wandering1
1d4b6a17ce
台架一手证据（boot_log_data/20261026_prod_console_interleave_evidence.txt）：两次 「仅复位不重烧」启动里，[PROT] 未标定 INFO 行内分别多出 3 个和 1 个字节，而紧邻其后 的 [NAND_FTL] 行正好缺自己行首同样数量的字节（"[20" 与 "["）——串口 framing 错不会 让行变长，字节按原序出现在邻居里 ⇒ 两个写者并发逐字节写 USART1->DR。写者对： protectTask 的未标定闭锁边沿 × defaultTask 的 storage_bring_up()，两者都落在 dbg_console_writer_attach() 之前（attach 排在存储 bring-up 之后），该窗口 s_con_writer_up == 0 ⇒ 任何任务的整行都走零互斥裸发。这是控制台单写者设计说明在册 O1 的**第二个实例**；2026-10-12 那次只补了"自愿门控"，而自愿门控挡不住业务边沿留痕 （业务无法预知某条边沿落在哪个窗口），所以这次被同一窗口第二次咬到。 修法是**非阻塞整行独占**：con_tx_try_claim/release 只在几条指令的临界区里 test-and-set，绝不把 7.8 ms 的逐字节发送包进关中断区、绝不等待；IPSR 上下文与调度 器未启动两种情况显式放行（崩溃遗言必须能出去；早期本就单执行流，一条不丢）；同任务 按深度嵌套。抢不到独占的那条行**原文入环**延后发——前缀与时间戳在 DBG_* 调用点就 格式化进调用方缓冲，本模块与 drain 都不补前缀、不重打时间戳，所以延后发出的行与当场 直发逐字节相同；[ERR] 只在「抢不到独占且环也放不下」时才红，按 3 次启动命中 2 次的 频率，让路若计 [ERR] 就会把静默缺陷换成常红门禁。顺带堵掉第二处洞：drain 每轮先取 凭证，拿不到就让位且 tail 不推进（旧写法 attach 可以撞上别人已发出的半行）。 新导出 dbg_console_tx_begin()/tx_end() 供 task-26 收口故障钩子的多段裸发。 否决过的两条路写进文档 §4.4.1：提前 attach 会把等串口塞进 mount/mkfs 时序敏感段 或让生产者在整个 bring-up 里堵在满环上；整段进环会让「无看门狗窗口」死机时一个字都 不出（2026-10-02 那几轮正是靠 bring-up 期流式日志取证的）。 判据：test/host/console_log 127 → 152 全绿（M 族 TC-CONLOG-170..179 共 +25，既有 127 条零删除）。唯一换钉法的是 TC-CONLOG-015——旧断言钉的正是缺陷机理本身（裸发 0 次临界区 = 零互斥），现改钉「恰 2 次几条指令的临界区 + 每个上线字节都在临界区之外 + 零等待」；硬红线由假 USART 在每个上线字节处记录临界区深度水位恒 0 来机器守住。四处 注入反证各自转红 11 / 5 / 1 / 3 条并逐字节还原复跑；覆盖率 console_log.c 199/200 行 → 256/257 行、16/16 → 21/21 函数。邻域复跑：task_prof 27/27、sys_log_mcu 137/137、 iec104_serv 37/37。CONLOG 游标抬到 179。 台架复验判据（**本笔尚未上机**，下一轮请台架跑）：连续 3~5 次「仅复位不重烧」启动 日志 [ERR] 零命中，且 [PROT] 未标定与 [NAND_FTL] Initializing 两行都完整。 成本：.bss +5 B、Flash 估 +100~150 B，零新增 DBG_* / 零新增缓冲 / 零堆 / 零内核对象。 文档：控制台单写者日志设计说明.md 升 v1.6（O1 改「已处置」含两实例与字节账、新增 §4.4.1、§3.4 并发区间、§4.4 取消「不加锁」口径、§7 失效表、§11 变更记录、API 表）。
341 lines
17 KiB
C
341 lines
17 KiB
C
/*
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* 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）
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* 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
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* **可脚本控制**的模型：
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* ① USART1：TXE/TC 可注入「就绪 / 永远不就绪（僵尸通道）/ 前 N 次不就绪」；
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* 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。
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* ② DWT CYCCNT：每次访问推进 con_dwt_step 个周期（= 给时间定价），
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* CTRL 的 CYCCNTENA 可脚本成「写不进去」以走 con_tx_counted 支路。
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* ③ HAL_GetTick：显式量 + 每次读自动步进。
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* 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）、
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* __get_IPSR、osEventFlagsSet、NVIC/RCC 宏。
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* ⚠ 仅供 test/host/console_log/ 使用，不参与 MCU 构建（MCU 走真实 stm32f4xx*.h）。
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*
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* 为什么必须桩（换机复核依据）：真实链是 usart.h -> main.h -> stm32f4xx_hal.h ->
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* stm32f4xx.h -> core_cm4.h，里面是 ARMCC 内联汇编与 __IO 寄存器绝对地址
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* （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
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* 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：
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* USART_TypeDef.SR/DR、USART_SR_TXE=bit7、USART_SR_TC=bit6（stm32f4xx_hal_uart.h）
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* DWT_Type.CTRL/CYCCNT + DWT_CTRL_CYCCNTENA_Msk=bit0、CoreDebug_Type.DEMCR +
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* CoreDebug_DEMCR_TRCENA_Msk=bit24（core_cm4.h）
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* HAL_StatusTypeDef{OK=0,ERROR=1,BUSY=2,TIMEOUT=3}（stm32f4xx_hal_def.h）
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* HAL_UART_STATE_RESET=0x00、HAL_UART_ERROR_NONE=0x00、USART1_IRQn=7
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* UART_HandleTypeDef 只搬本模块访问的 4 个字段（Instance/gState/RxState/ErrorCode），
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* 余下（Init/Lock/...）刻意不搬：抄半份 HAL 结构只会更快与真实头漂移。
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*
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* ★ 两个手法（本桩唯一的技巧点，改之前先读懂）：
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* 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
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* 代码的判据写作 (u->SR & USART_SR_TXE)，而 **USART_SR_TXE 是本桩的宏** —— 把它
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* 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
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* 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，
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* 返回 0=不就绪，(全1 & 0)==0 让生产代码继续等）。TC 同理。
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* b) DWT 同理：#define DWT (con_dwt_touch(), &g_con_dwt) —— 每次 DWT-> 访问先走一遍
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* touch()（CYCCNT += step、计数判跑飞、按需让 CYCCNTENA 位落不住），再把地址给出去。
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* 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。
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* 于是 CON_TX_TIMEOUT_CYC = SystemCoreClock/10 这类编译期表达式**不必改生产代码**
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* 就能在 1 次自旋内成立（step 取 = 上界值即可）。
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* 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：
