——把原始码值变成**语义通道**的"数"、把采样序列 + 变成**相量/频率/判据状态**。不建任务、不等事件、不碰寄存器（唯一例外 `adc_input.c`，它必须驱动 + ADC1）、不做出口动作。 +- **这样分离换到什么**：`sample_ring` / `phasor` / `adc_health` / `prot_set` / `prot_elm` / + `freq` **零平台依赖**（只用 `stdint.h` / `math.h` / `stddef.h` 与本目录头），因此可被主机侧 + 单测以 `#include` 原样纳入、离线全覆盖（落实登记簿 **A-4**），不需要真机就能钉死判据。 +- **上下文约束**：`*_init()` 一律无 RTOS 依赖、幂等，由 `app_main_init()` 在**内核启动前**调用； + `adc_input_poll()` / `phasor_run()` / `freq_run()` **仅任务上下文**（快照走临界区）。 +- **消费者在 `App/task/`**：`adcTask` 采集并压环、`protectTask`（B5）跑 `prot_elm_run()`； + 新算法一律落在 `App/algo/`，**勿塞进 `App/task/`**（任务只做消费与编排）。 + +--- + +## 2. 一拍的数据流与初始化落点 + +一拍 = TIM3 的一个 1 kHz 更新事件（节拍与消费者唤醒同源，见 +`docs/子系统设计/ADC采样节拍设计说明.md` §1）。 + +```mermaid +flowchart TD + TIM3["TIM3 更新事件 1 kHz
ISR: 脉冲 CONVST + 置唤醒标志
同一事件经 TRGO 触发 ADC1"] + TIM3 --> TPAFE["TPAFE5160 转换
BUSY EXTI 收帧"] + TIM3 --> ADC["STM32 ADC1 一轮 9 通道
DMA2 循环模式自动搬运"] + ADC --> PP["乒乓双缓冲
半传输 / 整传输回调推进完成计数"] + TIM3 -. "唤醒 adcTask" .-> TASK + TPAFE --> POLL + PP --> POLL + TASK["adcTask（事件驱动唤醒，非定时轮询）"] --> POLL["adc_input_poll()
TPAFE 原子快照 + 消费刚完成的半区"] + POLL --> RAW["adc_input_raw(ch) × 9
按语义取原始码值"] + RAW --> RING["sample_ring_push_frame()
整帧入环"] + RING --> RUN["phasor_run()
逐实例重算 + 双区切换"] + RUN --> FREQ["freq_run()
共轭乘积相位增量 + 自适应窗均值"] + RUN --> GET["phasor_get(idx)"] + FREQ --> FGET["freq_get() / freq_valid()"] + GET --> CONS["消费者：adcTask 心跳日志"] + FGET --> PCONS["消费者：prot_elm_run() 的 OF / UF 判据（B8）"] +``` + +| 落点 | 做什么 | +|---|---| +| `app_main_init()`（内核启动前） | `adc_input_init()`（映射自检 + 挂 DMA 缓冲）→ `phasor_init()`（内部连带 `sample_ring_init()`）→ `freq_init()` → `prot_set_init()` → `prot_elm_init()` | +| `adcTask`（每拍） | `adc_input_poll()` → `adc_input_raw()` ×9 → `sample_ring_push_frame()` → `phasor_run()` → `freq_run()` → 心跳与健康判定 `adc_health_check()` | +| `protectTask`（20 ms） | 取 `phasor_get()` rms 与 `freq_get()` → `prot_elm_run()`；L5-4 采样故障闭锁、L5-1 定值校验和巡检 | + +`prot_elm_init()` 须在 `phasor_init()` **之后**（它按名前缀解析相量实例索引）；`prot_set` 独立 +（只依赖 `stdint.h`），可在任意点初始化。 + +--- + +## 3. L1 语义取数 `adc_input.c` + +**解决的问题**：V0.1 上 8 路电气量被两片转换器分片（硬件缺陷 **N-18**），且网名 `AINn` +≠ 板级 `ADCn` ≠ 转换器通道号（17 路里 13 路置换）。消费侧若直接索引驱动缓冲，改版即全线错位。 +本层把"哪一路"收进一张表 `k_adc_map[]`，上层**按语义取数、不写死下标**。 + +| API | 契约 | 违约后果 | +|---|---|---| +| `adc_input_init()` | 清缓冲与统计 + **映射自检**（每个 STM32 语义通道必须落在扫描 Rank 序列内）+ `HAL_ADC_Start_DMA()` 挂载乒乓缓冲（**只挂一次**）；`-1` = 映射指向从不扫描的通道，`-2` = DMA 挂载失败 | 映射错位是**静默**的：该路恒读上一个陈旧值，不报错 | +| `adc_input_poll()` | 采一拍：`tpafe5160_snapshot()` 原子快照（8 通道）+ `stm32_take()` 消费**刚完成的那半区**（按完成计数奇偶推半区，零忙等） | **仅任务上下文**（快照是临界区）；在 ISR 里调会破坏 `tpafe5160_snapshot()` 的"仅任务上下文"约定 | +| `adc_input_raw(ch, &out)` | 按语义读原始码值（TPAFE 16 位补码 / STM32 `0..4095`）；`-2` = 该来源尚无有效数据 | 消费侧取数**唯一入口**；须先成功 `poll()` | +| `adc_input_desc(ch)` | 语义 → 物理通道描述（来源 + 下标 / 通道号），供自检注入与 UI 通道序 | 返回静态地址，**勿改** | +| `adc_input_stm32_rc()` / `_seq()` / `_errs()` / `_gaps()` / `_hw_errs()` | 最近一拍状态码 / DMA 整帧完成计数 / 停摆（连续 ≥2 拍无新帧）/ 丢帧（计数一次前进 >1）/ HAL 错误回调 | **四类成因不同，勿混读**：对应心跳字段 `adc1_rc` / `adc1_seq` / `adc1_err` / `adc1_gap` / `adc1_hw`（判读见 `docs/子系统设计/ADC采样节拍设计说明.md` §8） | + +**要点** + +- **映射表内容的唯一权威口径**是 `docs/硬件平台/ADC通道映射说明.md`：`UA/UN/IA` → TPAFE + `buf[6]/[5]/[2]`；`UB/UC/IB/IC/IN/TEMP` → ADC1 `CH14/3/6/1/2/5`。 + **V0.2 改版只改这张表的内容**，本层 API 与上层语义不动。 +- **STM32 侧是顺序扫描**（Rank1..8 = CH0..CH7、Rank9 = CH14，与 `MX_ADC1_Init()` 严格一致）， + 9 个通道**不是同一时刻**（一轮 ≈67 µs）；由 TIM3 TRGO 硬件触发 + DMA 自动搬运（ + `docs/子系统设计/ADC采样节拍设计说明.md` §4）。STM32 侧数据**固定滞后 1 拍（1 ms）**——与 TPAFE + 侧本来就没有同刻性（N-18），无新增误差。 +- **开机映射自检**挡住"映射到一个从不扫描的通道"这类静默错（启动日志 `ADC input layer init: OK`）。 +- 本文件是本层**唯一**允许出现 HAL 调用的地方；新增模块若不需要外设，请保持 `sample_ring` / + `phasor` 那种零依赖形态，才能免桩单测。 + +--- +## 4. L1 有效性判定 `adc_health.c` + +**解决的问题**：驱动侧与 L1 只有"观测计数"（`tpafe5160_frame_seq()` / +`tpafe5160_frstdata_err()`、`adc_input_stm32_*()`），**没有判定**——芯片静默、消费者超拍丢帧、 +序号倒退这些故障原本只能靠人读心跳日志发现。本层把判定收进纯逻辑，**告警编排留在消费者** +（`adc_task.c` 的 `adc_health_report()`）→ 判定可主机免桩单测。 + +| API | 契约 | +|---|---| +| `adc_health_init()` | 清状态；**首拍 `check()` 只建基线、不判定** | +| `adc_health_check(&in, &out)` | 吃"计数快照"做一次判定（每拍调，常数次整数运算）；差值法 `(int32_t)(now - prev)` → 计数与 tick 回绕都安全 | +| `adc_health_flags()` | **电平**故障位：`TPAFE_STALL` / `STM32_STALL`（≥100 ms 无前进，可自愈）/ `SEQ_BACKWARD`（锁存）——为 L5-4 闭锁供数 | +| `adc_health_sticky()` | **锁存**位：`FRSTDATA` / `STM32_ERR` / `HW_ERR` 的增量痕迹，自愈后仍留痕 | +| `adc_health_tpafe_gaps()` | TPAFE 累计丢帧点数（序号前进 >1 的超出部分），与 STM32 侧 `adc_input_stm32_gaps()` 对称（心跳字段 `tgap`） | + +**要点** + +- **三类语义严格分开**：**电平**位（stall，可自愈）/ **锁存**位（出现过必留痕）/ **边沿事件**位 + （仅当拍有效）。`ADC_HE_*` 与同名 `ADC_HF_*` **编号对齐**，消费者直接用事件掩码对"已留痕位图" + 做"每类每次开机一次 `SYSLOG_SELFTEST`"的编排。 +- **静默 ≠ 丢帧**：前进量 d = 0 才是静默候选；d > 1 只说明消费者没跟上、生产者还活着—— + 两者处置完全不同，判据不许混。 +- **gap 不告警**：消费者超拍（心跳拍 ≈2 ms）是已知现象，`adc1_gap` / `tgap` 在 10 s 心跳里可见； + 若按事件告警会把真故障淹掉。 +- 告警策略（在 `adc_task.c`，**不在本层**）：严重事件与电平上升沿 `DBG_ERROR` + + `SYSLOG_SELFTEST`（每类每次开机一次，防刷屏写满 `selftest.log`）；下降沿 `DBG_INFO` + （"恢复"必须可见，否则只看到一次错误无从判断是否还在）。 + +--- + +## 5. L2 输入 `sample_ring.c` + +**解决的问题**：相量计算要"以当前时刻为终止的一周波"，而 L1 每次只给最新一帧。本层按**语义通道** +存最近 `SAMPLE_RING_CYCLES = 2` 个周波（`SAMPLE_RING_DEPTH = 40` 点），与参考系统 +`CN_BUFSAM_CYCLE = 2` 一致，并为后续加长数据窗（1.5~2 周波抗衰减直流）预留空间。 + +| API | 契约 | +|---|---| +| `sample_ring_push_frame(values, n)` | 整帧压入，长度必须 `= ADC_SEM_COUNT` | +| `sample_ring_window(ch, n, out)` | 取该语义通道最近 `n` 点，**按时间序旧 → 新**（`out[n-1]` 最新）；`-2` = 点数不足 | +| `sample_ring_filled()` | 已累积点数（**饱和**于 40）——"够不够一周波"的判据 | +| `sample_ring_frames()` | 累计入环帧数（**不饱和**，1 kHz 下约 49.7 天回绕）——与 `tpafe5160_frame_seq()` 对照即判丢帧 | + +**要点** + +- **整帧写入后才统一推进写指针** → 单帧内不可能"半新半旧"，消费侧取到的窗永远落在整帧边界。 +- 本层**只做按时序存 / 取，不做任何跨通道运算**：同刻性由上游 L1 负责，本层既不保证也不假设。 + 判定也不在本层（本层只出计数）。 +- 某通道本拍取数失败 → **整拍跳过入环**（现 `adc_task.c` 的 `s_frames_skip` 即此）， + **切勿补 0 点**——单个 0 点会显著污染 20 点 DFT 窗。 + +--- + +## 6. L2 `phasor.c` 相量计算 + +**算法**：全周傅氏（单频 DFT），`N = PHASOR_N = 20`（1 kHz @ 50 Hz）。系数表 +`k_fft_sin` / `k_fft_cos` **离线生成**并**预乘 √2/N**（口径推导见 +`docs/算法/傅氏算法详解.md` §2.3），故 `fAmSQ = √(fRe²+fIm²)` **直接就是有效值**， +`fAm = √2·fAmSQ` 为峰值。运行期不调 `sinf/cosf`（省算力，也让结果可逐点复算验证）。 + +| API | 契约 | +|---|---| +| `phasor_init()` | 双区清零 + 使用区/就绪复位 + `sample_ring_init()`（等价"刚上电"）；幂等、内核前可调 | +| `phasor_inst_count()` / `phasor_inst(idx)` | 遍历实例表 `{name, sem, harm}`；返回静态地址**勿改**，越界 `NULL` | +| `phasor_run()` | 逐实例取 20 点窗 → 重算 → 写计算区 → **全部实例写完后一次性切换使用区**；仅任务上下文，须先 `push_frame()` | +| `phasor_get(idx, &out)` | 读**使用区**结果；`-2` = 未攒满一周波 | +| `phasor_calc(x, n, harm, &out)` | 对给定窗口算 `harm` 次相量——**纯函数**，可脱离采样环独立单测 | + +**要点** + +- **实例表数据驱动**（`k_inst[]`，现 5 行）：`C01-IA-F1`（过流 / 过负荷）、`C02-UA-F1` + （过压 / 欠压 / 频率）、`C03-UN-F1`（零序过压）、`C04-IA-F2`（二次谐波制动）、 + `C05-IA-F5`（五次谐波选线）。**新增实例只在表尾加一行**，遍历 / 日志 / 单测自动适配。 +- **双区（计算区 / 使用区）**：结果先写非使用区，全部实例写完后单字节 `volatile` store 切换 + `s_use_zone`（Cortex-M 上原子）→ 读者无锁、无撕裂。写者是 `adcTask`（同拍），**读者跨两个 + 上下文**：`adcTask` 心跳与 `protectTask` 判据（`prot_elm_run()` → `phasor_get()`）——无锁读 + 的收益正在被使用，**勿改成加锁、也勿取消双区**。 +- **任一实例数据不足一周波 → 本拍整体不产出**（不切换使用区）：宁可整体不刷新，也不给出 + "部分新部分旧"的混合结果。 +- **每拍 20 点全部重算**（暴力法）。不用"加尾项去头项"的增量式：增量递推会累积误差， + 暴力法每次都是干净的一周波。代价 = 每拍 20 × 实例数次乘加，相量刷新周期 1 ms。 +- **相位（L2-4）不常驻结构体**：需要时自行 `atan2f(fIm, fRe)`（`φ` 约定 = 窗首初相，见 §7）。 + +--- +## 7. L2 派生量：频率测量 `freq.c` + +**解决的问题**：过频 / 低频（`docs/算法/继电保护功能复现规划.md` §3.3 L3-5）需要系统频率读数， +而 L2 只出相量。本层把"相邻两拍基波相量的相位差"变成"频率"，并解决**非整周波窗长的 DFT 泄漏纹波** +——这是决定精度的关键问题。 + +| API | 契约 | +|---|---| +| `freq_init()` | 清增量环 / 计数 / 读数 / 相位基准 / 有效标志；幂等，内核前可调 | +| `freq_run()` | 每拍步进：选源（UA → IA 过幅值门）→ 共轭乘积 `P = Z(m)·conj(Z(m-1))` 取角 → 假值钳制 → 自适应窗均值。**仅 `adcTask` 上下文，须在 `phasor_run()` 之后同拍调** | +| `freq_get(out)` | `0` 有读数（可能是保持值）/ `-1` 参数错 / `-2` 从未收敛（写 0） | +| `freq_valid()` | "本拍新鲜"：幅值门 OK 且已收敛。**保护消费口径 = `freq_get() == 0 && freq_valid() == 1`** | +| `freq_last()` | 最近有效读数；从未收敛返回 `0.0` | + +### 7.1 为什么是"相位微分 + 自适应窗" + +- **免解缠绕**：`arg(Z_now · conj(Z_prev))` 天然落在 `(-π, π]`，无需维护累积相位。 + 本层相量约定 `φ = atan2(fIm, fRe)` = 窗首初相，窗每拍前滑一点 → 纯音下每拍角**增大** + `2πf/Fs`；45~55 Hz 段 |Δφ| ≈ 0.28~0.35 rad，距 ±π 裕度巨大。 +- **定长窗为什么不够（自适应窗的理由）**：20 点矩形窗在非整周波时混入**负序泄漏项** + （45 / 55 Hz 处 |S₂/S₁| ≈ 3~5 %），相量端点轨迹成椭圆 → 逐拍相位差带上周期 `δ(φ)` + 纹波，纹波周期 = `fs/(2f)` ≈ 9.1~11.1 拍。**定长平均不整除纹波周期**，残差留在均值里： + 扫频最坏 0.317 Hz（40 拍算术平均）、0.197 Hz（60 拍复数和的 Kay 法——交叉项的和角不随 + `K²` 衰减，**勿再照这条路优化**）。改 `K_eff = round(8·Fs / (2·f̂))`（45~55 Hz 段 73~89 拍） + 使窗长恰为纹波周期的整数倍 → 纹波相消，扫频最坏降到 **0.0101 Hz**。 +- **假值钳制带取 35~65 Hz，而不是系统合理带**：单拍相位差本身带 ±5 Hz 纹波，钳制带贴边会 + **非对称丢弃纹波半周** → 均值偏置（实测 45 Hz 点 +0.16 Hz，已修）。35~65 Hz 宽于系统合理带 + 40.5~60.5 Hz（参考 `CN_HERTZ_SOFTFR_MIN/MAX`，见 + `docs/算法/继电保护功能复现规划.md` §10.1），仍能拦住建"窗滑 2 拍"造成的 ≈2f（90~110 Hz） + 与相位跳变假值；系统合理带由 OF / UF 的**定值范围**在消费侧把关，不在这里重复把关。 +- **幅值门** `FREQ_AMP_MIN = 50.0`（原始码值口径，**拟定值，待 L1-5 标定复核**）：低于门视为 + 无有效波形（浮空 / PT 断线时 rms ≈ 0，相位无意义）→ 停止更新、`valid` 清零、读数保持， + 台架浮空因此**不发散**；信号刚消失的过渡段（≤20 ms 残窗）读数漂移有界 ≤0.3 Hz。 +- **源优先级 UA(C02) → IA(C01)**，按名前缀解析、每拍动态回退（台架只注电流也能测频）； + **源切换即废相位基准重建**——UA 与 IA 之间没有共同相位基准（N-18），跨源相位差无意义。 + +### 7.2 精度判据（J1~J6，与 `test/host/freq/freq_test.c` 文件头同口径） + +| 判据 | 条件 | 门槛 | 当前实测最坏 | +|---|---|---|---| +| J1 扫频 | 纯音 45.00~55.00 Hz，0.5 Hz 步进（21 点） | **≤ 0.02 Hz** | **0.0101 Hz** @55.0 Hz | +| J2 噪声 | 幅值 1000 码、噪声 rms = 1 % 幅值 | **≤ 0.10 Hz** | 0.0160 Hz | +| J3 启动收敛 | 首个有效相量 → 首个有效读数 | **≤ 40 ms** | 20 ms | +| J4 频率阶跃 | 50 → 51 Hz 进入 ±0.05 Hz 并保持 | **≤ 120 ms** | 98 ms（稳态误差 0.0053 Hz） | +| J5 零幅 / 浮空 | rms < 幅值门 | `valid = 0`、不发散、保持漂移 ≤ 0.3 Hz | 漂移 0.13 Hz，无 NaN | +| J6 假值钳制 | 幅值 + 频率双跳变拍 | 60 ms 内回到 ±0.05 Hz | 0.0000 Hz | + +附加鲁棒性（同一套件）：直流偏置 8000 码 → 0.0018 Hz；3 / 5 次谐波 20 % / 10 % → 0.0065 Hz； +UA 无幅值落 IA → 0.0020 Hz。 + +**J4 的 120 ms 是"精度优先于响应"的显式取舍**：自适应窗（M = 8 ≈ 4 个泄漏纹波周期 ≈ 4 个信号 +周波）换来 0.0101 Hz 量级的精度，代价是频率骤变后的窗冲刷（实测 98 ms）。OF / UF 定时限默认 +**1000 ms** → 测频响应占保护总动作时间 **< 10 %**，暂态假值另有 J6 兜底。**若将来要压响应时间， +必须同时重估精度**：缩短窗就是把精度退回 0.2~0.3 Hz 档，不是免费的。 + +--- + +## 8. L3 输入：保护定值模型 `prot_set.c` + +**解决的问题**：保护判据的"输入宪法"。参考系统把定值放 EEPROM + 常量表做校验和自检；本层做 +**RAM 模型 + 持久化纯逻辑**（blob 序列化 / 解析，文件胶住在 `App/cfg/prot_set_store.c`）， +把**编号 / 通讯地址 / 范围 / 默认值 / 校验和**闭环钉死。 + +| API | 契约 | 为什么 | +|---|---|---| +| `prot_set_init()` | 装默认值 + 封存校验和；幂等 | 内核前可调 | +| `prot_set_load_raw(vals)` | 整表装载，逐项范围校验 | **all-or-nothing**：任一项越界则**整表不装载**，`prot_set_bad_mask()` 指认越界项；影子区 + 单字交换 → 读侧永不见中间态 | +| `prot_set_set(id, q10)` | 单项写入（范围校验，批处理路径） | **不自动重封存**——批量改完必须 `prot_set_seal()`，否则 selfcheck 判"非法改写" | +| `prot_set_set_sealed(id, q10)` | **原子写 + 封存**：影子区改好重封后单字交换 | 自检永不见中间态（收口 B5 发现的竞态窗口）；置脏标志 | +| `prot_set_dirty_peek()` / `_take()` / `_mark()` | 