/* * 模块名称：主机侧单测桩 - 假 HAL/CMSIS 寄存器面 + 内核入口（console_log 模块专用） * 模块功能：让 App/log/console_log.c 在 PC 上编起来，并把它依赖的硬件/内核面做成 * **可脚本控制**的模型： * ① 假串口外设：TXE/TC 可注入「就绪 / 永远不就绪（僵尸通道）/ 前 N 次不就绪」； * 写进 DR 的字节被收进一条上线字节日志，并按「一次 TC 就绪 = 一块」记块长。 * ② DWT CYCCNT：每次访问推进 con_dwt_step 个周期（= 给时间定价）， * CTRL 的 CYCCNTENA 可脚本成「写不进去」以走 con_tx_counted 支路。 * ③ HAL_GetTick：显式量 + 每次读自动步进。 * ④ 内核入口：临界区计数、当前任务句柄、vTaskDelay（可挂回调 + 跑飞保险）、 * __get_IPSR、osEventFlagsSet、NVIC/RCC 宏。 * ⚠ 仅供 test/host/console_log/ 使用，不参与 MCU 构建（MCU 走真实 stm32f4xx*.h）。 * * 为什么必须桩（换机复核依据）：真实链是 usart.h -> main.h -> stm32f4xx_hal.h -> * stm32f4xx.h -> core_cm4.h，里面是 ARMCC 内联汇编与 __IO 寄存器绝对地址 * （0xE0001000 一类），宿主 MSVC 既编不动也访问不了。本桩把同样的位语义搬到普通 * 结构体上，字段名 / 位号 / 枚举值一律照真实头抄，生产代码写法一字不改即可编译： * USART_TypeDef.SR/DR、USART_SR_TXE=bit7、USART_SR_TC=bit6（stm32f4xx_hal_uart.h） * DWT_Type.CTRL/CYCCNT + DWT_CTRL_CYCCNTENA_Msk=bit0、CoreDebug_Type.DEMCR + * CoreDebug_DEMCR_TRCENA_Msk=bit24（core_cm4.h） * HAL_StatusTypeDef{OK=0,ERROR=1,BUSY=2,TIMEOUT=3}（stm32f4xx_hal_def.h） * HAL_UART_STATE_RESET=0x00、HAL_UART_ERROR_NONE=0x00、UART5_IRQn=7 * UART_HandleTypeDef 只搬本模块访问的 4 个字段（Instance/gState/RxState/ErrorCode）， * 余下（Init/Lock/...）刻意不搬：抄半份 HAL 结构只会更快与真实头漂移。 * * ★ 两个手法（本桩唯一的技巧点，改之前先读懂）： * a) 「读寄存器位」没法用结构体成员钩（u->SR 是成员访问，宏替换不了成员名），但生产 * 代码的判据写作 (u->SR & USART_SR_TXE)，而 **USART_SR_TXE 是本桩的宏** —— 把它 * 定义成函数调用，于是每次读该位都进 con_uart_read_txe()：在这里计数、判跑飞、按 * 脚本决定就绪与否。SR 成员恒为全 1，就绪完全由钩子返回值决定（返回掩码=就绪， * 返回 0=不就绪，(全1 & 0)==0 让生产代码继续等）。TC 同理。 * b) DWT 同理：#define DWT (con_dwt_touch(), &g_con_dwt) —— 每次 DWT-> 访问先走一遍 * touch()（CYCCNT += step、计数判跑飞、按需让 CYCCNTENA 位落不住），再把地址给出去。 * 真实硬件 CYCCNT 每周期 +1，这里「每次访问 +step」是同一个模型、只是步长交给测试。 * 于是 CON_TX_TIMEOUT_CYC = SystemCoreClock/10 这类编译期表达式**不必改生产代码** * 就能在 1 次自旋内成立（step 取 = 上界值即可）。 * c) DR 的写不做钩子（写就是写进真成员）。「哪个字节真正上线了」由 a) 的就绪事件推定： * 生产代码每写一个 DR 之前必然刚读到一次就绪的 TXE（两个发送循环都是这个结构）， * 所以「上次就绪之后写进 DR 的那个字节」= 此刻离开发送寄存器上线的字节 —— * 与真实「TXE 空 -> 装载 -> 移位」时序一致，不是桩自己发明的规则。 * 由此还能照出超时路径的真实后果：TXE 卡死时最后那个字节**没有**被写进 DR， * 也就不会出现在上线日志里（半个块丢失、丢在哪个字节可查）。 * * 创建日期：2026-10-24 */ #ifndef STM32F4_FAKE_H #define STM32F4_FAKE_H #include #include #include #include /* ===== 与真实头同值的位 / 枚举（来源见文件头） ===== */ #define USART_SR_TXE_Msk (0x0080U) /* SR bit7 发送寄存器空 */ #define USART_SR_TC_Msk (0x0040U) /* SR bit6 发送完成 */ #define DWT_CTRL_CYCCNTENA_Msk (0x00000001U) #define CoreDebug_DEMCR_TRCENA_Msk (0x01000000U) #define UART5_IRQn 7 #define HAL_UART_STATE_RESET 0x00U #define HAL_UART_STATE_READY 0x20U #define HAL_UART_ERROR_NONE 0x00U typedef enum { HAL_OK = 0x00U, HAL_ERROR = 0x01U, HAL_BUSY = 0x02U, HAL_TIMEOUT = 0x03U } HAL_StatusTypeDef; /* 主机没有真周期钟。