wandering1/STM32F4-Base
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adc: 节拍源 TIM6->TIM3 + ADC1 走 DMA 乒乓双缓冲，消除 2 ms 忙等（P1-5 单拍硬上界办结）

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用户选定最彻底方案（B2）：DMA + 定时器 TRGO 硬件触发 + 消费上一拍
已完成的半区。对应 P1-5 拆出的"单拍硬上界"，现已办结。

硬件事实更正（查 CubeMX 器件库 + 本仓 HAL 头证实）：F4 上 ADC1 的
外部触发清单里没有 TIM6/TIM7 TRGO（只接 DAC）。故 1 kHz 节拍源由
TIM6 改为 TIM3（PSC 83 / ARR 999，TRGO=UPDATE），同一个更新事件
同时 ① ISR 脉冲 TPAFE CONVST ② 经 TRGO 触发 ADC1 一轮 9 通道
③ 置位 ADC_WAKE_FLAG 唤醒 adcTask。TIM6 从 .ioc 整体移除。

代码：
- Src/tim.c/h：新增 MX_TIM3_Init（含 MasterSlaveMode），删 htim6
- Src/adc.c：ExternalTrigConv=T3_TRGO + EDGE_RISING +
  DMAContinuousRequests=ENABLE；MspInit 挂 hdma_adc1（DMA2_Stream4
  循环模式）。DDS 位关掉 = 一轮只发一次请求，静默丢 8 路
- Src/dma.c：DMA2_Stream4 NVIC 优先级 6（CubeMX 换流会把它重置为 0，
  优先级 0 会抢占 FreeRTOS 临界区，违反"外设中断 ≥5"）
- Src/main.c：周期回调加 TIM3 分支；stm32f4xx_it.c 向量同步
- App/algo/adc_input.c：stm32_scan() → stm32_take()，逐通道
  PollForConversion 全删；乒乓半区由完成计数奇偶推出（只读一个
  32 位量 → 与 ISR 无竞态）；STM32 侧数据固定滞后 1 拍
- App/task/adc_task.c：心跳日志拆出四类计数

观测性：adc1_seq（完成计数）/ adc1_gap（seq 前进 >1 = 丢帧）/
adc1_err（连续 ≥2 拍无新帧 = 停摆）/ adc1_hw（HAL 错误回调）。
单拍无新帧是消费者相位伪影（DMA 完成落在唤醒后 ≈67 µs），不计故障。

验证：
- 主机单测 79 → 101 全绿；反向验证四连均咬（半区奇偶取反 11 条、
  停摆拍置 valid 4 条、STALL_RUN_MAX 改 1 为 6 条、gap 阈值 1 条）
- @build 0 错 0 警，Code 256872 → 257660
- @test PASS：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
- stack_report 7/7 PASS，adcTask 832 B / 余 59%（不变）
- cubemx-survival 新增 5 项审计（TIM3 分支 / T3_TRGO / DDS /
  DMA 挂载 / 流优先级），28 通过 0 失败

文档：ADC 采样节拍设计说明新增 §11；看门狗停摆分析 §4.4 与 §8 收口；
算法规划 L1-1/L1-3、通道映射、测试说明、各 README 同步。
This commit is contained in:
Wanderingss
2026-10-11 00:31:33 +08:00
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commit 9bbe117f97
32 changed files with 958 additions and 430 deletions
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App/algo/adc_input.c
+191 -51
View File
@@ -1,12 +1,17 @@
/*
* 模块名称：ADC 输入层（L1 采集与预处理）
* 模块功能：语义通道映射（L1-4）+ STM32 ADC1 顺序扫描（L1-3）+ TPAFE 快照消费。
* 模块功能：语义通道映射（L1-4）+ STM32 ADC1 采样消费（L1-3，TIM3 TRGO 触发 +
* DMA 双缓冲）+ TPAFE 快照消费。
* 消费侧经 adc_input_raw() 按语义取数，不写死下标。
* 适用平台：STM32F407ZGTx + TPAFE5160
* 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：L1-3（STM32 ADC1 扫描）+ L1-4（语义映射）
* v2.0 2026-10-10 王建锋 STM32 侧由"软件触发 + 逐通道轮询"改为