脏标志三件套（落盘握手） | peek = 通知 iec104Task；take = 属主落盘前消费；mark = 写失败回置重试 | +| `prot_set_store_serialize()` / `_parse()` | 持久化 blob：`PSET` + 版本 + 值区 + sum32 正 / 反码对 | parse **整表原子**：magic / 版本 / 长度 / 校验对 / 范围任一失败 = **一字不动** | +| `prot_set_get_f()` / `get_ctl()` | 工程量浮点 / 投退读取 | 单字读原子 | +| `prot_set_selfcheck()` | 重算 sum32 与封存正 / 反码比对，失配 → 闭锁（L5-1） | seqlock 式复核：提交时撞见改写 = 本轮跳过而**不误锁**；`prot_set_seal()` 是解锁的**唯一**合法路径 | + +**要点** + +- **Q10 定点**（×1024）与参考系统 `2^10` 折算口径一致；元数据表（地址 / 范围 / 默认）是 ROM + 常量，**校验和只覆盖 RAM 值区**。 +- **通讯地址逐项对照参考** `Comm/Pub/Const_CommSetPara.c` 的 `g_tCommSetParaTab`（基址 + `0x8820`）；单测 TC-PROTSET-006 钉死"地址不重复、`min ≤ def ≤ max`、投退项 0..1"。 +- ⚠ **默认值与范围是拟定值**（参考 EEPROM 出厂表不在本仓库），待对照修订——进度注见 + `docs/算法/继电保护功能复现规划.md` §5.4。 +- **OF / UF 八项尾追加**（B8，32 → 40 项）：`PS_OF_EN / OF_HZ / OF_DLY / UF_EN / UF_HZ / UF_DLY + / RET_OF / RET_UF`——**编号不回收，枚举序 = 数组序 = 校验和覆盖序**，故只许尾部追加。 + 这八项的逐项通讯地址不在本仓库（参考表只示"含低压 / 低频"类目）→ 全部按 **本地项 + `comm_addr = 0`** 登记（104 C_SE 不可寻址），待对照补。 +- **频率返回系数独立**：`RET_OF = 0.99` / `RET_UF = 1.01`（返回门槛 = 定值 × 系数）—— + 频率滞回带与电气量的 0.95 / 1.05 不同量级，**勿共用一个返回系数**。 +- **换代语义**（B7 → B8）：项数变 → blob 144 → 176 B、`PROT_SET_BLOB_VER` 1 → 2。旧档（ver = 1 / + 32 项）在新固件 parse 时被**版本 / 长度闸**拒绝 → 回落出厂默认，`prot_set_store_load()` + **返回 2 = 换代**（打 INFO，**不是** CORRUPT、不记自检），`-1` 才是真损坏。 + 升级路径**不得**报成损坏（判读细节见 §12.3）。 +- **bad_mask 随项数扩为 `uint64_t`**（bit i = 第 i 项越界）；消费方目前只有主机单测， + 板端闭锁走 `prot_set_locked()`。 + +--- + +## 9. L3 保护元件框架 `prot_elm.c` + +**解决的问题**：参考系统 89 个 `PRS_*.c` 各自实现"滞回 + 定时限"——本框架把这段公共核收敛成 +**一个通用核 + 数据驱动实例表**（与 `phasor` 的 `k_inst` 同一模式）：新增元件 = 表加一行 + +定值加几项。 + +| API | 契约 | +|---|---| +| `prot_elm_init()` | 复位状态 + 按名前缀（`C01/C02/C03`）解析相量实例索引；须在 `phasor_init()` 之后；`src = FREQ` 行无相量绑定（`pidx = 0xFF`） | +| `prot_elm_eval(now_ms, meas)` | **纯判据**：定值 RAM + 测量数组 → 全元件状态机；主机单测入口；`NULL` 测量按 0 | +| `prot_elm_run(now_ms)` | 适配层：按实例表 `src` 组测量（`0` 取 `phasor_get()` rms，`1` 取 `freq_get()`）再 eval | +| `prot_elm_state()` / `prot_elm_active_mask()` | 状态快照 / 动作位图，供 L4 出口与心跳日志 | +| `prot_elm_request_reset()` | 跨上下文复归入口（104 YK11 落请求，`eval` 头部消费） | + +**要点** + +- **滞回**：已启动用**返回**门槛（定值 × 返回系数），未启动用**动作**门槛；过量 / 欠量方向由实例表 + `over` 位统一处理（`UV` / `UF` 是欠量实例）。 +- **定时限**用差值法 `(uint32_t)(int32_t)(now - t0) >= dly` → tick 回绕安全；`dly = 0` = + 启动同拍即动作。**返回是即时的**（参考系统带 10 ms 返回延时，接出口硬件时再补）。 +- **闭锁联动**：`prot_set_locked()`（L5-1）或该元件投退 = 0 → 状态整体复位、不再判据。 +- **数据缺失时的两种处理刻意不同**（这是本层最容易改错的一处）： + - 相量类**任一未就绪 → 整拍跳过**（不给判据喂陈旧值）； + - 频率类**无有效读数 → 按方向填"必不启动"值**（过量填 `0`、欠量填 `1e30` → 滞回比较恒假 → + 元件复位），**不整拍跳过**——频率源缺失不得饿死电流 / 电压类元件。 +- **V0.1 实例表**（受 N-18 约束）：`OC1 / OC2 / OC3 / OL`（IA）、`OV / UV`（UA）、`3U0` + （UN 外部通道）、`OF / UF`（`freq` 测频，B8）。