STM32F4-Base/App/log/soe_store.c

/*
 * 模块名称：SOE Store — 事件顺序记录落盘（实现）
 * 模块功能：实现 soe_store.h——protectTask 投递（取时标 + soe_rec_build +
 *           SPSC 待发环 / 消息队列，零 FS）；defaultTask（syslog_drain 尾部）
 *           排空落 /log/soe.log（64B 定长，容量满删除重建）。
 * 修改记录：
 *     v1.0  2026-10-12  王建锋  创建初始版本（B9，设计见 docs/算法/继电保护功能复现规划.md §3.4）
 *     v1.1  2026-10-24  王建锋  仅注释/文档更正（D 项，无行为改动）：s_soe_append
 *                              函数头原写"打开/写入结构性错误 → unlink 重试一次
 *                              （同 run.log）"，与实现不符且方向错误——实现里
 *                              f_open 失败直接返回 -1、不 unlink，这是**有意**的：
 *                              SOE 是事件序列，打开失败就删文件等于销毁已发生的
 *                              事件。改为如实描述"仅写失败才重试一次"，并补上
 *                              与 sys_log_mcu.c s_is_selfheal_code 同源的逐码表
 *                              （名字/参数类错误码两侧都绝不 unlink）
 * 创建日期：2026-10-12（B9）
 */

/* 头文件包含区 */
#include <string.h>

#define DBG_TAG "[SOE]"
#include "dbg_log.h"

#include "soe_store.h"
#include "soe_rec.h"
#include "ff.h"
#include "cmsis_os.h"
#include "sys_clock.h"
#include "vol_lock.h"

/* 静态变量定义区 */

#define SOE_PATH       "/log/soe.log"
#define SOE_QUEUE_MAX  8u
#define SOE_RING_MAX   8u                 /* 待发环容量（须为 2 的幂） */
#define SOE_RING_MASK  (SOE_RING_MAX - 1u)

/* 待发环（SPSC 无锁）：队列惰性创建（defaultTask 首次 drain）之前的窗口
 * 兜底。生产者 = protectTask（只写 head 侧），消费者 = defaultTask（只写
 * tail 侧）——单核 Cortex-M + volatile 下按 console_log 环形缓冲同一模型，
 * 免锁安全。条目 = 完整 64B 记录（post 侧已组好，drain 侧原样落盘）。 */
static uint8_t s_ring[SOE_RING_MAX][SOE_REC_SIZE];
static volatile uint8_t s_ring_head;      /* 生产者写位 */
static volatile uint8_t s_ring_tail;      /* 消费者读位 */

static osMessageQueueId_t s_queue;        /* 运行期队列（drain 首次调用惰性创建） */
static const osMessageQueueAttr_t s_queue_attr = { .name = "soe" };

static volatile uint32_t s_seq;           /* 单调序号（RAM 生命周期内；仅复位重置） */

/* 只读遍历（UI 记录页）用的读盘窗口，与 App/log/sys_log_mcu.c 读侧同构：
 * 定长记录按 8 条一窗整块取回（8 × 64 B = 512 B），命中窗口零 I/O；
 * 代数由写者在卷锁区间内自增，读者也在卷锁区间内采样代数 → 窗口不会跨写失效 */
#define SOE_RD_WINDOW  8u
static uint8_t         s_rd_win[SOE_RD_WINDOW][SOE_REC_SIZE];
static uint32_t        s_rd_win_base;
static uint32_t        s_rd_win_cnt;
static volatile uint32_t s_rd_gen;   /* 写者落盘/重建次数（对齐 32 位读写在 ARM 上原子） */
static uint32_t        s_rd_win_gen;
static volatile uint32_t s_drop_cnt;      /* 丢弃计数（队列满/环满） */
static uint32_t s_drop_logged;            /* 丢弃留痕水位（drain 侧差值上报） */
static uint8_t s_fault_reported;          /* 写故障留痕去重（成功写复位） */

