STM32F4-Base/App/algo/adc_input.c

/*
 * 模块名称：ADC 输入层（L1 采集与预处理）
 * 模块功能：语义通道映射（L1-4）+ STM32 ADC1 顺序扫描（L1-3）+ TPAFE 快照消费。
 *          消费侧经 adc_input_raw() 按语义取数，不写死下标。
 * 适用平台：STM32F407ZGTx + TPAFE5160
 * 作者：王建锋
 * 创建日期：2026-10-10
 * 修改记录：
 *   v1.0  2026-10-10  王建锋  创建：L1-3（STM32 ADC1 扫描）+ L1-4（语义映射）
 */

#include "adc_input.h"

#include <stddef.h>

#include "adc.h"        /* hadc1：MX_ADC1_Init() 已配 9 通道 / 144 cycles / 软件触发 */
#include "tpafe5160.h"  /* tpafe5160_snapshot()：临界区原子快照（AGENTS 铁律） */

/* STM32 ADC1 单次转换轮询超时（ms）。单通道 ≈ 7.4 µs（144+12 cycles @ 21 MHz），
 * 2 ms 余量充裕；超时即判本次扫描失败，绝不长时间阻塞消费节拍 */
#define ADC_INPUT_POLL_TIMEOUT_MS   2U
/* STM32 ADC1 通道号上限（F4 上 ADC_CHANNEL_0..15 的宏值即通道号 0..15） */
#define ADC_INPUT_STM32_CH_MAX      16U

/* ===== 语义映射表（L1-4）=====
 * 权威口径：docs/硬件平台/ADC通道映射说明.md（2026-10-09 硬件确认的语义分配）。
 * index 含义：TPAFE 源 = 驱动 buf 下标 0..7；STM32 源 = ADC1 通道号 0..15。
 * ⚠ 消费侧一律经本表按语义取数，**不得写死下标**（V0.1 有 13/17 路被置换，
 *   网名编号与通道号不等价）；V0.2 改版（N-18）只改本表内容。 */
static const adc_channel_desc_t k_adc_map[ADC_SEM_COUNT] = {
    [ADC_SEM_UA]   = { ADC_SRC_TPAFE, 6U },                        /* TPAFE buf[6]（ch7） */
    [ADC_SEM_UB]   = { ADC_SRC_STM32, (uint8_t)ADC_CHANNEL_14 },   /* PC4 */
    [ADC_SEM_UC]   = { ADC_SRC_STM32, (uint8_t)ADC_CHANNEL_3 },    /* PA3 */
    [ADC_SEM_UN]   = { ADC_SRC_TPAFE, 5U },                        /* TPAFE buf[5]（ch6） */
    [ADC_SEM_IA]   = { ADC_SRC_TPAFE, 2U },                        /* TPAFE buf[2]（ch3） */
    [ADC_SEM_IB]   = { ADC_SRC_STM32, (uint8_t)ADC_CHANNEL_6 },    /* PA6 */
    [ADC_SEM_IC]   = { ADC_SRC_STM32, (uint8_t)ADC_CHANNEL_1 },    /* PA1 */
    [ADC_SEM_IN]   = { ADC_SRC_STM32, (uint8_t)ADC_CHANNEL_2 },    /* PA2 */
    [ADC_SEM_TEMP] = { ADC_SRC_STM32, (uint8_t)ADC_CHANNEL_5 },    /* PA5（V_ZL2） */
};

/* STM32 ADC1 顺序扫描顺序（Rank 1..9），须与 MX_ADC1_Init() 的 Rank 配置严格一致：
 * Rank1..8 = CH0..CH7（PA0..PA7），Rank9 = CH14（PC4）。 */
static const uint8_t k_stm32_rank_ch[ADC_INPUT_STM32_CH_NUM] = {
    (uint8_t)ADC_CHANNEL_0, (uint8_t)ADC_CHANNEL_1, (uint8_t)ADC_CHANNEL_2,
    (uint8_t)ADC_CHANNEL_3, (uint8_t)ADC_CHANNEL_4, (uint8_t)ADC_CHANNEL_5,
    (uint8_t)ADC_CHANNEL_6, (uint8_t)ADC_CHANNEL_7, (uint8_t)ADC_CHANNEL_14,
};