* "TIM3 TRGO 硬件触发 + DMA 双缓冲消费"：本层不再触发
* 也不等待转换（消除最坏 2~3 ms 忙等）；新增三个 HAL
* 回调（ISR 内只计数）与 seq / hw_errs 观测量
*/
#include "adc_input.h"
@@ -16,11 +21,17 @@
#include "adc.h" /* hadc1：MX_ADC1_Init() 已配 9 通道 / 144 cycles / 软件触发 */
#include "tpafe5160.h" /* tpafe5160_snapshot()：临界区原子快照（AGENTS 铁律） */
/* STM32 ADC1 单次转换轮询超时（ms）。单通道 ≈ 7.4 µs（144+12 cycles @ 21 MHz），
* 2 ms 余量充裕；超时即判本次扫描失败，绝不长时间阻塞消费节拍 */
#define ADC_INPUT_POLL_TIMEOUT_MS 2U
/* STM32 ADC1 通道号上限（F4 上 ADC_CHANNEL_0..15 的宏值即通道号 0..15） */
#define ADC_INPUT_STM32_CH_MAX 16U
/* DMA 搬运缓冲长度 = 2 x 9 = 18：**双缓冲（乒乓）**。
* ADC1 配 ExternalTrigConv=TIM3_TRGO + DMAContinuousRequests=ENABLE + DMA CIRCULAR，
* 每拍（TIM3 TRGO，1 kHz）自动搬 9 个 → 每 2 拍绕一圈：半传输中断 = 前半 9 个就绪，
* 传输完成中断 = 后半 9 个就绪。消费侧永远读"刚完成的那一半"，而 DMA 正在写另一半
* → 无撕裂、无需临界区。代价：STM32 侧数据固定滞后 1 拍（1 ms），9 路同一延迟，
* 对 20 点 DFT 窗是纯传输延迟、不引入通道间偏差。 */
#define ADC_INPUT_STM32_DMA_LEN (2U * ADC_INPUT_STM32_CH_NUM)
/* 连续"无新帧"达到该拍数才计一次停摆故障（单拍是相位伪影，见 stm32_take 注释） */
#define ADC_INPUT_STALL_RUN_MAX 2U
/* ===== 语义映射表（L1-4）=====
* 权威口径：docs/硬件平台/ADC通道映射说明.md（2026-10-09 硬件确认的语义分配）。
@@ -49,6 +60,17 @@ static const uint8_t k_stm32_rank_ch[ADC_INPUT_STM32_CH_NUM] = {
/* STM32 ADC1 最新一帧原始码值，按 ADC1 通道号索引（0..15） */
static uint16_t s_stm32_raw[ADC_INPUT_STM32_CH_MAX];
/* DMA 目的缓冲（乒乓两半区，按 Rank 序 0..8 / 9..17）。
* ⚠ **必须落在 SRAM（0x20000000 段）**：ADC1 挂的是 **DMA2**，而 F4 的 DMA2 不可达
* CCM（0x10000000）。实测 .map 里本文件 .bss 在 RW_IRAM1 → 普通 static 即可；
* 日后加大缓冲或改链接段时**必须用 .map 复核地址**——放错不报编译错、不报运行错，
* 只是数据永远搬不回来。 */
static uint16_t s_stm32_dma[ADC_INPUT_STM32_DMA_LEN];
static volatile uint32_t s_dma_seq; /* DMA 半帧/整帧完成次数（ISR 递增，只增不清） */
static uint32_t s_dma_seq_seen; /* 消费侧上次看到的完成计数 */
static volatile uint32_t s_stm32_hw_errs; /* HAL ADC/DMA 错误回调累计（ISR 写） */
static uint32_t s_stm32_gaps; /* 丢帧：seq 一次前进 >1（消费者超拍漏读）*/
static uint8_t s_stall_run; /* 连续"无新帧"拍数（相位伪影只会是 1 拍）*/
/* TPAFE5160 最新一帧原始码值（16 位二进制补码），按驱动 buf 下标索引 */
static int16_t s_tpafe_raw[ADC_INPUT_TPAFE_CH_NUM];
static uint8_t s_tpafe_valid; /* TPAFE 侧是否已有有效帧 */
@@ -57,49 +79,59 @@ 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：STM32 ADC1 顺序扫描一次（L1-3）
* 函数功能：消费一帧 STM32 ADC1 采样（L1-3，v2.0 DMA 双缓冲版）
* 入口参数：无
* 返 回 值：0 - 成功；-1 - 启动失败；-2 - 转换轮询超时
* 限定条件：仅任务上下文调用；MX_ADC1_Init() 已完成
* 函数说明：软件触发一次 9 通道扫描（ScanConvMode=ENABLE、ContinuousConvMode=