/* 函数定义区 */

/*
 * 函数功能：投递一条 SOE 记录（见 soe_store.h 声明注释）
 * 函数说明：时标 = sys_clock_get()（纯 RAM，无 I/O）；UINT32_MAX（墙钟未建）
 *           → flags 置 IV、epoch 字段 0、CP56 IV 位如实置位（B9 口径：
 *           不造假时标）。
 *           ⚠ 本函数**不得调用 DBG_***：protectTask 静态最坏链 = 经
 *           s_log_active_edge 的 console 尾链（872 B，B5 实测），post 内任何
 *           日志调用点都会把该尾链再垫高一帧（stack_report 实证 +320 B →
 *           FAIL）。丢弃只累加计数，留痕由 drain（defaultTask）差值上报。
 */
void soe_store_post(uint8_t type, uint8_t elm_id, uint32_t value) {
    uint8_t rec[SOE_REC_SIZE];            /* 64B：protectTask 栈（链对比见 B9） */
    uint32_t epoch = sys_clock_get();
    uint8_t  flags = 0u;
    uint32_t seq;

    if (epoch == UINT32_MAX) {
        epoch = 0u;
        flags = SOE_FLG_IV;
    }
    seq = s_seq;
    s_seq = seq + 1u;
    soe_rec_build(rec, type, elm_id, flags, seq, epoch, value);

    if ((s_queue != NULL) && (osKernelGetState() == osKernelRunning)) {
        if (osMessageQueuePut(s_queue, rec, 0u, 0u) == osOK) {
            return;
        }
    } else {
        uint8_t head;                     /* 队列未建窗口（内核启动 → defaultTask
                                           * 首次 drain）：SPSC 待发环 */
        head = s_ring_head;
        if ((uint8_t)(head - s_ring_tail) < SOE_RING_MAX) {
            (void)memcpy(s_ring[head & SOE_RING_MASK], rec, SOE_REC_SIZE);
            s_ring_head = (uint8_t)(head + 1u);
            return;
        }
    }
    /* 队列满 / 环满：丢弃 + 计数（留痕在 drain 侧，见函数头警告） */
    if (s_drop_cnt < UINT32_MAX) {
        s_drop_cnt++;
    }
}

/*
 * ── 自愈触发集逐码依据（与 sys_log_mcu.c 的同名资料块同源；2026-10-24 逐条核对
 *    Lib/FatFs/ff.c）─────────────────────────────────────────────────────────
 * 进触发集（run.log 侧允许 unlink 重建一次）：介质/结构类 FR_DISK_ERR(1) /
 *   FR_INT_ERR(2) / FR_NO_FILESYSTEM(13) / FR_DENIED(7)。本模块**只在写失败路径**
 *   上碰自己的文件——打开失败连这些码也不 unlink。
 * 不算自愈：FR_NO_FILE(4)——带 FA_OPEN_APPEND 打开时文件会被直接建出来；返回本
 *   码的唯一现实场景是同名对象是目录（ff.c:3854），unlink 修不好它。
 * 两侧都绝不 unlink：名字/参数类 FR_INVALID_NAME(6) / FR_NO_PATH(5) /
 *   FR_INVALID_OBJECT(9)，以及 FR_NOT_READY(3) / FR_NOT_ENABLED(12) /
 *   FR_TIMEOUT(15)——同名同因，删了也修不好，反而每轮丢一份历史（§10.1 第 10 条
 *   严禁的正是这种归集）。
 * 写失败路径不接这套判定：f_write 的返回码里不存在名字/参数类（能走到那里说明
 *   已经打开成功），而簇分配失败是 FR_OK + 短写、根本没有错误码可判，只能无条件
 *   重试一次。
 * 为什么 SOE 比 run.log 保守（两侧资料块各写一份、互指，改动必须同步）：run.log
 *   是滚动运行日志，坏了重建损失有限；SOE 是**事件序列**，文件里是一条条已经发生
 *   过的保护事件，"打开失败就删整个历史文件"等于**销毁事件证据**——SOE 的存在就
 *   是为了留这些事件，删了比写不进去更糟。正确出路是等 syslog_mcu_mounted() 每 2s
 *   重试补目录 / 等卷恢复，条目留在待发环与队列里，不丢。
 *   （run.log 侧的同一张表 + 同一理由见 App/log/sys_log_mcu.c 的同名资料块，测试
 *     侧两侧对齐由 TC-SYSLOG-101/102 与 TC-SOESTORE-022/022b 分别钉住。）
 */

