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系统时钟单元测试说明（主机侧）

模块：System Clock（墙钟时间维护，App/util/sys_clock.c） 测试类型：主机侧纯逻辑单元测试——在 PC 上离线验证时间换算与 墙钟基准逻辑，零硬件、零烧录、秒级、不占 MCU 的 RAM。 状态：✅ 已落地（20 用例 / 100 断言点，/keil-build 0/0，已挂 pre-commit 钩子） 日期：2026-10-02 关联文档： ../../../AGENTS.md（平台约束）、 测试开发标准流程.md（测试分层与门禁总览）、 看门狗单元测试说明.md（同层范本）

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1. 概述

1.1 为什么单独做主机侧单测

sys_clock.c 提供墙钟时间的换算与维持两类逻辑：

半边	内容	可测性
纯逻辑（被测）	Unix↔日历换算（闰年 / 月末 / 世纪 / 2038 上限）、星期（Zeller）、"30 天惰性再基准化"（防 2^32 ms ≈ 49.7 天 tick 回绕）、RTC 故障降级	纯逻辑，与硬件无关 → 可在 PC 上位穷举
硬件副作用	HAL_GetTick()、sd2506_get_time/set_time（I2C RTC）、taskENTER/EXIT_CRITICAL、DBG_*	需真机或桩

板端套件（test/board/）无法穷举边界，例如：

• 闰年规则中 2000（世纪闰）/ 1900（非闰）/ 2024（普通闰）的差异；
• 2038-01-19 03:14:07 = 0x7FFFFFFF 的上限；
• 星期 Zeller 公式在 1/2 月（需上调为上年 13/14 月）与 3~12 月的分野；
• 惰性再基准化：30 天阈值触发前后的差值窗口行为、亚秒余数结转、跨 49.7 天 tick 回绕；
• RTC 读失败 / 越界 / 写回失败三种故障路径的降级语义。

这些用主机侧单测一次性钉死，且不占 MCU 的 RAM（本项目 RAM 已 95%，见 docs/内存管理/）。

本单测首次落地即抓到一处生产缺陷——rtc_calc_week() / unix_to_sd2506() 的 Zeller 公式错误，导致 1970~2099 全部日期的星期皆为错值。详见 §5。

1.2 被测对象与桩（不改生产代码）

关键设计：sys_clock.c 的全部硬件依赖都是外部符号（HAL_GetTick / sd2506_get_time / sd2506_set_time）或宏（taskENTER/EXIT_CRITICAL / DBG_*），因此测试单元只需提供同名强符号桩即可编译链接——无需在 sys_clock.c 内加任何 #ifdef 钩子（比看门狗更"零侵入"）。

test/host/sys_clock/sys_clock_test.c
    ├── #include "main.h"       → stub/main.h      （HAL_GetTick 声明）
    ├── #include "FreeRTOS.h"   → stub/FreeRTOS.h  （临界区宏 → 空操作）
    ├── #include "task.h"       → stub/task.h      （经 FreeRTOS.h）
    ├── #include "dbg_log.h"    → stub/dbg_log.h   （DBG_* → 计数）
    ├── #include "sd2506.h"     → 真实头（其内部 #include "main.h" 命中 stub）
    ├── #include "sys_clock.h"  → 真实头（被测 API 原型）
    └── #include "sys_clock.c"  ← 生产源文件（App/util/），原样纳入

硬件符号	MCU 端	主机侧桩
HAL_GetTick()	TIM7 中断累加	返回单测可控的 s_tick
sd2506_get_time(p)	I2C 读 7 字节	从 阴影 RTC s_rtc 复制；可注入返回码 s_rtc_read_rc
sd2506_set_time(p)	I2C 写 7 字节	写入阴影 RTC；可注入返回码 s_rtc_write_rc；计次 s_rtc_set_calls
taskENTER/EXIT_CRITICAL	关中断	空操作（主机单线程，复核逻辑照跑）
DBG_ERROR	USART + RTC 时间戳	计数 g_sclk_err_count（断言故障路径打了错误日志）

生产端零增量：sys_clock.c 未因本单测改动一行（Zeller 修正是缺陷修复， 见 §5，与测试基建无关）。

1.3 测试环境

依赖	版本 / 说明
编译器	本机 MSVC（VS2019/2022/2026 任一），由 run_unit_test.py 自动探测
Python	仓库 .venv 或任意 python3（纯标准库）
硬件	无（不需要开发板 / 串口 / ST-LINK）

工具链探测 / INCLUDE-LIB 拼接 / 编译运行 / 退出码判定全部委托通用 harness ../../../test/host/common/unit_test_harness.py， 本模块 run_unit_test.py 只声明 TestBuild（源文件 / 桩目录 / 汇总行标记）。

1.4 运行方式

# 仓库根目录（统一用 .venv）
& '.venv\Scripts\python.exe' test/host/sys_clock/run_unit_test.py

退出码：0=PASS / 1=测试失败 / 2=环境错误（找不到编译器 / 编译失败 / 无汇总行）。

1.5 回归接入

项	说明
触发范围	App/util/sys_clock.c / sys_clock.h、Drivers/BSP/SD2506/sd2506.h，或 test/host/sys_clock/**、test/host/common/unit_test_harness.py 变动
门禁层级	主机侧纯逻辑单测（介于静态门禁与板端测试套件之间）：主机侧、秒级、纯逻辑
pre-commit 钩子	sys-clock-unit-test（本地钩子，.pre-commit-config.yaml §7b）
汇总行	=== System Clock Tests: N/N PASSED (failed=0) ===
与板端测试的关系	互补：本单测保证换算与基准逻辑正确；板端 SD2506_Test_Guide.md 保证真机 I2C 读写链路正确

