# 存储栈 RAM 优化调研

> 版本 v1.2　日期 2026-10-23（v1.2：新增 §5 页缓冲可合并性论证，承接原报告那条待评估项）　作者 AI 辅助调研
> 数据来源：`data/ram_report_20260921.md`（.map 静态占用）+ 逐行代码核验（`nand_ftl.c` / `gd5f2gq5ue.c` / `Lib/dhara` / `Lib/FatFs/ffconf.h` / `lftpd*`）
> 定位：`RAM使用分析与优化方案.md` 的存储专项补充；优化项编号 P0/P1/P2，与 `docs/内存管理/RAM使用分析与优化方案.md` §6 的 S 序号在"规划"一节对齐
> v1.1 清理（2026-09-21 同日）：移除已落地的 BBT 页缓冲收缩（−1,776B，commit `be1a30a`）与编程回读校验整体移除的实施记录（详见 GD5F TRAP-GD5F-05），以及过期逐模块基线表；仅保留未实施项与回归要求
> ⏸ **实施状态（用户裁定 2026-10-15）**：本文**全部未实施项整簇暂缓、不再排期**——`s_copy_buf` 分块（原报告的同一评估项）、`APP_CCM_ENABLE` 的 ①② 迁 CCM、以及依赖"堆 48K→32K"的第三步。当前没有功能在等这块预算，而搬迁要逐条过 DMA 可达性清单（违例是静默传错不是报错）。**保持常开**的是测量与门禁面（`ram_report.py` / `stack_report.py` / `mem-budget` 92% 门禁 / 台账 / 趋势）。理由与重开条件 → `RAM使用分析与优化方案.md` §4；本文保留作重开时的实施依据，**不代表现在要做**。

## 1. 现状约束（不变，是下述全部方案的依据）

- 存储栈静态 RAM 全在 **RW_IRAM1（主 SRAM 128KB）**；页缓冲（nand_ftl 3×2KB + gd5f 页缓冲/位图）走 SPI1 DMA（阈值 >1024B），**DMA1/DMA2 物理不可达 CCM** → 不能直迁 CCM（唯一途径：迁移 + `gd5f_dma_buf_ok()` 运行时守卫自动回落 CPU 轮询（2026-09-21 加固），不会静默失败，代价仅每页零点几 ms CPU）
- 3×2KB 页缓冲是结构成本不可直缩：dhara journal 要求整页 checkpoint（`journal.c:196` 整页 memset）；512B 扇区落 2KB 页必须整页 RMW；可动的只有 `s_copy_buf`（见 §2 分块方案）
- CPU-only 缓冲（lftpd static ~3.6K / cfg_file 0.7K / FATFS win 0.6K / lftpd_io 0.6K）迁 CCM 零代价（见 §2 迁 CCM 方案 ①）
- 栈上 FIL 重复占深链：syslog 两处、cfg 存储两处、开机探针各一个局部 `FIL`（每个含 512B 私有 buf，≈552B），全压在 defaultTask 最坏链 2,776B 内（靶点见 §2 `FF_FS_TINY` 行）
- FatFs 配置已低 RAM 取向：`FF_MAX_SS=512`、`FF_USE_LFN=0`、`FF_VOLUMES=1`、`FF_FS_LOCK=0`；`FF_FS_REENTRANT=1` 为 defaultTask/ftpTask 并发访问必需，勿动
- 教训（2026-09-21）：任何比对式校验必须在**两份独立副本**间进行（U-Boot `sf test` 双缓冲形态）——旧 GC 拷贝自比对缺陷已随回读校验整体移除而消失；若未来测试构建恢复回读诊断，勿重蹈此坑

