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STM32F4-Base/App/algo/phasor.h
T
wandering1 3762c03bb4 L2 相量层:采样环缓冲 + 全周傅氏 + 主机单测(台架间歇复位待查)
新增(均已通过主机侧单测与构建,**台架存在未定位的间歇性回归,见下**):
- App/algo/sample_ring.c/h:按语义通道的采样环缓冲(2 周波 = 40 点),
  整帧压入 + 帧计数,供 L2 按窗取数。
- App/algo/phasor.c/h:全周傅氏相量层,覆盖规划 §3.2 的 L2-1/2/3/6/7——
  系数表按 docs/算法/傅氏算法详解.md §2.3 预乘 √2/N(fAmSQ 直接即有效值);
  5 个数据驱动实例(IA/UA/UN 基波 + IA 二/五次谐波);暴力滑动窗;
  计算区/使用区双区原子切换。
- test/host/phasor/:主机侧单测(52/52 PASSED,无需桩)——系数表逐项复核、
  幅值/有效值/相位、直流与谐波抑制、任意次谐波提取、频率敏感性(±2Hz≤3%)、
  环缓冲时序与回绕、实例层与双区交换。
- 集成:adc_task 每拍压帧 + 重算(v2.4);app_main 调 phasor_init();
  Keil 工程挂 phasor.c/sample_ring.c(App/algo 已在 IncludePath)。

验证:
- 主机单测 52/52 PASSED。
- @build 0 错误 0 警告;内存快照已刷新(RW_IRAM1 89,320→90,936 B)。
- 台架:L2 链路数据正常(ring=10001、skip=0、回读一致、相量日志可见),
  但 10 次运行中 3 次出现 UI 任务看门狗停喂(mask=0x67 缺 TASK_WD_UI)
  → IWDG 复位;改动前基线 6 次运行 0 次。属**未定位的间歇性回归**。

未完成:定位并修复该间歇性复位;L2 文档状态与登记簿条目尚未按结论更新。
2026-10-10 17:39:37 +08:00

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4.7 KiB
C
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/*
* 模块名称:相量计算层(L2 相量计算)
* 模块功能:全周傅氏(全周波傅里叶)算法——对一周波 20 点采样做单频 DFT,
* 产出基波/谐波相量。系数表**预乘 √2/N**(口径见
* `docs/算法/傅氏算法详解.md` §2.3),故 `fAmSQ = √(fRe²+fIm²)`
* **直接就是有效值**,无需再除 √2。
* 覆盖规划 §3.2:L2-1 系数表 / L2-2 实例 / L2-3 有效值输出 /
* L2-6 每 1 ms 滑动窗 / L2-7 双区指针原子交换。
* ⚠ 本层**纯算法**:不碰寄存器、不碰任务调度、不自己取数(输入由
* `sample_ring` 提供)→ 主机侧可单测(L0.5,落实登记簿 A-4)。
* 适用平台:STM32F407ZGTx(Cortex-M4F,硬件 FPU)
* 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:L2-1/2/3/6/7(基波 + 谐波相量)
*/
#ifndef PHASOR_H
#define PHASOR_H
#include <stdint.h>
#include "adc_input.h" /* adc_semantic_t:实例按语义通道绑定 */
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/* 每周波采样点数(1000 Hz @ 50 Hz,见 docs/子系统设计/ADC采样节拍设计说明.md) */
#define PHASOR_N 20U
/* 相量结果(**有效值口径**)。字段名沿用参考系统 `{fRe, fIm, fAm, fAmSQ}`
* (规划 §10.2 术语表:实部/虚部/幅值/有效值):
* fRe - 实部 = a1/√2(有效值相量实部)
* fIm - 虚部 = b1/√2(有效值相量虚部)
* fAm - 幅值 = √2·√(fRe²+fIm²)(正弦峰值 A1)
* fAmSQ - 有效值 = √(fRe²+fIm²)(系数已折算 √2/N,故直接即有效值)
* 相位(L2-4)按需由 `atan2(fIm, fRe)` 导出,不常驻本结构。 */
typedef struct {
float fRe;
float fIm;
float fAm;
float fAmSQ;
} phasor_t;
/* 相量实例(L2-2):**数据驱动**——新增实例只需在实例表尾加一行 */
typedef struct {
const char *name; /* 实例名(日志 / UI 用) */
adc_semantic_t sem; /* 语义通道 */
uint8_t harm; /* 谐波次数(1=基波,2=二次,5=五次…) */
} phasor_inst_t;
/*
* 函数功能:相量层初始化
* 入口参数:无
* 返 回 值:0 - 成功
* 限定条件:内核启动前调用(无 RTOS 依赖)
* 函数说明:清双区结果与有效标志,并复位采样环缓冲;可重复调用(幂等)。
*/
int phasor_init(void);
/*
* 函数功能:取相量实例数(L2-2)
* 入口参数:无
* 返 回 值:实例个数
* 限定条件:无
* 函数说明:供遍历 / 日志打印。
*/
uint8_t phasor_inst_count(void);
/*
* 函数功能:取相量实例描述
* 入口参数:idx - 实例下标
* 返 回 值:指向静态实例表的指针;idx 越界返回 NULL
* 限定条件:无
* 函数说明:返回静态存储地址,调用方不得修改。
*/
const phasor_inst_t *phasor_inst(uint8_t idx);
/*
* 函数功能:重算全部实例并从计算区原子切换到使用区(L2-6 滑动窗 + L2-7 双区交换)
* 入口参数:无
* 返 回 值:无
* 限定条件:仅任务上下文调用;须先经 `sample_ring_push_frame()` 压入本拍数据
* 函数说明:以"当前时刻为终止的前一周波"为窗,**20 点全部重算**(暴力法,
* 无累积误差)。**任一实例数据不足一周波则本拍整体不产出**(不切换
* 使用区),避免部分新部分旧的混合结果。每拍更新,故相量刷新周期 = 1 ms。
*/
void phasor_run(void);
/*
* 函数功能:读实例结果(使用区,无锁)
* 入口参数:idx - 实例下标
* out - 输出相量
* 返 回 值:0 - 成功;-1 - 参数错;-2 - 尚无有效结果(未攒满一周波)
* 限定条件:无
* 函数说明:读的是"使用区",与正在写的"计算区"物理隔离 → 无撕裂、无锁。
*/
int phasor_get(uint8_t idx, phasor_t *out);
/*
* 函数功能:对 n 点窗口算 harm 次相量(L2-1 系数表 + L2-3 有效值)
* 入口参数:x - 采样窗(按时间序,旧 → 新;长度须 = PHASOR_N)
* n - 窗长(必须等于 PHASOR_N)
* harm - 谐波次数(>=1)
* out - 输出相量
* 返 回 值:无(参数非法时 out 保持不动)
* 限定条件:无
* 函数说明:**纯函数**(无状态),可脱离采样环独立调用,便于单测与复用。
* 索引步进 = 谐波次数即可取任意次谐波(sin 以 2π 为周期,
* 故 `sin(2π·((n·h) mod N)/N) ≡ sin(2π·n·h/N)`)。
*/
void phasor_calc(const float *x, uint8_t n, uint8_t harm, phasor_t *out);
#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif /* PHASOR_H */