/*
 * 函数功能：追加一条 64B SOE 记录到 /log/soe.log
 * 入口参数：rec - 完整记录（SOE_REC_SIZE 字节）  const uint8_t *
 * 返回值：0 - 成功；-1 - 写失败；-2 - 卷被占用（顺延，非故障）  int
 * 限定条件：仅 defaultTask（唯一写者）调用；卷已挂载、/log 已建
 * 函数说明：照 sys_log_mcu.c s_append 的台架实证纪律——
 *           ① vol_lock try（本任务 = 看门狗喂狗点，绝不阻塞等锁）；
 *           ② FA_WRITE|FA_OPEN_APPEND（本移植 OPEN_APPEND 不含 WRITE，
 *              缺写位 f_write 恒 FR_DENIED，2026-09-20 实证）；
 *           ③ 判失败必须校验写回字节数（FR_OK+短写 = 失败，簇分配无错误码）；
 *           ④ 容量满 unlink 重建；**仅写入失败（含 FR_OK+短写）才 unlink 重试
 *              一次**——f_open 失败一律直接返回 -1、不 unlink。
 *              （2026-10-24 定案：本条旧注释写的是"打开/写入结构性错误都 unlink
 *               重试一次（同 run.log）"，与实际实现不符，也与本模块的语义相反：
 *               run.log 是**滚动运行日志**，坏了重建损失有限；SOE 是**事件序列**，
 *               文件里是已经发生的事件，打开失败就把整个历史文件删掉等于销毁
 *               证据，方向是错的。正确出路是让 syslog_mcu_mounted() 每 2s 重试
 *               补目录/等卷恢复，条目留在待发环与队列里，不丢。）
 *           ⑤ 自愈触发集与 sys_log_mcu.c 的 s_is_selfheal_code() 同源，但本模块取
 *              更保守的子集：打开失败**任何错误码都不 unlink**，只有写失败才重试
 *              一次。逐码依据与两侧差异见上方同名资料块。
 *           ⚠ 本模块**没有**任何"卷损坏"归类/重格式化路径：unlink 失败、
 *           名字/参数类错误码一律只留痕（存储架构 §10.1 教训），条目丢弃
 *           计数，绝不升级成卷操作（全模块无 f_mount/f_mkfs/f_opendir）。
 */
static int s_soe_append(const uint8_t *rec) {
    static FIL f;                 /* static：FF_FS_TINY=0 → FIL=528B 栈；
                                   * 全程在 vol_lock 区间内，跨任务由卷锁串行化 */
    FRESULT fr;
    UINT bw = 0u;
    FILINFO finfo;
    uint32_t cnt;
    int rc = 0;

    if (vol_lock_wait(0u) == 0u) {
        return -2;
    }
    /* 容量护栏：满 → 删除重建（seq 不重置：RAM 计数继续，主机按 boot 段看） */
    cnt = (f_stat(SOE_PATH, &finfo) == FR_OK)
          ? ((uint32_t)finfo.fsize / SOE_REC_SIZE) : 0u;
    if (cnt >= SOE_STORE_MAX) {
        (void)f_unlink(SOE_PATH);
        /* 代数自增（读者窗口失效）：**unlink 当场就加**，不等写成功——文件已没了，
         * 旧窗口里那几条记录在任何索引上都不再存在，晚一步都会有读者按陈旧窗口读数 */
        s_rd_gen++;
        DBG_INFO("cap full, recreate " SOE_PATH);
    }

    fr = f_open(&f, SOE_PATH, FA_WRITE | FA_OPEN_APPEND);
    if (fr == FR_OK) {
        fr = f_write(&f, rec, SOE_REC_SIZE, &bw);
        (void)f_close(&f);
        if ((fr != FR_OK) || (bw != SOE_REC_SIZE)) {
            /* L1 文件级自愈：**只有写失败**才删除重建、重试一次（打开失败走下面
             * 的 else，不删——见函数头 ④）。unlink 返回值刻意不检查：失败也只是
             * 重试失败 → 留痕计数，绝不升级成卷操作。 */
            (void)f_unlink(SOE_PATH);
            bw = 0u;
            fr = f_open(&f, SOE_PATH, FA_WRITE | FA_OPEN_APPEND);
            if (fr == FR_OK) {
                fr = f_write(&f, rec, SOE_REC_SIZE, &bw);
                (void)f_close(&f);
            }
            if ((fr != FR_OK) || (bw != SOE_REC_SIZE)) {
                rc = -1;
            }
        }
    } else {
        /* 打开失败：只留痕、**不 unlink**（SOE 是事件序列，删文件 = 销毁历史；
         * 名字/参数类错误码 unlink 也修不好，见函数头的逐码表） */
        rc = -1;
    }
    if (rc == 0) {
        s_fault_reported = 0u;
        s_rd_gen++;   /* 落盘成功 → 读者窗口作废（在卷锁区间内自增，与读者同锁同调） */
    } else if (s_fault_reported == 0u) {
        s_fault_reported = 1u;
        DBG_ERROR("write " SOE_PATH " fail (%d)", (int)fr);
    }
    vol_lock_release();
    return rc;
}

