/* * 模块名称：ADC 采样有效性校验（语义取数与预处理） *（保护功能清单见 docs/算法/继电保护功能复现规划.md） * 模块功能：对两片转换器的"节拍是否还在喂数据"做**判定层**（观测计数由 * `adc_input` / `tpafe5160` 驱动提供，本模块只做判定与告警位）： * ① 静默（stall）：帧序号连续 >= ADC_HEALTH_STALL_MS 无前进； * ② 丢帧（gap）：帧序号一次前进 >1（消费者超拍，中间帧被覆盖）； * ③ 单调性破坏：帧序号倒退（计数器被改写 / 驱动 bug，锁存）； * ④ 错误计数增量：FRSTDATA 跳变 / HAL ADC·DMA 错误 / STM32 停摆计数。 * ⚠ 本层**纯逻辑**：不碰寄存器、不取数、不打日志——输入是调用方 * 采集的计数快照，输出是故障位；日志与自检上报由消费者 * （`App/task/adc_task.c`）按位执行 → 主机侧可纯逻辑单测。 * 适用平台：STM32F407ZGTx + TPAFE5160 * 作者：王建锋 * 创建日期：2026-10-11 * 修改记录： * v1.0 2026-10-11 王建锋 创建：采样有效性校验（静默/丢帧/单调性/错误增量） * v1.1 2026-10-21 王建锋 新增 adc_health_age_stale()（无模块状态的帧年龄 * 纯判据，参照系由调用方自存）与 ADC_HF_STALE 位： * 判定层的 stall/backward 位只在 adcTask 每拍跑 * check() 时才可能置起，节拍源停摆会把本任务卡在 * osThreadFlagsWait 上 → 那些位永远是 0，而相量冻在 * 最后一帧仍被 protectTask 用于判据。该纯判据让保护侧 * 能用**自己的时基 + 中断侧计数器**独立判"数据还新不新" * v1.2 2026-10-25 DTU 项目组 新增 采样通道自检 残余「码值越界（贴轨）检出」： * adc_health_rail_watch()/rail_sticky()/rail_init() * ——连续 N 拍贴满量程带且该通道见过释放沿才锁存 * （空载恒 0 / 开机恒 0 是合法工况，不误报）； * 判据动因 docs/问题记录/采集与数据处理短板评测.md * §6.2，门限来源 adc_cal_rail_ths()（按 FS 百分比） */ #ifndef ADC_HEALTH_H #define ADC_HEALTH_H #include #ifdef __cplusplus extern "C" { #endif /* 静默判定门限（ms）：帧序号连续无前进达到该时长即判静默。 * 名义节拍 1 kHz → 正常每拍 +1；100 拍无前进不可能是抖动，只可能是 * 节拍源/转换器/EXTI 真停（消费者超拍只会造成 gap=d>1，不会 d=0）。 */ #define ADC_HEALTH_STALL_MS 100U /* 电平故障位（adc_health_flags()，当前活跃；stall 可自愈清除，backward 锁存） * ——供后续「自检失败闭锁」直接消费 */ #define ADC_HF_TPAFE_STALL (1uL << 0) /* TPAFE 帧序号静默 */ #define ADC_HF_STM32_STALL (1uL << 1) /* STM32 DMA 完成计数静默 */ #define ADC_HF_SEQ_BACKWARD (1uL << 2) /* 帧序号倒退（锁存，不自愈） */ /* 锁存故障位（adc_health_sticky()，出现过即置位、直到 init 才清； * 与电平位共用高位编号，gap 类"常态性超拍"不入锁存） */ #define ADC_HF_FRSTDATA (1uL << 3) /* FRSTDATA 跳变计数有增量（锁存） */ #define ADC_HF_STM32_ERR (1uL << 4) /* STM32 停摆计数有增量（锁存） */ #define ADC_HF_HW_ERR (1uL << 5) /* HAL ADC/DMA 错误回调有增量（锁存） */ /* 边沿事件位（adc_health_check() 出参 events，仅本次调用有效）。 * ⚠ FRSTDATA/STM32_ERR/HW_ERR 三个事件位与同名锁存位**编号一致**—— * 消费者可直接用 events 掩码对 sticky/logged 位图做"每类留痕一次"的编排 */ #define ADC_HE_TPAFE_GAP (1uL << 6) /* 本次 TPAFE 序号前进 >1 */ #define ADC_HE_STM32_GAP (1uL << 7) /* 本次 STM32 gap 计数有增量 */ #define ADC_HE_STM32_ERR (1uL << 4) /* 本次 STM32 停摆计数有增量 */ #define ADC_HE_FRSTDATA (1uL << 3) /* 本次 FRSTDATA 计数有增量 */ #define ADC_HE_HW_ERR (1uL << 5) /* 本次 HAL 错误计数有增量 */ /* 兜底新鲜度位（bit8，与判定层 bit0..bit7 位段错开） * ⚠ 本位**不由本模块置位**：由 protectTask 调 adc_health_age_stale() 独立观测后 * OR 进闭锁位图。