CON_TX_TIMEOUT_CYC = SystemCoreClock/10 与 * CON_APPEND_WAIT_CYC = SystemCoreClock/5 都是编译期表达式，取值原样保留 * 168 MHz（与 MCU 端 SystemCoreClock 一致），时间快慢由 con_dwt_step 决定。 */ extern uint32_t SystemCoreClock; /* ------------------------------------------------------------------ */ /* ① 假串口外设 */ /* ------------------------------------------------------------------ */ typedef struct { volatile uint32_t SR; volatile uint32_t DR; } USART_TypeDef; typedef struct { USART_TypeDef *Instance; volatile uint32_t gState; volatile uint32_t RxState; volatile uint32_t ErrorCode; } UART_HandleTypeDef; extern USART_TypeDef g_con_uart; /* 寄存器实体（单 TU，非 static） */ #define CON_UART_TX_MAX 20000U /* 上线字节日志容量 */ #define CON_UART_BLOCK_MAX 64U /* 块长记录容量 */ extern uint32_t con_uart_tx_n; /* 已上线字节数 */ extern uint8_t con_uart_tx[CON_UART_TX_MAX]; extern uint32_t con_uart_block_n; /* 已完成的块数 */ extern uint32_t con_uart_block_len[CON_UART_BLOCK_MAX]; extern uint32_t con_uart_cur_len; /* 当前块已上线字节数 */ extern uint32_t con_uart_txe_reads; extern uint32_t con_uart_tc_reads; extern int con_uart_txe_stuck; /* 1 = TXE 永不就绪（僵尸通道） */ extern int con_uart_txe_after; /* 前 N 次 TXE 读**不**就绪，之后就绪 */ extern int con_uart_txe_ready_left; /* >=0 = 只准就绪 N 次，之后卡死 */ extern int con_uart_tc_after; /* 前 N 次 TC 读不就绪，之后就绪 */ extern int con_uart_tc_stuck; /* 1 = TC 永不就绪 */ extern int con_uart_pending; /* 1 = 有个字节已进 DR 待收 */ /* 前置声明：con_uart_tx_put 要看当前临界区深度（定义在本文件下方的④内核入口段， * 这里必须先声明，否则 C89 隐式声明在 ARMCC/MSVC 上都是错误或告警） */ uint32_t con_crit_depth(void); uint32_t con_pm_depth(void); /* PRIMASK 版关中断窗口深度（前置声明理由同上） */ /* —— 道G task-23 新增的两个把手（判据说明见 con_uart_tx_put 内注释）—— */ extern uint32_t con_uart_tx_hook_at; /* 第 N 个字节上线后触发一次（0=不触发） */ extern void (*con_uart_tx_hook)(void); /* 触发时跑的函数（测试装填） */ extern uint32_t con_uart_crit_at_tx_max; /* 所有上线字节里见过的最大临界区深度 */ extern uint32_t con_pm_at_tx_max; /* 同上，但量的是 PRIMASK 关中断窗口深度 * （道G task-26 之后裸发路径用它，这里先 * 声明：con_uart_tx_put 在本文件上方） */ void con_uart_reset(void); /* * 上线一个字节 = 记进字节日志，并在此处给测试两个观察/介入点（道G task-23）： * ① con_uart_crit_at_tx_max：本字节上线时的临界区深度水位。整行所有权只能靠一次 * 几条指令的 test-and-set 取得，**绝不允许把 7.8 ms 的发送包进关中断区**（那等于 * 把中断延迟与最坏喂狗抖动塞进启动窗口，比交错本身更糟）——本水位恒 0 就是这条 * 硬红线的机器证据（判据见 console_log_test.c 的 M 族 TC-CONLOG-170 至 TC-CONLOG-179）。 * ② con_uart_tx_hook/_at：在"第 N 个字节上线之后"跑一遍测试装填的函数，用来精确 * 模拟**发送任务在两个字节之间被抢占**。行级所有权是"拿不到就当场让路"的非阻塞 * 设计，所以既有 con_delay_hook（vTaskDelay 时才跑）在这条路径上永远不会触发， * 必须另有塞入点，否则"两个生产者并发时不得出现另一条行的字节"这条判据没法做 * 成必然失败的断言（只能靠静态论证，那不算交付）。 * 钩子一次性：进入即摘钩，防递归；钩子里再发的字节照常记账。 */ static void con_uart_tx_put(uint8_t b) { uint32_t depth; if (con_uart_tx_n + 1U >= CON_UART_TX_MAX) { printf("[FATAL] fake uart: wire log overflow (>=%u bytes)\n", (unsigned)CON_UART_TX_MAX); exit(2); } con_uart_tx[con_uart_tx_n++] = b; /* NUL 结尾（tx 是二进制缓冲，但让 CHECK 的 %s 打印能读） */ con_uart_tx[con_uart_tx_n < CON_UART_TX_MAX ? con_uart_tx_n : (CON_UART_TX_MAX - 1U)] = 0U; con_uart_cur_len++; depth = con_crit_depth(); if (depth > con_uart_crit_at_tx_max) { con_uart_crit_at_tx_max = depth; } /* 换用 PRIMASK 窗口之后，"发送不许被关中断包住"这条红线由这个水位证明： * 任一上线字节看到的屏蔽深度必须恒 0。内核临界区水位 + PRIMASK 水位**两个都 * 为 0**，才叫"整行独占没把 @115200 约 7.8 ms 的发送关进中断"。 */ if (con_pm_depth() > con_pm_at_tx_max) { con_pm_at_tx_max = con_pm_depth(); } if ((con_uart_tx_hook != 0) && (con_uart_tx_hook_at != 0U) && (con_uart_tx_n == con_uart_tx_hook_at)) { void (*h)(void) = con_uart_tx_hook; con_uart_tx_hook_at = 0U; /* 一次性：先摘钩再跑，钩子内部的发送不再触发 */ h(); } } /* 收走「上次就绪之后写进 DR 的字节」：它此刻才真正上线 */ static void con_uart_take_byte(void) { if (con_uart_pending == 0) { return; } con_uart_pending = 0; con_uart_tx_put((uint8_t)(g_con_uart.DR & 0xFFU)); } static uint32_t con_uart_read_txe(void) { con_uart_take_byte(); con_uart_txe_reads++; if (con_uart_txe_reads > 200000U) { printf("[FATAL] fake USART: TXE read %lu times (runaway)\n", (unsigned long)con_uart_txe_reads); exit(2); } if ((con_uart_txe_stuck != 0) || (con_uart_txe_after > 0)) { if (con_uart_txe_after > 0) { con_uart_txe_after--; } return 0U; } if (con_uart_txe_ready_left >= 0) { if (con_uart_txe_ready_left == 0) { return 0U; /* 配额用尽 -> 从这一字节起通道卡死 */ } con_uart_txe_ready_left--; } con_uart_pending = 1; return USART_SR_TXE_Msk; } static uint32_t con_uart_read_tc(void) { con_uart_take_byte(); con_uart_tc_reads++; if (con_uart_tc_reads > 200000U) { printf("[FATAL] fake USART: TC read %lu times (runaway)\n", (unsigned long)con_uart_tc_reads); exit(2); } if (con_uart_tc_stuck != 0) { return 0U; } if (con_uart_tc_after > 0) { /* TC 抖动：等几轮才置位 */ con_uart_tc_after--; return 0U; } if (con_uart_block_n >= CON_UART_BLOCK_MAX) { printf("[FATAL] fake USART: block log overflow (>=%u)\n", CON_UART_BLOCK_MAX); exit(2); } con_uart_block_len[con_uart_block_n++] = con_uart_cur_len; con_uart_cur_len = 0U; return USART_SR_TC_Msk; } /* ★手法 a)：判据里的掩码宏定义成函数调用 -> 每次读该位都进钩子 */ #define USART_SR_TXE (con_uart_read_txe()) #define USART_SR_TC (con_uart_read_tc()) /* ------------------------------------------------------------------ */ /* ② 假 DWT / CoreDebug */ /* ------------------------------------------------------------------ */ typedef struct { volatile uint32_t CTRL; volatile uint32_t CYCCNT; } DWT_Type; typedef struct { volatile uint32_t DEMCR; } CoreDebug_Type; extern DWT_Type g_con_dwt; extern CoreDebug_Type g_con_core_debug; extern uint32_t con_dwt_step; /* 每次 DWT 访问推进的周期数 */ extern int con_dwt_ctrl_sticky; /* 0 = CYCCNTENA 写不进去 */ extern uint32_t con_dwt_reads; void con_dwt_reset(void); /* ★手法 b)：每次访问先「花时间」，再决定是否让使能位落得住 */ static void con_dwt_touch(void) { con_dwt_reads++; if (con_dwt_reads > 200000U) { printf("[FATAL] fake DWT: accessed %lu times (runaway)\n", (unsigned long)con_dwt_reads); exit(2); } g_con_dwt.CYCCNT += con_dwt_step; if (con_dwt_ctrl_sticky == 0) { g_con_dwt.CTRL &= ~DWT_CTRL_CYCCNTENA_Msk; } } #define DWT (con_dwt_touch(), &g_con_dwt) #define CoreDebug (&g_con_core_debug) /* ------------------------------------------------------------------ */ /* ③ HAL 时基（真实原型 uint32_t HAL_GetTick(void)，stm32f4xx_hal.c） */ /* ------------------------------------------------------------------ */ extern uint32_t con_tick_now; extern uint32_t con_tick_step; /* 每次读之后自动推进的 ms（0 = 不动） */ extern uint32_t con_tick_reads; uint32_t HAL_GetTick(void); /* ------------------------------------------------------------------ */ /* ④ 内核入口 */ /* ------------------------------------------------------------------ */ typedef void *TaskHandle_t; typedef uint32_t TickType_t; typedef long BaseType_t; typedef unsigned long UBaseType_t; extern TaskHandle_t con_task_self; /* xTaskGetCurrentTaskHandle 的返回值 */ TaskHandle_t xTaskGetCurrentTaskHandle(void); extern uint32_t con_delay_calls; /* vTaskDelay 次数 = 真的等过 */ extern void (*con_delay_hook)(void); /* 每次 delay 跑一遍（可模拟别的任务排空） */ void vTaskDelay(TickType_t ticks); extern uint32_t con_crit_enter; extern uint32_t con_crit_exit; void con_crit_push(void); void con_crit_pop(void); uint32_t con_crit_depth(void); /* 进区回调：环空位竞态那条正向用例靠它把"第二个生产者"精确塞进第一个生产者的临界区里 * （旧写法里判据在区外，塞进去的写入不会被复核到；新写法复核在区内，必然看到）。 * 只在 con_crit_push 记完深度之后调用，不改任何深度值。 */ extern void (*con_crit_hook)(void); #define taskENTER_CRITICAL() con_crit_push() #define taskEXIT_CRITICAL() con_crit_pop() /* —— PRIMASK 版关中断窗口（生产侧 CON_CRIT_ENTER/EXIT 展开后落到这三个原语）—— * "关没关中断"不许靠人嘴说、也不许靠我保证，这三个把手让用例能机器断言： * ① 取环写环 / 清属主确实发生在关中断窗口内（环探针 + 深度水位）； * ② 整条裸发路径 0 次内核临界区调用（con_crit_enter == 0）——这条同时是 * "taskEXIT_CRITICAL ⇒ vPortExitCritical ⇒ configASSERT ⇒ 断言钩子 ⇒ 回本模块" * 那条环**不成立**的证据（那条环在静态调用图上会被算进每一条含临界区的任务链， * 实测三条链各 +80 B，见 console_log.c 的 CON_CRIT_ENTER 注释）； * ③ 每个上线字节看到的屏蔽深度恒 0（发送绝不关中断）。 * 深度按"成对 push/pop"建模：生产侧保存的是**局部** PRIMASK 副本并成对写回， * 所以嵌套时深度自然回升，注入钩子看到的也是"已在区内"。 */ extern uint32_t con_pm_enter; /* __disable_irq 次数 */ extern uint32_t con_pm_exit; /* __set_PRIMASK 次数 */ extern uint32_t con_pm_max_depth; /* 曾达到的最大嵌套深度 */ extern uint32_t con_pm_at_tx_max; /* 任一上线字节所见屏蔽深度水位（必须恒 0） */ extern void (*con_pm_hook)(void); /* 进窗回调：把"第二个生产者"塞进关中断窗口里 */ void con_pm_push(void); void con_pm_pop(void); #define __get_PRIMASK() ((uint32_t)(con_pm_depth() != 0U ? 1U : 0U)) #define __disable_irq() con_pm_push() #define __set_PRIMASK(v) con_pm_pop() /* 环形缓冲实体改由测试持有：生产代码里的 s_con_ring 被宏名成 (*con_ring_cell())， * 于是**每一次对环的取址访问都进这个钩子** —— 这是本轮唯一能把"整行拷贝发生在 * 临界区内、而读环发送发生在临界区外"这件事直接断言出来的办法（生产侧的空位判据 * 与拷贝之间没有任何函数调用可插桩，靠调用深度而不是靠时序观察来钉结构性事实）。 * 钩子只记事实不改行为：返回的就是那块 4096B 存储。 */ /* 注意：**不要**在这里定义 DBG_CON_RING_SIZE（那是生产 console_log.c 的宏， * 重复定义会撞 C4005）；环形存储用字面量 4096U，与生产的数组维度一致即兼容。 */ extern uint8_t con_ring_store[4096U]; extern int con_ring_probe_on; /* 只在被测那一次调用期间开启 */ extern uint32_t con_ring_probe_hits; /* 探针开启期间被索引取址的次数（证明真碰了环） */ extern uint32_t con_ring_zero_depth_hits;/* 其中发生在临界区之外（深度 0）的次数 */ /* 写者读环发本来就在临界区外（正确行为），探针不该把它算成违规：由测试在进入 * drain 的前后翻转这个标志（等价于把生产侧的 s_con_draining 递进来） */ extern int con_ring_draining; /* 用老式无原型定义，与生产那行 static 声明展开后的形态一致（避免 C4255/C4273） */ static uint8_t (*con_ring_cell())[4096U] { if (con_ring_probe_on != 0) { con_ring_probe_hits++; /* 两种关中断窗口都算"在区内"：内核临界区（BASEPRI；写者 drain 推 tail 那一处 * 仍是它）与本模块自己的 PRIMASK 窗口（入环拷贝 / 取还所有权）。换原语之后 * 判据含义不变：**生产者绕过任何关中断窗口碰环**才算竞态回来了。 */ if ((con_crit_depth() == 0U) && (con_pm_depth() == 0U) && (con_ring_draining == 0)) { con_ring_zero_depth_hits++; /* 生产者绕过临界区碰环 = 竞态回来了 */ } } return &con_ring_store; } #define s_con_ring (*con_ring_cell()) /* 真实 __get_IPSR 是 core_cmFunc.h 的静态内联；这里做成宏读一个可控量 */ extern uint32_t con_ipsr; /* 0 = 线程模式；!=0 = 中断/异常上下文 */ #define __get_IPSR() (con_ipsr) /* 事件组：原型与真实 cmsis_os2.h 逐字一致 */ typedef void *osEventFlagsId_t; typedef uint32_t osStatus_t; #define osFlagsWaitAny 0x00000000u #define osFlagsNoClear 0x00000001u extern uint32_t con_evt_sets; extern uint32_t con_evt_flags; osStatus_t osEventFlagsSet(osEventFlagsId_t ef_id, uint32_t flags); /* NVIC / RCC：真实版是寄存器写。自愈路径的判据 = 重初始化做了几回、次序对不对 */ extern uint32_t con_nvic_clears; extern uint32_t con_rcc_disables; extern uint32_t con_rcc_enables; #define __NVIC_ClearPendingIRQ(irqn) do { (void)(irqn); con_nvic_clears++; } while (0) #define __HAL_RCC_UART5_CLK_DISABLE() do { con_rcc_disables++; } while (0) #define __HAL_RCC_UART5_CLK_ENABLE() do { con_rcc_enables++; } while (0) #endif /* STM32F4_FAKE_H */