**零序过流（IN 走 STM32）故意不在表中** + ——跨转换器不构成同刻矢量。 +- **OF / UF 的出口可见性**：两元件**未单独映射 104 遥信点**（送检点表口径见 + `docs/算法/继电保护功能复现规划.md` §7），动作目前**只经 YX15 保护总聚合可见** + （`iec104_pts` 的 fault-total 掩码含 OC / 3U0；OF / UF 置总位但无独立分点）。 + **文档与代码都必须按此口径，勿写"独立遥信"。** +- **板端接线**：`App/task/protect_task.c`（protectTask，20 ms）消费 `prot_elm_run()` + + L5-4 采样故障闭锁 + L5-1 校验和巡检；判据结果经 104 遥信上送（`iec104_pts` YX15~23 / 31） + → `docs/算法/继电保护功能复现规划.md` §7。实例数变化会同时改变启动锚点 `elm=` 数字与 + `prot_elm_active_mask()` 位宽（B8：7 → 9 实例），串口锚点表若含该数字须同步核对。 + +--- +## 10. 关键约定与禁令 + +1. **语义映射只有一处权威**：`docs/硬件平台/ADC通道映射说明.md`。取数一律经 `adc_input_raw()`， + **禁止**在消费侧直接索引驱动缓冲或写死下标。 +2. **禁止跨转换器运算**（V0.1 硬件缺陷 **N-18**）：`UA/UN/IA` 在 TPAFE、`UB/UC/IB/IC/IN` 在 + STM32 ADC1，两片转换器没有共同采样触发 → 无同一时刻性、相位不确定。故本层**不做**跨转换器的 + 相位 / 功率 / 功率因数 / 负序零序类矢量运算；**8 路全接 TPAFE（V0.2 硬件）后方可解禁**。 +3. **标定未实现**（缺标准源，见 `docs/算法/继电保护功能复现规划.md` §3.1 L1-5）：现以**原始码值** + 充当工程量（系数 = 1）→ 相量读数只证明**链路通**，**不可作幅值精度判据**。 +4. **本层无副作用外溢**：不建任务、不等事件、不写日志（日志由调用侧打）、不碰寄存器 + （例外只有 `adc_input.c` 驱动 ADC1）。 +5. **上下文纪律**：内核启动前只允许调 `*_init()`；`adc_input_poll()` / `phasor_run()` / + `freq_run()` / `prot_elm_run()` 只在各自任务里调。 +6. **表只许尾部追加**：`k_inst[]`（相量实例）、`prot_elm` 实例表、定值元数据表—— + 枚举序 = 数组序 = 校验和覆盖序，插入或重排等于改校验和与 104 点表。 + +--- + +## 11. 资源足迹（改容量前先看这里） + +| 位置 | 量 | 说明 | +|---|---|---| +| `sample_ring.c` `s_ring[9][40]`（`float`） | **1440 B** | 周波数 / 通道数一改就成倍变化 | +| `phasor.c` `s_zone[2][5]`（`phasor_t`） | 160 B | 随实例数线性 | +| `freq.c` 相位增量环 `fq_d[96]` + 状态 | **≈ 520 B** | 随 `FREQ_AVG_TAPS` 变化 | +| `prot_set.c` `s_val[2][40]` + 封存 / `uint64_t` 位图 / 闭锁 | 336 B | 项数 32 → 40（B8）后的量 | +| `prot_elm.c` `s_rt[9]`（16 B / 实例） | 144 B | 实例 7 → 9（B8）后的量 | +| `adc_input.c` `s_stm32_raw[16]` + `s_tpafe_raw[8]` | 48 B | — | +| `adc_input.c` `s_stm32_dma[2×9]`（`uint16_t`） | 36 B | 必须在 `RW_IRAM1`（DMA2 不可达 CCM）→ `docs/子系统设计/ADC采样节拍设计说明.md` §4.3 | +| `adc_health.c` 内部状态 | ≈ 40 B | — | +| 运行期栈 `phasor_run()` 的 `win[20]` | 80 B / 帧 | 抬高 `PHASOR_N` 直接抬栈 | +| 运行期栈 `freq_run()` 局部 | ≈ 30 B / 帧 | 无大局部数组 | + +**改 `SAMPLE_RING_CYCLES` / 实例数 / `ADC_SEM_COUNT` / `FREQ_AVG_TAPS` / 栈之前后各跑一次** +`scripts/stack_report.py`，新增缓冲跑 `scripts/ram_report.py`（口径见 `mem-budget` skill）； +adcTask 静态最坏链与余量的**台账在** `docs/内存管理/RAM使用分析与优化方案.md` §2.3，本表不代记台账。 + +--- + +## 12. 