因此它不进 sticky、不进 adc_task 编排层的 logged 位图、 * 也不由本模块打日志——留痕走 protect 侧既有的闭锁边沿日志与 SOE。 * 位段纪律见 docs/算法/采样有效性校验设计说明.md §14 */ #define ADC_HF_STALE (1uL << 8) /* 帧年龄超限（电平，序号恢复前进即清） */ /* 计数快照（由调用方采集，本模块不触碰任何驱动/外设） */ typedef struct { uint32_t tpafe_seq; /* tpafe5160_frame_seq() */ uint32_t tpafe_frst_err; /* tpafe5160_frstdata_err()（驱动为 uint16，此处放宽） */ uint32_t stm32_seq; /* adc_input_stm32_seq() */ uint32_t stm32_errs; /* adc_input_stm32_errs() */ uint32_t stm32_gaps; /* adc_input_stm32_gaps() */ uint32_t stm32_hw_errs; /* adc_input_stm32_hw_errs() */ uint32_t now_ms; /* osKernelGetTickCount()（tick 回绕由差值法吸收） */ } adc_health_in_t; /* 判定结果快照 */ typedef struct { uint32_t flags; /* 电平故障位 ADC_HF_TPAFE/STM32_STALL/SEQ_BACKWARD */ uint32_t events; /* 本次边沿事件位 ADC_HE_xxx */ uint32_t sticky; /* 锁存故障位（含电平位的历史并集） */ uint32_t tpafe_gaps; /* TPAFE 累计丢帧点数（序号前进 >1 的超出部分之和） */ uint32_t tpafe_stall_ms; /* TPAFE 当前静默时长（0=正常） */ } adc_health_status_t; /* 帧年龄参照系（adc_health_age_stale() 用）。状态**归调用方所有**，所以多个观察者 * 各判各的、互不污染——这是它与本模块其余接口的关键区别（check() 用的是模块级 * 单写者状态，只能有一个每拍调用者） */ typedef struct { uint32_t seq; /* 上次看到的序号 */ uint32_t adv_ms; /* 最后一次看到序号前进的时刻（与调用方时基同源） */ uint8_t primed; /* 0 = 尚未建立基线（首拍只记录、不判定） */ } adc_health_age_t; /* * 函数功能：采样有效性校验初始化（幂等，内核启动前可调） * 入口参数：无 * 返 回 值：无 * 限定条件：无 * 函数说明：清全部状态；首次 adc_health_check() 只建基线、不判定。 */ void adc_health_init(void); /* * 函数功能：按计数快照做一次有效性判定（每拍调用，开销为常数次整数运算） * 入口参数：in - 计数快照（NULL 则本次跳过，out 不动） * out - 判定结果（NULL 则仅更新内部状态） * 返 回 值：无 * 限定条件：仅任务上下文（与 adc_input_poll() 同节奏调用） * 函数说明：首次调用建立基线（不产生事件/故障）。序号差值按 * `(int32_t)(now - prev)` 口径计算，tick/计数回绕均安全。 */ void adc_health_check(const adc_health_in_t *in, adc_health_status_t *out); /* * 函数功能：帧年龄判定（无模块状态，供与消费者存活解耦的兜底门使用） * 入口参数：a_p_age - 调用方自存的参照系 * a_cur_seq - 本次读到的序号（须是**中断侧**递增的计数器，如 * tpafe5160_frame_seq() / adc_input_stm32_seq()） * a_now_ms - 本次时基（与 a_p_age->adv_ms 取同一个任务的 tick） * a_age_ms - 判老门限（ms） * 返 回 值：1 - 已陈旧（调用方应据此闭锁）；0 - 新鲜，或仍在建立基线 * 限定条件：任意任务上下文；零内核依赖、零共享状态 → 主机侧免桩可直接单测 * 函数说明：差值口径与 adc_health_check() 一致（(int32_t) 差值，计数与 tick * 回绕均安全）。