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* 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），
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* 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 ——
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||
* 与真实「TXE 空 -> 装载 -> 移位」时序一致，不是桩自己发明的规则。
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* 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，
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* 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）。
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*
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* 创建日期：2026-10-24
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*/
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#ifndef STM32F4_FAKE_H
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#define STM32F4_FAKE_H
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#include <stddef.h>
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#include <stdint.h>
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#include <stdio.h>
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#include <stdlib.h>
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/* ===== 与真实头同值的位 / 枚举（来源见文件头） ===== */
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#define USART_SR_TXE_Msk (0x0080U) /* USART1->SR bit7 发送寄存器空 */
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#define USART_SR_TC_Msk (0x0040U) /* USART1->SR bit6 发送完成 */
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#define DWT_CTRL_CYCCNTENA_Msk (0x00000001U)
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#define CoreDebug_DEMCR_TRCENA_Msk (0x01000000U)
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#define USART1_IRQn 7
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#define HAL_UART_STATE_RESET 0x00U
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#define HAL_UART_STATE_READY 0x20U
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#define HAL_UART_ERROR_NONE 0x00U
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typedef enum {
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HAL_OK = 0x00U,
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HAL_ERROR = 0x01U,
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HAL_BUSY = 0x02U,
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HAL_TIMEOUT = 0x03U
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} HAL_StatusTypeDef;
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/* 主机没有真周期钟。CON_TX_TIMEOUT_CYC = SystemCoreClock/10 与
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* CON_APPEND_WAIT_CYC = SystemCoreClock/5 都是编译期表达式，取值原样保留
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* 168 MHz（与 MCU 端 SystemCoreClock 一致），时间快慢由 con_dwt_step 决定。 */
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extern uint32_t SystemCoreClock;
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/* ------------------------------------------------------------------ */
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/* ① 假 USART1 */
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/* ------------------------------------------------------------------ */
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typedef struct {
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volatile uint32_t SR;
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volatile uint32_t DR;
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} USART_TypeDef;
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typedef struct {
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USART_TypeDef *Instance;
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volatile uint32_t gState;
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volatile uint32_t RxState;
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volatile uint32_t ErrorCode;
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} UART_HandleTypeDef;
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extern USART_TypeDef g_con_uart; /* 寄存器实体（单 TU，非 static） */
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#define CON_UART_TX_MAX 20000U /* 上线字节日志容量 */
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#define CON_UART_BLOCK_MAX 64U /* 块长记录容量 */
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extern uint32_t con_uart_tx_n; /* 已上线字节数 */
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extern uint8_t con_uart_tx[CON_UART_TX_MAX];
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extern uint32_t con_uart_block_n; /* 已完成的块数 */
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extern uint32_t con_uart_block_len[CON_UART_BLOCK_MAX];
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extern uint32_t con_uart_cur_len; /* 当前块已上线字节数 */
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||
extern uint32_t con_uart_txe_reads;
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||
extern uint32_t con_uart_tc_reads;
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extern int con_uart_txe_stuck; /* 1 = TXE 永不就绪（僵尸通道） */
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||
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 */
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||
extern int con_uart_pending; /* 1 = 有个字节已进 DR 待收 */
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||
/* 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，
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||
* 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） */
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||