验证与判读 + +### 12.1 主机侧单测（生产源文件以 `#include` 原样纳入，不改产品代码） + +| 模块 | 套件钉死的东西 | 细则 | +|---|---|---| +| `phasor` / `sample_ring` | 系数表逐项复核、幅值与相位口径、谐波抑制与提取、频偏、采样环时序、双区交换 | `docs/测试说明/相量层单元测试说明.md` | +| `adc_input` | 逐 Rank 注入互异码值钉死映射、HAL 启动失败与"本拍无新帧"分支、乒乓半区推导、gap / stall 分开计数 | `docs/测试说明/ADC输入层单元测试说明.md` | +| `adc_health` | 100 ms 静默门限两侧、丢帧边沿、序号倒退锁存、错误增量、tick 回绕、`NULL` 守卫、`init` 幂等 | `test/host/adc_health/` | +| `prot_set` | 范围校验、all-or-nothing 装载、封存-自检-闭锁、Q10 往返、元数据表自检、blob 往返与损坏拒绝、换代拒绝、`uint64_t` bad_mask | `test/host/prot_set/` | +| `prot_elm` | 滞回与定时限、欠量方向、投退、闭锁联动、时基回绕、位图聚合、测频接线与"必不启动值" | `test/host/prot_elm/` | +| `freq` | J1~J6（§7.2）+ 直流与谐波抑制 + UA→IA 源回退 + 守卫与幂等 | `test/host/freq/` | + +命令与对应 pre-commit 钩子名见 `App/algo/README.md` §4（钩子清单的属主是 +`.pre-commit-config.yaml`，用例清单的属主是各 `test/host/<模块>/` 与上表细则文档——本文不复制数字， +免得三处打架）。 + +### 12.2 板端闭环 + +`@build` 0 错误 0 警告 → `@test` 看 `[ADC_TASK]` 首拍与心跳：`phasor(...)` 行、`freq(...)` 行 +（`f=5000 valid=1`，`×0.01` 定点，MicroLIB 无 `%f`）、`ring` / `skip` / `adc1_*` / `tgap` +计数；健康判据 = **零 `[ERR]`**（`adc_health_report()` 的告警全部以 `[ERR]` 开头 → 误报会被闭环 +直接抓住）。浮空工况应为 `valid = 0` 且读数为保持值。 + +### 12.3 定值档"换代"与"损坏"是两件事（易误判） + +- `prot_set_store_load()` **返回 2 = 换代**（旧固件 / 旧项数的档被版本闸拒绝）→ 只打 INFO + `prot set blob version change, defaults in use`，**不记自检**； +- **返回负值 = 真损坏** → `[ERR] prot set blob CORRUPT` + 自检留痕。 + +升级固件后首启看到 "version change" 一行属**预期**，不要当故障排查；反过来，把真损坏读成 +换代等于放过 NAND 数据事故——分流依据是返回码，不是日志文本。 + +--- + +## 13. 相关文档 + +- 目录索引与构建 / 测试入口：`App/algo/README.md` +- 分层与功能项清单（L1~L5 的属主登记处）：`docs/算法/继电保护功能复现规划.md` +- 通道映射权威口径：`docs/硬件平台/ADC通道映射说明.md` +- 采样节拍与 DMA 搬运：`docs/子系统设计/ADC采样节拍设计说明.md` +- 傅氏算法与有效值口径：`docs/算法/傅氏算法详解.md` §2.3 +- 主机单测细则：`docs/测试说明/相量层单元测试说明.md`、`docs/测试说明/ADC输入层单元测试说明.md` +- RAM 与栈台账：`docs/内存管理/RAM使用分析与优化方案.md` §2.3 diff --git a/scripts/check_cubemx_survival.py b/scripts/check_cubemx_survival.py index ff39e25c..762e4850 100644 --- a/scripts/check_cubemx_survival.py +++ b/scripts/check_cubemx_survival.py @@ -323,7 +323,7 @@ CHECKS = [ "`USER CODE BEGIN 1` 区。本仓库 HAL 无 HAL_ADCEx_Calibration_Start、" "CMSIS 头无 ADC_CR2_CAL，两者都是裁剪造成的，勿以为『标准 HAL 里有』。", ), - # ---------------- ADC 采样节拍 + DMA（2026-10-10 v2.8） ---------------- + # ---------------- ADC 采样节拍 + DMA（TIM3 + DMA2_Stream4） ---------------- # 节拍源 TIM3：同一个更新事件 ① ISR 脉冲 TPAFE CONVST ② 经 TRGO 触发 ADC1 # ③ 置位 ADC_WAKE_FLAG。丢了 ② 不报编译错，只是两片转换器不再同源（相位差自由漂移）。 dict( diff --git a/test/host/adc_input/adc_input_test.c b/test/host/adc_input/adc_input_test.c index 85bf5ab8..57af9018 100644 --- a/test/host/adc_input/adc_input_test.c +++ b/test/host/adc_input/adc_input_test.c @@ -79,7 +79,7 @@ #include "tpafe5160.h" #include "adc_input.h" /* 取 ADC_INPUT_STM32_CH_NUM 等常量（桩辅助函数在被测源之前） */ -/* ===================== HAL ADC1 桩（v2.0：DMA 模型） ===================== +/* ===================== HAL ADC1 桩（DMA 模型） ===================== * 被测代码经 HAL 只做一件事：init 时挂一次 DMA。