* DISABLE），按 Rank 顺序逐通道轮询 EOC 并读 DR，结果按 ADC1 通道号
* 存入 s_stm32_raw[]。EOCSelection=SINGLE_CONV 且未用 DMA → 每个通道
* 产生一次 EOC，可逐通道轮询（见 HAL_ADC_PollForConversion 说明）。
* 两条失败支路（启动失败 / 轮询超时）**都会清 s_stm32_valid**：本拍
* STM32 侧判为无有效数据，绝不沿用上一拍旧值（详见支路内注释）。
* 超时在**首个**失败通道处即 Stop+return，不轮询剩余通道 → 单拍耗时
* 上界 = 一次超时（≈2~3 ms，HAL_GetTick 1 ms 粒度），不是 9 次。
* 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。
* 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()
* 返 -2 → adc_task 走既有"整帧跳过"路径；下一拍自动恢复。
*/
static int stm32_scan(void) {
uint8_t i;
static int stm32_take(void) {
uint32_t seq = s_dma_seq; /* 单次 32 位读：与 ISR 自增不产生撕裂 */
const uint16_t *src;
uint8_t half;
uint8_t i;
if (HAL_ADC_Start(&hadc1) != HAL_OK) {
/* 失败拍必须清有效标志，见下方超时分支说明（同一语义） */
if (seq == s_dma_seq_seen) {
s_stm32_valid = 0u;
s_stm32_rc = ADC_INPUT_RC_START;
s_stm32_errs++;
return ADC_INPUT_RC_START;
s_stm32_rc = ADC_INPUT_RC_STALL;
/* 单拍"无新帧"**多半是消费者相位伪影，不是故障**：本层在 TIM3 触发瞬间被唤醒，
* 而该拍的 DMA 完成落在 ~67 us 之后；若上一拍被日志/抢占拖过这 67 us，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。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） */
if (s_stall_run < 255u) {
s_stall_run++;
}
if (s_stall_run >= ADC_INPUT_STALL_RUN_MAX) {
s_stm32_errs++;
}
return ADC_INPUT_RC_STALL;
}
if ((uint32_t)(seq - s_dma_seq_seen) > 1u) {
/* 计数一次前进 >1 = 中间有帧没被读走（乒乓缓冲已被覆盖）→ **真丢帧**，
* 与"无新帧"分开计数：前者是消费者超拍（本任务单拍耗时 > 1 ms），
* 后者多半是相位伪影 */
s_stm32_gaps++;
}
s_stall_run = 0u;
s_dma_seq_seen = seq;
/* 半区下标由 seq 奇偶推出，**不再另读 ISR 变量**：DMA 从 NDTR=18 起、每拍搬 9 个，
* 故第 1/3/5... 次完成的是前半区（下标 0）、第 2/4/6... 次是后半区（下标 1）。
* 只读 seq 一个量 → 消费侧与 ISR 之间不存在"读到一半被换半区"的窗口。 */
half = (uint8_t)(1u - (seq & 1u));
src = &s_stm32_dma[((uint32_t)half * ADC_INPUT_STM32_CH_NUM)];
for (i = 0u; i < ADC_INPUT_STM32_CH_NUM; i++) {
if (HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, ADC_INPUT_POLL_TIMEOUT_MS) != HAL_OK) {
(void)HAL_ADC_Stop(&hadc1);
/* ⚠ 失败拍**不得**沿用上一拍的旧值：本层只有一份 s_stm32_raw[]，
* 超时前几个 Rank 已写入**本拍新值**、后面几个还是**上一拍旧值** →
* 若保持 s_stm32_valid=1，消费侧会拿到"半新半旧"的混合帧并照样压入
* 采样环（adc_input_poll() 的返回值只由 TPAFE 决定，s_frames_skip
* 也抓不到它），直接污染 20 点 DFT 相量窗。清标志后 adc_input_raw()
* 对 STM32 语义通道返 -2 → adc_task 走既有的"整帧跳过"路径。
* 下一拍扫描成功会重新置 1（自愈），无需额外恢复动作。 */
s_stm32_valid = 0u;
s_stm32_rc = ADC_INPUT_RC_TIMEOUT;
s_stm32_errs++;