## 2. 方案清单（未实施）

| # | 方案 | 省 RAM | 区域 | 风险 | 验证 |
|---|---|---:|---|---|---|
| `s_copy_buf` 分块 | `s_copy_buf` 2048→512：GC 拷贝改分段 read→program_load（`program_load`/`read_from_cache` 支持列地址）；纯 RAM 优化（GC 拷贝暂存减半） | **−1,536B（可选，不计入当前预期）** | SRAM1 | 低（仅动拷贝机制） | 待 RAM 余量需要时再议 |
| lftpd 缓冲收紧 | lftpd 缓冲收紧：response 512→256、read_buffer 512→256、arg_buf 512→256、name 256→128 ×2（本卷仅 8.3 短名，路径深度浅）；数据块 2×1024 与 message 不动 | **−1,024B** | SRAM1 | 低（FTP 客户端实测行长远低于新值） | `/keil-build` + FTP 上传/下载/LIST 闭环 + `/serial-boot-test` |
| `FF_FS_TINY` 共享窗 | `FF_FS_TINY=1`：删每 FIL 私有的 512B buf，文件数据走 `FatFs->win` 共享窗 | 静态 **−528B**；且栈上每处 FIL 峰值 **−528B**（defaultTask 最坏链 2,776→~2,250，实测峰 2,136→~1,600） | SRAM1 + CCM 栈 | 中（所有文件 I/O 经 512B 窗 bounce，FTP 吞吐 −20~40%；LIST 与文件读交错只影响速度） | 存储套件 + FTP 吞吐实测 + 日志/配置闭环；**与 RAM方案 实施步骤 7 的缩栈捆绑**（直接支撑 defaultTask 降档） |
| `APP_CCM_ENABLE` 迁 CCM | `APP_CCM_ENABLE` 门（与 RAM方案 实施步骤 6 同宏）：①CPU-only 缓冲迁 CCM——lftpd static 3.6K + cfg_file 0.7K + FATFS win 0.6K + lftpd_io ≈ **−4.9K** 零代价；②DMA 页缓冲（nand_ftl 4.6K + gd5f 位图/页 0.8K）迁 CCM 走轮询 ≈ **−5.4K**，需实测吞吐 | **−10.3K** | SRAM1→CCM | 低①/中② | 分段实施；每步跑 `ram_report.py` + `/serial-boot-test` + FTP 吞吐 |
| NAND copy-back | NAND copy-back 命令（0x15→0x10）替代主机搬页：省 `s_copy_buf` 的拷贝用途 + 减半 SPI 流量 | −512B（`s_copy_buf` 分块后） | SRAM1 | 高（片上 ECC 在 copy-back 下的语义须台架实证） | 仅评估，暂缓 |
| lftpd 数据块减半 | lftpd 数据块 2×1024→512 | −1,024B | SRAM1 | 吞吐 −~30% | RAM 仍紧时才做 |
| 共享静态 FIL | syslog/cfg 共享一个静态 FIL（同任务串行） | 净≈0（静态+528/栈−528） | — | 不推荐：`FF_FS_TINY` 那条已覆盖同一收益面 | — |

**明确不做**：移除 dhara（丢掉电一致性与坏块重映射，代价不对称）；journal checkpoint 分片（违反 dhara 协议）；调 `gc_ratio`（无 RAM 收益）；`FF_FS_REENTRANT=0`（defaultTask+ftpTask 并发访问 FatFs 必需）。

## 3. 分阶段规划（与 `RAM使用分析与优化方案.md` §6 S 序号对齐）

| 阶段 | 内容 | 收益 | 前置 |
|---|---|---:|---|
| **第一步**（独立小批） | lftpd 缓冲收紧（`s_copy_buf` 分块搁置，待 RAM 余量需要时再议） | **−1,024B** | 无 |
| **第二步**（并入 RAM方案 步骤 7 的缩栈批） | `FF_FS_TINY=1` → 复跑 `stack_report.py` → defaultTask 降档（最坏链 ~2,250 支撑 3,584B 配置，余量 37%）+ 其余任务按该步骤 7 目标 | −528B 静态 + 栈档下调释放 CCM 堆 | 第一步合入 |
| **第三步**（与 RAM方案 步骤 6/8 同批） | 先做步骤 8 的堆 48K→32K（CCM 释放 ~16K），再按迁 CCM 方案 ①→② 分批 | SRAM1 再 **−10.3K**；CCM 占用 +10.3K（由该步腾挪覆盖） | 与步骤 8 同批或同批评估 CCM 水位 |