此后"一帧完成"由 DMA 中断的 * HAL 回调告知——回调本体由被测代码实现，测试直接调它们即可注入节拍。 * s_start_dma_rc HAL_ADC_Start_DMA 返回值（注入挂载失败） diff --git a/test/host/adc_input/stub/adc.h b/test/host/adc_input/stub/adc.h index 7600efe7..5c0a638f 100644 --- a/test/host/adc_input/stub/adc.h +++ b/test/host/adc_input/stub/adc.h @@ -51,7 +51,7 @@ extern ADC_HandleTypeDef hadc1; #define ADC_CHANNEL_14 (0x0000000EU) #define ADC_CHANNEL_15 (0x0000000FU) -/* v2.0：STM32 侧改 TIM3 TRGO 触发 + DMA 双缓冲，本层只调 Start_DMA 一次； +/* STM32 侧 = TIM3 TRGO 触发 + DMA 双缓冲，本层只调 Start_DMA 一次； * 逐通道 Start / PollForConversion / GetValue / Stop 已从被测代码中消失，桩同步删除 */ HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_Start_DMA(ADC_HandleTypeDef *hadc, uint32_t *pData, uint32_t Length); diff --git a/test/host/freq/freq_test.c b/test/host/freq/freq_test.c index 344be2ec..6dc4a52e 100644 --- a/test/host/freq/freq_test.c +++ b/test/host/freq/freq_test.c @@ -7,7 +7,7 @@ * ../../../App/algo/phasor.c * ../../../App/algo/freq.c * - * 精度判据（与 App/algo/README.md §3.7 同口径，规划 §4.2 测频范围的落实）： + * 精度判据（与 docs/算法/采集与算法层设计说明.md §7.2 同口径，测频范围见规划 §4.2）： * J1 纯音扫频 45.00~55.00 Hz（0.5 Hz 步进）：|f_meas - f_true| <= 0.02 Hz * （实测最坏 0.0101 Hz @55.0 Hz，判据留 2 倍裕度） * J2 噪声工况（幅值 1000 码、噪声 rms = 1% 幅值）：|f_meas - f_true| <= 0.10 Hz diff --git a/test/host/freq/run_unit_test.py b/test/host/freq/run_unit_test.py index b2360439..ad81f08d 100644 --- a/test/host/freq/run_unit_test.py +++ b/test/host/freq/run_unit_test.py @@ -5,7 +5,7 @@ 做什么：用本机 MSVC 离线编译 test/host/freq/freq_test.c（#include 纳入生产 源文件 App/algo/freq.c + phasor.c + sample_ring.c），验证相位解缠绕 测频的精度判据 J1~J6（45~55 Hz 扫频 / 噪声 / 收敛 / 阶跃 / 浮空 / - 假值钳制 / 源回退），判据数字见 freq_test.c 文件头与 App/algo/README.md。 + 假值钳制 / 源回退），判据数字见 freq_test.c 文件头与 docs/算法/采集与算法层设计说明.md §7.2。 用法（仓库根目录）： & '.venv\\Scripts\\python.exe' test/host/freq/run_unit_test.py diff --git a/test/run_all_suites.py b/test/run_all_suites.py index 15227338..ee45037b 100644 --- a/test/run_all_suites.py +++ b/test/run_all_suites.py @@ -34,7 +34,7 @@ & '.venv\\Scripts\\python.exe' test/run_all_suites.py --check-build # 只编译不烧录（S6，无需 MCU） & '.venv\\Scripts\\python.exe' test/run_all_suites.py --keep-config # 不还原（调试用，慎） ---check-build（S6 / 上游 P1-10 方案 A）： +--check-build（S6 / 上游 P1-10）： 只做"改宏 + @build"，不烧录不采集，故**不需要 MCU / 串口 / ST-LINK**。 用途：① 改动测试固件或 test_config.h 后自检 4 套件仍可编译； ② 防止"某套件长期编不过而无人知"（2026-08~09 CH395F 套件实例）。 @@ -193,7 +193,7 @@ def main(argv=None): results[suite] = "BUILD_FAIL" continue - # --check-build：编译通过即达标，不烧录不采集（S6 方案 A） + # --check-build：编译通过即达标，不烧录不采集（S6） if args.check_build: results[suite] = "PASS" print("[{}] BUILD_OK -> PASS（--check-build，未烧录）".format(suite))