/* STM32 ADC1 最新一帧原始码值，按 ADC1 通道号索引（0..15） */
static uint16_t s_stm32_raw[ADC_INPUT_STM32_CH_MAX];
/* TPAFE5160 最新一帧原始码值（16 位二进制补码），按驱动 buf 下标索引 */
static int16_t  s_tpafe_raw[ADC_INPUT_TPAFE_CH_NUM];
static uint8_t  s_tpafe_valid;      /* TPAFE 侧是否已有有效帧 */
static uint8_t  s_stm32_valid;      /* STM32 侧是否已有有效扫描 */
static int      s_stm32_rc;         /* STM32 最近一次扫描状态码 */
static uint32_t s_stm32_errs;       /* STM32 扫描累计失败次数 */

/*
 * 函数功能：STM32 ADC1 顺序扫描一次（L1-3）
 * 入口参数：无
 * 返 回 值：0 - 成功；-1 - 启动失败；-2 - 转换轮询超时
 * 限定条件：仅任务上下文调用；MX_ADC1_Init() 已完成
 * 函数说明：软件触发一次 9 通道扫描（ScanConvMode=ENABLE、ContinuousConvMode=
 *          DISABLE），按 Rank 顺序逐通道轮询 EOC 并读 DR，结果按 ADC1 通道号
 *          存入 s_stm32_raw[]。EOCSelection=SINGLE_CONV 且未用 DMA → 每个通道
 *          产生一次 EOC，可逐通道轮询（见 HAL_ADC_PollForConversion 说明）。
 */
static int stm32_scan(void) {
    uint8_t i;

    if (HAL_ADC_Start(&hadc1) != HAL_OK) {
        s_stm32_rc = ADC_INPUT_RC_START;
        s_stm32_errs++;
        return ADC_INPUT_RC_START;
    }

    for (i = 0u; i < ADC_INPUT_STM32_CH_NUM; i++) {
        if (HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, ADC_INPUT_POLL_TIMEOUT_MS) != HAL_OK) {
            (void)HAL_ADC_Stop(&hadc1);
            s_stm32_rc = ADC_INPUT_RC_TIMEOUT;
            s_stm32_errs++;
            return ADC_INPUT_RC_TIMEOUT;
        }
        s_stm32_raw[k_stm32_rank_ch[i]] = (uint16_t)HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
    }

    (void)HAL_ADC_Stop(&hadc1);
    s_stm32_valid = 1u;
    s_stm32_rc = ADC_INPUT_RC_OK;
    return ADC_INPUT_RC_OK;
}

/*
 * 函数功能：语义映射表自洽性自检
 * 入口参数：无
 * 返 回 值：0 - 自洽；-1 - 存在不自洽条目
 * 限定条件：无
 * 函数说明：逐条校验映射表与扫描配置是否一致——① TPAFE 源下标须落在
 *          buf[0..7]；② STM32 源的通道号必须出现在 k_stm32_rank_ch[] 中，
 *          否则该通道永远不会被扫描（读到的恒为陈旧值）。这是"通道宏写错 →
 *          读到另一只脚/读不到"这一 §5 警告的代码级兜底（无信号源时无法做
 *          引脚级注入验证，见 docs/硬件平台/ADC通道映射说明.md §8）。
 */
static int map_check(void) {
    uint8_t s;
    int rc = 0;

    for (s = 0u; s < (uint8_t)ADC_SEM_COUNT; s++) {
        if (k_adc_map[s].source == ADC_SRC_TPAFE) {
            if (k_adc_map[s].index >= ADC_INPUT_TPAFE_CH_NUM) {
                rc = -1;
            }
        } else {
            uint8_t i;
            uint8_t found = 0u;

            for (i = 0u; i < ADC_INPUT_STM32_CH_NUM; i++) {
                if (k_stm32_rank_ch[i] == k_adc_map[s].index) {
                    found = 1u;
                }
            }
            if (found == 0u) {
                rc = -1;
            }
        }
    }
    return rc;
}