**全部落地后存储栈预期**：SRAM1 常驻降至 **~1.9KB**（现 13.7KB，其中 BBT 页缓冲收缩已省 1,776B 不重复计；余下仅小状态量），页缓冲驻 CCM（轮询），未实施项合计换回 SRAM1 ≈ **−11.9K**（`s_copy_buf` 分块搁置，其 −1,536B 不计）；叠加 RAM方案 步骤 5（LVGL 40K→16K）后 SRAM1 余量 >65KB。

## 4. 回归与基线

- **FTP 吞吐基线（2026-09-21 实测，4MB 文件，端到端含网络；瓶颈在存储侧，100M 网络非瓶颈）**：STOR **126.9 KB/s**（32.3s）/ RETR **321.4 KB/s**（12.7s），回传逐字节 MATCH（测试文件已自清理）→ 两条 FTP 相关方案前后各留一轮实测对比（`FF_FS_TINY` 那条预期吞吐降幅 20~40%）
- `FF_FS_TINY` 前后各跑一次 `stack_report.py` + `ram_report.py`（AGENTS.md 门禁）
- 迁 CCM 方案的 ②（页缓冲入 CCM 走轮询）须以实测吞吐定去留：若 NAND 读吞吐降幅 >30%，则只迁 CPU-only 侧（①）
- `s_copy_buf` 分块与 copy-back、数据块减半等小项：待 RAM 余量需要时再议
- 下次存储改动照常执行台架破坏性套件 + 掉电 resume
- 基线数字可用 `data/ram_report_20260921.md`（BBT 页缓冲收缩前快照）复核；实施后重生成基线报告并回填总方案

## 5. 页缓冲可合并性论证（2026-10-23）

> 本节的来源：`Drivers/BSP/GD5F2GQ5UE/nand_ftl.c` 原注释声称"页缓冲三块不可合并的评估见报告"，
> 而原评审报告（2026-10-25 已删除）里只有一行"中 / 暂缓"，**论证从来没写过**——本节补上
> （该注释已在本轮改为指向本节）。
> 结论：**三块不能合并**（最坏路径上同时存活，合并后的失败形态是**静默数据损坏**，不是报错）；
> 可削减的只有 `s_copy_buf` 一块，上限 −2,048 B，而**收益落点不是红线区** →
> 原报告的该项由"待评估"改为"**已评估、判定不做**"（报告已删除，结论以本节为准），
> 与本文件 §2 那两条残余方案一起留在暂缓簇里。

### 5.1 6,216 B 的构成（`.map` 实证）

| 符号 | 尺寸 | 链接地址（2026-10-23 构建） | 角色 | 谁在写它 |
|---|---:|---|---|---|
| `s_page_buf` | 2,048 | 0x200066B4 | dhara journal 的 checkpoint 页缓冲（`dhara_map_init` 传入，`nand_ftl.c:426`） | `journal.c`：逐页累加 132 B 元数据，攒满 16 页后整页编程 |
| `s_cache_buf` | 2,048 | 0x20006EB4 | FatFS 页缓存（512 B 扇区 → 2 KB 页的 RMW） | `disk_read` / `disk_write` / `ftl_flush_cache` |
| `s_copy_buf` | 2,048 | 0x200076B4 | `dhara_nand_copy()` 的搬页暂存（GC） | `dhara_nand_copy`（`nand_ftl.c:379`/`:383`） |
| `s_map` / `s_nand` / 3 个标量 | 56 + 8 + 8 | 0x2000667C 起 | dhara 状态与缓存标志 | — |