/*
 * 函数功能：排空 SOE 待发（待发环 + 队列，FIFO）并落盘
 * 入口参数：无
 * 返回值：无
 * 限定条件：仅 defaultTask 调用（syslog_drain 尾部，卷就绪门之后）；
 *           首次调用惰性创建消息队列（内核对象创建在 osKernelStart 之后）
 */
void soe_store_drain(void) {
    uint8_t rec[SOE_REC_SIZE];

    /* 丢弃留痕（defaultTask 上下文 = 日志安全区）：post 侧禁 DBG（protect 链），
     * 此处按差值上报一次，不刷屏 */
    if (s_drop_cnt != s_drop_logged) {
        s_drop_logged = s_drop_cnt;
        DBG_ERROR("soe dropped total=%lu (queue/ring full)",
                  (unsigned long)s_drop_cnt);
    }
    if (s_queue == NULL) {
        s_queue = osMessageQueueNew(SOE_QUEUE_MAX, SOE_REC_SIZE, &s_queue_attr);
        if (s_queue == NULL) {
            DBG_ERROR("queue create fail");   /* 条目滞留待发环，下轮再试 */
        }
    }
    /* 待发环优先（保时序：环内条目早于队列条目） */
    while (s_ring_tail != s_ring_head) {
        uint8_t tail = s_ring_tail;
        (void)memcpy(rec, s_ring[tail & SOE_RING_MASK], SOE_REC_SIZE);
        if (s_soe_append(rec) != 0) {
            return;               /* 写失败/卷忙：不推进 tail，下轮重试 */
        }
        s_ring_tail = (uint8_t)(tail + 1u);
    }
    if (s_queue == NULL) {
        return;
    }
    for (;;) {
        if (osMessageQueueGet(s_queue, rec, 0u, 0u) != osOK) {
            break;                /* 队列空 */
        }
        if (s_soe_append(rec) == -2) {
            break;                /* 卷被占用：本轮顺延（条目已出队，尽力而为） */
        }
        /* rc==-1 写失败：s_soe_append 已留痕；继续排空（SOE 尽力而为语义，
         * 单条坏记录不卡死后续事件） */
    }
}

/*
 * 函数功能：累计丢弃计数（见 soe_store.h 声明注释）
 */
uint32_t soe_store_dropped(void) {
    return s_drop_cnt;
}
/* ========================= 只读遍历（UI 记录页） ============================ */
/*
 * 函数功能：已落盘的 SOE 记录条数（= filesize / SOE_REC_SIZE，O(1)）
 * 入口参数：无
 * 返回值：条数；文件缺失、未挂载或 f_stat 失败返回 0  uint32_t
 * 限定条件：任意任务上下文可调（uiTask 的 SOE 记录页用）；只做 f_stat，不取卷锁
 *          ——与 App/log/sys_log_mcu.c 的 syslog_count() 同一口径，不另起第二套
 * 函数说明：条数按**整条 64 B 槽**相除，写者留下的半条尾槽天然不计入，这是
 *          "读者看不到半成品记录"的第一道保障（另两道见 soe_store_read 头注）
 */
uint32_t soe_store_count(void) {
    FILINFO finfo;

    if (f_stat(SOE_PATH, &finfo) != FR_OK) {
        return 0u;
    }
    return (uint32_t)finfo.fsize / SOE_REC_SIZE;
}

/*
 * 函数功能：把包含 idx 的那一窗（最多 8 条）整块读进 RAM 并取出目标记录
 * 入口参数：idx    - 记录序号  uint32_t（调用方已保证 < count）
 *           p_rec  - 目标记录输出（SOE_REC_SIZE 字节）  uint8_t *
 * 返回值：0 - 成功；-1 - 卷忙 / 越界 / 打开定位读失败 / 短读  int
 * 限定条件：内部函数；卷锁 try 语义（0 超时），拿不到锁立即返回不阻塞
 * 函数说明：定长记录一次取 8 条（8 × 64 B = 512 B）而不是逐条 open/read：一页 8 行
 *          = 4 条记录，逐条读等于同一扇区 open 四次。记录页只在开页与翻页时重算，命中
 *          窗口即零 I/O——整套"窗口 + 代数 + try 锁"结论与 App/log/sys_log_mcu.c 读侧
 *          同源，刻意不另起第二套读盘路径（两套读盘规则必然漂移，是本仓反复在防的）
 */
static int s_rd_fill(uint32_t idx, uint8_t *p_rec) {
    static FIL f;             /* static：FF_FS_TINY=0 → FIL=528 B 栈；
                               * open~close 全程在卷锁区间内，跨任务由卷锁串行化 */
    FRESULT  fr;
    UINT     br = 0u;
    uint32_t total;
    uint32_t base;
    uint32_t want;