/*
 * 函数功能：ADC 输入层初始化
 * 入口参数：无
 * 返 回 值：0 - 成功；-1 - 语义映射表自检失败
 * 限定条件：内核启动前调用（无 RTOS 依赖）；STM32 ADC1 外设已由 MX_ADC1_Init 配好
 * 函数说明：清空原始码值缓冲与统计，并做一次映射表自洽性自检；本层不重复配置
 *          外设，也不启动任何转换（STM32 侧为软件触发，按拍扫描）。
 */
int adc_input_init(void) {
    uint8_t i;

    for (i = 0u; i < ADC_INPUT_STM32_CH_MAX; i++) {
        s_stm32_raw[i] = 0u;
    }
    for (i = 0u; i < ADC_INPUT_TPAFE_CH_NUM; i++) {
        s_tpafe_raw[i] = 0;
    }

    s_tpafe_valid = 0u;
    s_stm32_valid = 0u;
    s_stm32_rc = ADC_INPUT_RC_NOT_RUN;
    s_stm32_errs = 0u;
    return map_check();
}

/*
 * 函数功能：采集一拍（TPAFE 原子快照 + STM32 ADC1 顺序扫描）
 * 入口参数：无
 * 返 回 值：TPAFE 快照结果（1=有新帧 0=无新帧 -1=参数错）
 * 限定条件：仅**任务上下文**调用（TPAFE 快照走临界区）
 * 函数说明：先取 TPAFE 一帧，再做 STM32 ADC1 扫描；两者相互独立，STM32 扫描
 *          失败不影响 TPAFE 快照与返回值语义（STM32 侧状态另由
 *          adc_input_stm32_rc() 暴露）。
 */
int adc_input_poll(void) {
    int r = tpafe5160_snapshot(s_tpafe_raw, (uint8_t)ADC_INPUT_TPAFE_CH_NUM);

    if (r == 1) {
        s_tpafe_valid = 1u;
    }

    (void)stm32_scan();
    return r;
}

/*
 * 函数功能：取语义通道的物理描述
 * 入口参数：ch - 语义通道
 * 返 回 值：指向静态描述表的指针；ch 越界返回 NULL
 * 限定条件：无
 * 函数说明：返回的是静态存储地址，调用方不得修改。
 */
const adc_channel_desc_t *adc_input_desc(adc_semantic_t ch) {
    if ((unsigned int)ch >= (unsigned int)ADC_SEM_COUNT) {
        return NULL;
    }
    return &k_adc_map[ch];
}

/*
 * 函数功能：读取语义通道的原始码值（未标定）
 * 入口参数：ch  - 语义通道
 *           out - 输出原始码值（TPAFE 侧为 16 位补码；STM32 侧为 0..4095）
 * 返 回 值：0 - 成功；-1 - 参数错；-2 - 该来源当前无有效数据
 * 限定条件：无
 * 函数说明：消费侧取数的唯一入口（按语义，不写死下标）。
 */
int adc_input_raw(adc_semantic_t ch, int32_t *out) {
    if ((out == NULL) || ((unsigned int)ch >= (unsigned int)ADC_SEM_COUNT)) {
        return -1;
    }

    if (k_adc_map[ch].source == ADC_SRC_TPAFE) {
        if (s_tpafe_valid == 0u) {
            return -2;
        }
        *out = (int32_t)s_tpafe_raw[k_adc_map[ch].index];
    } else {
        if (s_stm32_valid == 0u) {
            return -2;
        }
        *out = (int32_t)s_stm32_raw[k_adc_map[ch].index];
    }
    return 0;
}

/*
 * 函数功能：读取 STM32 ADC1 最近一次扫描状态码
 * 入口参数：无
 * 返 回 值：ADC_INPUT_RC_xxx
 * 限定条件：无
 * 函数说明：供心跳日志 / 自检观测 STM32 侧健康度。
 */
int adc_input_stm32_rc(void) {
    return s_stm32_rc;
}

/*
 * 函数功能：读取 STM32 ADC1 扫描累计失败次数
 * 入口参数：无
 * 返 回 值：累计失败次数（启动失败或转换超时均计入）
 * 限定条件：无
 * 函数说明：单调递增，供心跳日志观测。
 */
uint32_t adc_input_stm32_errs(void) {
    return s_stm32_errs;
}