`nand_ftl.o` 合计 **6,216 B = RW 16 + ZI 6,200**，其中三块页缓冲 6,144 B 占 **98.8%**。
原报告 §5.2 的 Top-5 表用 ZI 口径写 6,200，与本节的 6,216 差的就是那 16 B 的 RW，两处不矛盾。

### 5.2 三块同时存活的证据链（最坏路径）

触发条件是**一次脏页回写正好撞上 journal 满 → 自动 GC**，稳态写入下是常态而非边角：

1. `disk_write()` 把 512 B 扇区拼进 `s_cache_buf` 并置脏（`nand_ftl.c:565`）；
2. 整页凑满或 `CTRL_SYNC` → `ftl_flush_cache()` → `dhara_map_write(&s_map, lpn, s_cache_buf, …)`
   （`nand_ftl.c:195`）——**此刻 `s_cache_buf` 就是被写的数据本身**：dhara 把它当 `data` 直接交给
   `dhara_nand_prog()`（`journal.c:1021`），坏块重试时还要再读一次；
3. `dhara_map_write()` 先调 `prepare_write()`（`map.c:356`），而后者**第一件事**就是 `auto_gc()`
   （`map.c:327`）——回收发生在数据落盘**之前**；
4. `auto_gc → dhara_map_gc → raw_gc → dhara_journal_copy → dhara_nand_copy(src, head)`
   （`map.c:247`、`journal.c:1042`），搬页需要一块 2 KB 暂存 = `s_copy_buf`；
5. 与此同时 `s_page_buf` 里攒着**当前 checkpoint 周期内已入队页的元数据**：`push_meta()` 每入队一页
   就 `memcpy` 一段 132 B 进去（`journal.c:972`），攒满 16 页才整页编程（`journal.c:992`）。
   这是**跨调用存活的状态**，不是暂存。

于是第 4 步执行时三块同时持有活数据：待写的缓存页、已攒的 checkpoint 元数据、搬页暂存。
任取两块合并，被覆盖的一方都会变成垃圾，而**没有一处会报错**——这与越界校验、挂载失败处置两次
"宁可报错，不可静默"的教训同族，属于必须回避的失败形态。

### 5.3 逐对否证

| 合并方案 | 看似可行的理由 | 实际后果 |
|---|---|---|
| `s_copy_buf` ⊕ `s_cache_buf` | "搬页只是中转，用完即弃" | 覆盖的正是**还没写下去的那一页**；`journal.c:1019` 的重试循环会拿被污染的数据再编程一次 → 该页永久错数据 |
| `s_copy_buf` ⊕ `s_page_buf` | "元数据才 132 B，占不了多少" | checkpoint 元数据在页内**跨 0..1,999 偏移**分布（`hdr_user_offset()`，`journal.c:89`；本卷 `log2_ppc=4` → 15 段），被覆盖 → checkpoint 内容错 → 复位后整段回退或 `E_CORRUPT_MAP` |
| `s_page_buf` ⊕ `s_cache_buf` | "都是页缓冲，都是 2 KB" | 同第二行；且 `s_page_buf` 的存活期以**16 页**为单位，远长于缓存页 |
| 条件别名（脏时用 A，否则用 B） | "只有一条路径同时用" | 需要"缓存是否脏"这个跨模块标志；将来任何从 dhara 侧新进的调用点都会静默踩中。为省 2 KB 引入一条**不可静态验证**的隐式契约，收益与风险不成比例 |

`s_page_buf` 也不能缩：虽然每页只用到 132 B 元数据，但**编程的是整页**（`journal.c:196` 整页
`memset` 0xFF + `journal.c:992` 整页 `prog`），且元数据段一直排到偏移 1,999 → 必须 2,048 B。