首次调用只建基线并返回 0；序号有任何前进即返回 0 * （一次前进多帧属消费者超拍，不是故障）；倒退不在此判老，单调性 * 破坏归 ADC_HF_SEQ_BACKWARD 管。参数错返回 0——宁可不锁，不可误锁。 */ uint8_t adc_health_age_stale(adc_health_age_t *a_p_age, uint32_t a_cur_seq, uint32_t a_now_ms, uint32_t a_age_ms); /* * 函数功能：读当前电平故障位 * 入口参数：无 * 返 回 值：ADC_HF_TPAFE_STALL / ADC_HF_STM32_STALL / ADC_HF_SEQ_BACKWARD 组合 * 限定条件：无 * 函数说明：供自检失败闭锁判定与 UI；与 check() 出参 flags 同源。 */ uint32_t adc_health_flags(void); /* * 函数功能：读锁存故障位（出现过即置位，直到 init 才清） * 入口参数：无 * 返 回 值：电平位 + ADC_HF_FRSTDATA/STM32_ERR/HW_ERR 的并集 * 限定条件：无 * 函数说明：stall 自愈后 sticky 仍保留该次故障痕迹（"曾经停摆过"必须留痕）。 */ uint32_t adc_health_sticky(void); /* * 函数功能：读 TPAFE 累计丢帧点数 * 入口参数：无 * 返 回 值：序号前进 >1 的超出部分累计（与 STM32 侧 adc_input_stm32_gaps() 对称） * 限定条件：无 * 函数说明：消费者超拍（单拍耗时 > 1 ms）所致；非零本身不是闭锁条件， * 但持续增长说明相量窗出现时间空洞，须排查耗时。 */ uint32_t adc_health_tpafe_gaps(void); /* ===================== 采样通道自检 残余：码值越界（贴轨）检出，2026-10-25 ===================== */ /* 贴轨锁存的连续拍数：20 拍 = 1 kHz 节拍下一个 50 Hz 周波。削顶/触轨波形的 * 贴带段持续 ≥ 半周波；噪声毛刺不可能连续 20 拍钉在同侧轨带内（短板评测 §6.2 * 判据①「连续 N 点贴满量程」的定标）。 */ #define ADC_RAIL_N_RUN 20u /* 贴轨监视的通道数上限（9 = 8 电气量 + 温度；温度是否监视由调用方经 * adc_cal_rail_ths() 返回 -1 决定，本层不内嵌语义知识） */ #define ADC_RAIL_CH_NUM 9u /* * 函数功能：贴轨观察器复位（adc_health_init() 已内含，单独暴露供编排层复用） * 入口参数：无 * 返 回 值：无 * 限定条件：与 check() 同——仅任务上下文（单写者） */ void adc_health_rail_init(void); /* * 函数功能：单通道单拍贴轨观察（采样通道自检 码值越界检出，纯算术） * 入口参数：ch - 通道号（0..ADC_RAIL_CH_NUM-1，越界忽略） uint8_t * code - 本拍原始码值（**码值域**，与标定无关） int32_t * lo_th - 下轨带上界（code ≤ 此值算贴底） int32_t * hi_th - 上轨带下界（code ≥ 此值算贴顶） int32_t * 返 回 值：1 - 本拍**新锁存**该通道（边沿，供编排层落日志）；0 - 无新事件 uint32_t * 限定条件：每拍每通道至多一次（与采样帧同节奏，单写者） * 函数说明：锁存条件 = 连续 ADC_RAIL_N_RUN 拍贴**同一侧**轨带，且该通道此前 * 出现过中带样本（「释放沿」）。释放沿要求的理由：空载信号恒 0、 * 开机未采到帧恒 0 都是**合法工况**（短板评测 §6.2：空载与零值都是 * 合法工况）——只有「动过又钉死在轨上」才是削顶/越界签名。锁存后 * 不再重复报边沿，直到 rail_init/health_init 重置。 */ uint32_t adc_health_rail_watch(uint8_t ch, int32_t code, int32_t lo_th, int32_t hi_th); /* * 函数功能：读贴轨锁存位图 * 入口参数：无 * 返 回 值：bit ch = 该通道曾检出贴轨（1 kHz × 9 路 → 低 9 位有效） uint32_t * 限定条件：无 * 函数说明：供心跳日志 / 后续品质位映射（遥测快照发布与 104 消费的 qds 消费者）只读。 */ uint32_t adc_health_rail_sticky(void); #ifdef __cplusplus } #endif #endif /* ADC_HEALTH_H */