uint32_t con_crit_depth(void);
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||
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||
/* —— 道G task-23 新增的两个把手（判据说明见 con_uart_tx_put 内注释）—— */
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extern uint32_t con_uart_tx_hook_at; /* 第 N 个字节上线后触发一次（0=不触发） */
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||
extern void (*con_uart_tx_hook)(void); /* 触发时跑的函数（测试装填） */
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||
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 */
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void con_uart_reset(void);
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/*
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* 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）：
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||
* 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..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。
|
||
*/
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||
static void con_uart_tx_put(uint8_t b) {
|
||
uint32_t depth;
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||
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||
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);
|
||
}
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||
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） */
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||
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;
|
||
}
|
||
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 */
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||
extern uint32_t con_dwt_reads;
|
||
|
||
void con_dwt_reset(void);
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||
|
||
/* ★手法 b)：每次访问先「花时间」，再决定是否让使能位落得住 */
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||
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;
|
||
}
|
||
}
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||
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||
#define DWT (con_dwt_touch(), &g_con_dwt)
|
||
#define CoreDebug (&g_con_core_debug)
|
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||
/* ------------------------------------------------------------------ */
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||
/* 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;
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||
typedef unsigned long UBaseType_t;
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||
extern TaskHandle_t con_task_self; /* xTaskGetCurrentTaskHandle 的返回值 */
|
||
TaskHandle_t xTaskGetCurrentTaskHandle(void);
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||
|
||
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()
|
||
|
||
/* 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） */
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static uint8_t (*con_ring_cell())[4096U] {
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if (con_ring_probe_on != 0) {
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con_ring_probe_hits++;
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if ((con_crit_depth() == 0U) && (con_ring_draining == 0)) {
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con_ring_zero_depth_hits++; /* 生产者绕过临界区碰环 = 竞态回来了 */
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}
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}
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return &con_ring_store;
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}
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#define s_con_ring (*con_ring_cell())
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/* 真实 __get_IPSR 是 core_cmFunc.h 的静态内联；这里做成宏读一个可控量 */
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extern uint32_t con_ipsr; /* 0 = 线程模式；!=0 = 中断/异常上下文 */
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#define __get_IPSR() (con_ipsr)
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/* 事件组：原型与真实 cmsis_os2.h 逐字一致 */
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typedef void *osEventFlagsId_t;
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typedef uint32_t osStatus_t;
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#define osFlagsWaitAny 0x00000000u
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#define osFlagsNoClear 0x00000001u
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extern uint32_t con_evt_sets;
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extern uint32_t con_evt_flags;
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osStatus_t osEventFlagsSet(osEventFlagsId_t ef_id, uint32_t flags);
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/* 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 */
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extern uint32_t con_nvic_clears;
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extern uint32_t con_rcc_disables;
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extern uint32_t con_rcc_enables;
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#define __NVIC_ClearPendingIRQ(irqn) do { (void)(irqn); con_nvic_clears++; } while (0)
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#define __HAL_RCC_USART1_CLK_DISABLE() do { con_rcc_disables++; } while (0)
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#define __HAL_RCC_USART1_CLK_ENABLE() do { con_rcc_enables++; } while (0)
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#endif /* STM32F4_FAKE_H */
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