return ADC_INPUT_RC_TIMEOUT;
}
s_stm32_raw[k_stm32_rank_ch[i]] = (uint16_t)HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
s_stm32_raw[k_stm32_rank_ch[i]] = src[i];
}
(void)HAL_ADC_Stop(&hadc1);
s_stm32_valid = 1u;
s_stm32_rc = ADC_INPUT_RC_OK;
return ADC_INPUT_RC_OK;
@@ -145,10 +177,11 @@ static int map_check(void) {
/*
* 函数功能：ADC 输入层初始化
* 入口参数：无
* 返 回 值：0 - 成功；-1 - 语义映射表自检失败
* 返 回 值：0 - 成功；-1 - 语义映射表自检失败；-2 - DMA 挂载失败
* 限定条件：内核启动前调用（无 RTOS 依赖）；STM32 ADC1 外设已由 MX_ADC1_Init 配好
* 函数说明：清空原始码值缓冲与统计，并做一次映射表自洽性自检；本层不重复配置
* 外设，也不启动任何转换（STM32 侧为软件触发，按拍扫描）。
* 函数说明：清空原始码值缓冲与统计 + 映射表自洽性自检 + **挂载一次 ADC1 DMA**
* （此后转换由 TIM3 TRGO 硬件触发、DMA 自动搬运，本层不再触发转换）。
* 须在启动采样节拍（app_main.c 步骤 6）之前调用。
*/
int adc_input_init(void) {
uint8_t i;
@@ -156,6 +189,9 @@ int adc_input_init(void) {
for (i = 0u; i < ADC_INPUT_STM32_CH_MAX; i++) {
s_stm32_raw[i] = 0u;
}
for (i = 0u; i < ADC_INPUT_STM32_DMA_LEN; i++) {
s_stm32_dma[i] = 0u;
}
for (i = 0u; i < ADC_INPUT_TPAFE_CH_NUM; i++) {
s_tpafe_raw[i] = 0;
}
@@ -164,17 +200,39 @@ int adc_input_init(void) {
s_stm32_valid = 0u;
s_stm32_rc = ADC_INPUT_RC_NOT_RUN;
s_stm32_errs = 0u;
return map_check();
s_dma_seq = 0u;
s_dma_seq_seen = 0u;
s_stm32_hw_errs = 0u;
s_stm32_gaps = 0u;
s_stall_run = 0u;
if (map_check() != 0) {
return -1;
}
/* 挂**一次** DMA，之后不再重启：ADC 由 TIM3 TRGO 每拍触发一轮 9 通道转换，
* DMA 在 CIRCULAR 模式下自动搬运、硬件自动重载 NDTR → 每 2 拍绕一圈（乒乓）。
* 内核启动前调用安全：只碰寄存器/HAL，不创建任何 CMSIS 对象（AGENTS 铁律）。
* 此刻 TIM3 尚未启动（app_main.c 步骤 6）→ 不会发生任何转换或搬运。 */
if (HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1, (uint32_t *)s_stm32_dma,
ADC_INPUT_STM32_DMA_LEN) != HAL_OK) {
s_stm32_rc = ADC_INPUT_RC_START;
s_stm32_errs++;
return -2;
}
return 0;
}
/*
* 函数功能：采集一拍（TPAFE 原子快照 + STM32 ADC1 顺序扫描）
* 函数功能：采集一拍（TPAFE 原子快照 + 消费一帧 STM32 ADC1 DMA 采样）
* 入口参数：无
* 返 回 值：TPAFE 快照结果（1=有新帧 0=无新帧 -1=参数错）
* 限定条件：仅**任务上下文**调用（TPAFE 快照走临界区）
* 函数说明：先取 TPAFE 一帧，再做 STM32 ADC1 扫描；两者相互独立，STM32 扫描
* 失败不影响 TPAFE 快照与返回值语义（STM32 侧状态另由
* adc_input_stm32_rc() 暴露）。
* 函数说明：先取 TPAFE 一帧，再消费 STM32 侧最近一帧 DMA 双缓冲；两者相互独立，
* STM32 侧无新帧不影响 TPAFE 快照与返回值语义（其状态另由
* adc_input_stm32_rc() / adc_input_stm32_seq() 暴露）。
* ⚠ STM32 侧数据比 TPAFE 侧**滞后 1 拍**（乒乓双缓冲的固有延迟，
* 9 路一致）；按 N-18，V0.1 本就禁止跨转换器做矢量运算。
*/
int adc_input_poll(void) {
int r = tpafe5160_snapshot(s_tpafe_raw, (uint8_t)ADC_INPUT_TPAFE_CH_NUM);