    if (vol_lock_wait(0u) == 0u) {
        return -1;            /* 卷忙不是故障：uiTask 下一轮重绘自然重试 */
    }
    /* 等锁期间写者可能已推进（甚至已 unlink 重建）→ 锁内重新取条数再校验边界 */
    total = soe_store_count();
    if ((total == 0u) || (idx >= total)) {
        vol_lock_release();
        return -1;
    }
    base = (idx / SOE_RD_WINDOW) * SOE_RD_WINDOW;
    want = total - base;
    if (want > SOE_RD_WINDOW) {
        want = SOE_RD_WINDOW;
    }
    fr = f_open(&f, SOE_PATH, FA_READ);
    if (fr == FR_OK) {
        fr = f_lseek(&f, (FSIZE_t)base * SOE_REC_SIZE);
        if (fr == FR_OK) {
            fr = f_read(&f, s_rd_win, want * SOE_REC_SIZE, &br);
        }
        (void)f_close(&f);
    }
    if ((fr != FR_OK) || (br != (UINT)(want * SOE_REC_SIZE))) {
        s_rd_win_cnt = 0u;    /* 作废窗口：坏窗口留着会让后续行继续读到垃圾 */
        s_rd_win_gen = 0u;
        vol_lock_release();
        return -1;
    }
    s_rd_win_base = base;
    s_rd_win_cnt  = want;
    /* 代数在**卷锁区间内**采样：写者也只在持锁时自增，二者同侧 → 窗口与代数一致 */
    s_rd_win_gen  = s_rd_gen;
    vol_lock_release();

    (void)memcpy(p_rec, (const uint8_t *)s_rd_win + ((size_t)(idx - base) * SOE_REC_SIZE),
                 SOE_REC_SIZE);
    return 0;
}

/*
 * 函数功能：读取第 idx 条 SOE 记录（解析后的结构体；idx 0 = 最早一条）
 * 入口参数：idx   - 记录序号  uint32_t
 *           p_out - 输出（不可为 NULL）  soe_rec_t *
 * 返回值：0 - 成功；-1 - p_out 为空 / 越界 / 卷忙 / I/O 失败 / 记录校验不过  int
 * 限定条件：uiTask 上下文（记录页逐行取数）；**不阻塞**——卷忙立即 -1，页面这行
 *          退化显示"读失败"，下一轮重绘再试；SOE 页坏不得拖住主界面节拍
 * 函数说明：读者不得看到半成品记录，三道保障缺一不可：
 *          ① count 只数整条 64 B 槽（半条尾槽不计入）；
 *          ② 窗口代数：写者每次成功落盘/重建在卷锁区间内自增 s_rd_gen，读者
 *             比对填充时记下的代数，不匹配即重填——对齐 32 位读写在 ARM 上原子，
 *             跨任务无需临界区，最坏多读一轮（同 syslog 读侧结论）；
 *          ③ 单条硬门槛：soe_rec_parse() 校版本 + 校验和，撕裂/半写一律 -3 拒收。
 *          count 与 read 之间新落一条的竞态**容忍**为"本次遍历少看到一条"
 *          （200 ms 重绘自然追上），绝不容忍读到半条——所以边界一律以锁内
 *          重取到的 total 为准，不用调用方传进来的旧 total。
 *          soe_rec_parse 的 -1/-2/-3 在本 API 折成一个 -1：调用方（UI）对三者
 *          的处理完全相同（这行显示读不到），把内部码外溢只会诱导页面写死分支
 */
int soe_store_read(uint32_t idx, soe_rec_t *p_out) {
    uint8_t rec[SOE_REC_SIZE];

    if (p_out == NULL) {
        return -1;
    }
    /* 快路径：同代数且落在窗口内 → 零 I/O（代数比较用无锁读，最坏多刷一轮） */
    if ((s_rd_win_cnt != 0u) && (s_rd_win_gen == s_rd_gen) &&
            (idx >= s_rd_win_base) && (idx < s_rd_win_base + s_rd_win_cnt)) {
        (void)memcpy(rec, (const uint8_t *)s_rd_win
                     + ((size_t)(idx - s_rd_win_base) * SOE_REC_SIZE), SOE_REC_SIZE);
    } else if (s_rd_fill(idx, rec) != 0) {
        return -1;
    } else {
        /* 窗口未命中的分支已在 s_rd_fill 里完成取数与校验，这里不重复读盘 */
    }
    if (soe_rec_parse(rec, p_out) != 0) {
        return -1;
    }
    return 0;
}