### 5.4 真正可动的只有 `s_copy_buf`

| 方案 | 收益 | 做法 | 代价 / 风险 |
|---|---:|---|---|
| `s_copy_buf` 分块（本文件 §2 方案清单） | **−1,536 B** | 512 B 分块：`page_read` 一次 → 4×(read_from_cache → program_load) → **一次** `program_exec` | 正确性风险低（仍是一次编程，ECC 一次算完，不是"部分页编程"）；但 512 B 不大于 `GD5F_DMA_THRESHOLD`(1024) → 4 次全走 CPU 轮询：SPI1 42 MHz 下 2 KB 线上时间 0.39 ms，轮询比 DMA 多约 25~50%，即每页多 ~0.1~0.2 ms 且全程占住 CPU（不 yield）。要保住 DMA 就得下调阈值，而那会破坏"阈值 ≥ 存储路径最大栈缓冲"这条编译期契约（`gd5f2gq5ue.h:105`），不建议 |
| 内部搬页（copy-back，本文件 §2 方案清单） | **−2,048 B** | `PAGE READ(13H)` src → `WRITE ENABLE` → `PROGRAM EXECUTE(10H)` dst，**主机侧零缓冲**（`../芯片手册/GD5F2GQ5UExxG.md` §9.6） | ① 手册限定"只能在**奇偶属性相同**的块之间搬"，跨属性行为须台架实证；② 读侧 ECC 校正后的数据才进 cache register，语义上等价于"搬页 + 纠错"，但同样要实测；③ 主机侧假芯片把 `program_exec` 建模成"必须 `program_load` 过"（`test/host/nand_port/nand_port_test.c:187`），要先补 internal-data-move 语义，否则正确实现会被判失败 |

两条都**替代不了**"三块合一"：做满也只能把 6,216 B 压到 4,168 B，压不回 2 KB 级。

### 5.5 为什么省下来也没用（落点分析）

- 三块页缓冲全在 `RW_IRAM1`（0x2000_0000 窗口内，`gd5f_dma_buf_ok()` 白名单覆盖），该区
  2026-10-23 实测 **75,264 / 57.4%，余 55,808 B**；
- 红线在 **`RW_CCM`：57,376 / 87.9%，余 7,904 B**（FreeRTOS 堆 56 KB 吃掉了它）；
- 所以这条线即使做满（−2,048 B）也**一分不减红线**；反过来把页缓冲搬进 CCM（本文件 §2 的迁 CCM 方案 ②）
  才是"对红线有害"的方向——6,144 B 会吃掉 CCM 余量的 78%；
- 把 `s_copy_buf` 挪到栈上同理：defaultTask 静态最坏链 3,024 B / 5,120 B，再塞 2 KB 直接顶到上限，
  而任务栈本身就在 CCM。

结论：**页缓冲合并这条线的收益没有消费者**。这正是 2026-10-15 整簇暂缓的机制原因，本节只是把它从"判断"
补成了"论证"——所以暂缓不变，重开仍按 `RAM使用分析与优化方案.md` §4 的三条条件。

### 5.6 复现

```bash
grep -n "  nand_ftl.o" MDK-ARM/STM32F407-Demo/STM32F407-Demo.map   # 6,216 = RW 16 + ZI 6,200
grep -n "s_page_buf\|s_cache_buf\|s_copy_buf" MDK-ARM/STM32F407-Demo/STM32F407-Demo.map
```

### 5.7 顺带订正的两处注释

- `nand_ftl.c:300` 原写"页缓冲三块不可合并的评估见报告"，而报告里此前**没有**这份评估
  → 改为指向本节。
- `nand_ftl.c:405` 原写"`s_page_buf` 现仅装 dhara meta 132 B 走轮询"，**不成立**：`s_page_buf` 是
  按整页编程的（`journal.c:992` → `dhara_nand_prog` → `gd5f_program_load(0, data, 2048)`），
  与另两块一样走 DMA。原文这句话会误导后来做迁 CCM ②的人，已按实况改写。