@@ -183,7 +241,7 @@ int adc_input_poll(void) {
s_tpafe_valid = 1u;
}
(void)stm32_scan();
(void)stm32_take();
return r;
}
@@ -240,12 +298,94 @@ int adc_input_stm32_rc(void) {
}
/*
* 函数功能：读取 STM32 ADC1 扫描累计失败次数
* 函数功能：读取 STM32 ADC1 停摆故障累计次数
* 入口参数：无
* 返 回 值：累计失败次数（启动失败或转换超时均计入）
* 返 回 值：DMA 挂载失败次数 + "连续 >=2 拍无新帧"的次数
* 限定条件：无
* 函数说明：单调递增，供心跳日志观测。
* 函数说明：单调递增，供心跳日志观测。单拍无新帧（相位伪影）**不计入**，
* 丢帧由 adc_input_stm32_gaps() 单独计数。
*/
uint32_t adc_input_stm32_errs(void) {
return s_stm32_errs;
}
/*
* 函数功能：读取 STM32 ADC1 的丢帧次数
* 入口参数：无
* 返 回 值：DMA 完成计数一次前进 >1 的次数（中间那帧已被乒乓缓冲覆盖）
* 限定条件：无
* 函数说明：这是"消费者超拍"的直接证据（本任务单拍耗时 > 1 ms，如突发日志突发期）；
* 与 adc_input_stm32_errs()（节拍源停摆）是两类不同的故障。
*/
uint32_t adc_input_stm32_gaps(void) {
return s_stm32_gaps;
}
/*
* 函数功能：读取 STM32 ADC1 的 DMA 整帧完成计数
* 入口参数：无
* 返 回 值：DMA 半区完成中断 + 传输完成中断的累计次数（每拍 +1）
* 限定条件：无
* 函数说明：这是 STM32 侧"节拍是否还在喂数据"的直接观测量：与 TPAFE 的
* tpafe5160_frame_seq() 对称。它若停增而 TIM3 仍在跑 → DMA/ADC 侧停摆。
*/
uint32_t adc_input_stm32_seq(void) {
return s_dma_seq;
}
/*
* 函数功能：读取 STM32 ADC1 的 HAL 层错误回调累计次数
* 入口参数：无
* 返 回 值：HAL_ADC_ErrorCallback 触发次数（DMA 传输错误等）
* 限定条件：无
* 函数说明：与 adc_input_stm32_errs()（消费侧"无新帧"）分开计数，便于区分
* "节拍源停了"与"DMA 出错"两类故障。
*/
uint32_t adc_input_stm32_hw_errs(void) {
return s_stm32_hw_errs;
}
/* ===== HAL 回调（ISR 上下文）=====
* ⚠ 三个回调都在中断里跑（DMA2_Stream4_IRQn，抢占优先级 6）→ **只允许**写 volatile
* 计数/标志，不得调用任何 CMSIS-RTOS API、不得日志、不得拷贝大缓冲。
* 搬运与消费全在任务侧（stm32_take()）。 */
/*
* 函数功能：DMA 传输完成回调 = 后半区（下标 1）9 个采样就绪
* 入口参数：hadc - 触发回调的 ADC 句柄
* 返 回 值：无
* 限定条件：仅 ISR 上下文；覆盖 HAL 的 __weak 实现（本板只有 ADC1）
* 函数说明：见 stm32_take() 的奇偶推半区口径。
*/
void HAL_ADC_ConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef *hadc) {
if (hadc == &hadc1) {
s_dma_seq++;
}
}
/*
* 函数功能：DMA 半传输完成回调 = 前半区（下标 0）9 个采样就绪
* 入口参数：hadc - 触发回调的 ADC 句柄
* 返 回 值：无
* 限定条件：仅 ISR 上下文；覆盖 HAL 的 __weak 实现
* 函数说明：DMA 长度 18 = 2 x 9，故半传输即"一帧就绪"，与传输完成交替出现。
*/
void HAL_ADC_ConvHalfCpltCallback(ADC_HandleTypeDef *hadc) {
if (hadc == &hadc1) {
s_dma_seq++;
}
}
/*
* 函数功能：ADC/DMA 错误回调
* 入口参数：hadc - 触发回调的 ADC 句柄
* 返 回 值：无
* 限定条件：仅 ISR 上下文；覆盖 HAL 的 __weak 实现
* 函数说明：只计数。错误后 DMA 可能已停 → 消费侧会看到 s_dma_seq 停增（rc=STALL、
* 每拍 skip），并由 IWDG 心跳日志暴露，不在 ISR 里尝试恢复。
*/
void HAL_ADC_ErrorCallback(ADC_HandleTypeDef *hadc) {
if (hadc == &hadc1) {
s_stm32_hw_errs++;
}
}