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2. 测试用例

命名 TC-CLK-NNN（CLK = Clock）。全部在 sys_clock_test.c 内，主机侧运行。

用例	断言	验证的设计点
TC-SYSCLK-000	未初始化时 get()==UINT32_MAX、get_time()==-1、get_str() 输出占位串	"未初始化"哨兵语义（必须最先跑）
TC-SYSCLK-001	RTC 合法 → init()==0，基准 = 换算 Unix 秒；不写回 RTC	正常初始化路径
TC-SYSCLK-002	2024-02-29 / 2000-02-29（世纪闰）换算正确；2/29→3/1 间隔恰 86400 s	闰年规则（含世纪闰）
TC-SYSCLK-003	1/31、2/28、4/30 精确值；平年 2/28→3/1 间隔 86400 s	月末边界
TC-SYSCLK-004	2000-01-01 换算；2038-01-19 03:14:07 → 0x7FFFFFFF；set(0) → 1970-01-01	世纪边界 / uint32 上限
TC-SYSCLK-005	RTC 读失败 → init()==-1，降级为编译期默认时间，打 DBG_ERROR	RTC 读故障降级
TC-SYSCLK-006	年/月/日越界 → 自愈写回默认时间，init()==0	越界自愈（启用默认值时）
TC-SYSCLK-020	越界 + 写回失败 → 降级默认时间，init()==-1	组合故障降级
TC-SYSCLK-007	越界 → 写回 RTC 一次，阴影 RTC 被修正，init()==0	自愈写回 + 复验
TC-SYSCLK-008	999ms 不变 / 1000ms +1s / 再 +2500ms 共 +3s	正常推进 + 亚秒截断
TC-SYSCLK-009	+29 天线性推进（未达 30 天阈值，不触发再基准化）	阈值下不触发
TC-SYSCLK-010	30 天 + 1500ms → 值无损（+30 天 1 秒）；再 +500ms 补足 1 秒	惰性再基准化 + 余数结转
TC-SYSCLK-011	基准近 2^32，推进跨回绕 0x2000ms → +8s	tick 回绕（无符号差）安全
TC-SYSCLK-012	10 天步进 ×9（累计 90 天，含 3 轮再基准）零漂移	长期运行无漂移
TC-SYSCLK-013	get_str 格式化 + 零点补零；未初始化占位串	字符串接口
TC-SYSCLK-014	2026-10-02 08:09:10 → 年月日时分秒 + week==5（周五）	日历字段 + 星期
TC-SYSCLK-015	get_time(NULL) == -1	NULL 参数防御
TC-SYSCLK-016	set 更新基准 + 写回 RTC；写失败仍更新基准 + 打错误	set 两条路径
TC-SYSCLK-017	set(..., NULL) 不碰 RTC	可选 RTC 写回
TC-SYSCLK-018	set_unix 写回 RTC，日历字段 + week 正确	Unix 时间戳校时
TC-SYSCLK-019	16 个已知日期（跨 1~12 月 / 世纪闰 / 闰日 / 范围首尾）星期对照	Zeller 全域正确性

当前结果：100/100 PASSED（failed=0）。

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3. 如何扩展用例

1. 在 sys_clock_test.c 加一个 static void tc_0NN_xxx(void)；
2. 用 rtc_set(y,mo,d,h,mi,s) 设置阴影 RTC（init 用例）；
3. 用 base_at(unix_secs, tick) 建立确定基准（get 用例，无 RTC 副作用）；
4. tick_advance(ms) 推进时间，sys_clock_get() / get_time() / get_str() 观测；
5. CHECK(cond, "描述") / CHECK_EQ_U32(got, want, "描述") 断言；
6. 在 main() 里注册。

⚠ 别把新用例插到 tc_000 之前：tc_000 依赖"刚上电"的模块静态态 （s_base_unix_secs == UINT32_MAX），一旦有任何 init/set 先跑过，它就失效。

⚠ 惰性再基准化的"正确用法"：差值窗口必须恒 < 30 天。一次 tick_advance 推进超过 ~49.7 天会让 uint32_t diff 溢出混叠——那是调用方违约（不是模块 缺陷），测试应按 <30 天步长周期性调用 get()。见 TC-SYSCLK-012 的注释。

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4. 平台与隔离机制

4.1 为什么不需要 #ifdef 测试钩子（与看门狗的差异）

看门狗的平台层是内联 __weak 函数（wd_platform_feed/start/tick_ms）， 测试时必须用 #ifndef TASK_WATCHDOG_UNIT_TEST 把默认实现排除，否则与桩重名。

sys_clock.c 则直接调用外部符号（HAL_GetTick()、sd2506_get_time()）， 这些符号在主机侧本来就不存在（只有声明），测试单元给出定义即可——无需任何 生产代码钩子。这是更干净的做法，也是本单测"零侵入生产代码"的原因。

4.2 隔离：如何在不改生产代码的前提下复位模块静态态

s_base_tick / s_base_unix_secs 是文件静态、无公开复位接口。隔离手段：

目标状态	手段
未初始化（UINT32_MAX）	只能靠 进程首用例（TC-SYSCLK-000，在任何 init/set 之前）观测
确定的已初始化状态	sys_clock_set(unix_secs, NULL) —— 更新基准且不碰 RTC，是理想的隔离原语
RTC 阴影态	rtc_set(...) + clear_obs() 直接重置阴影寄存器与观测计数

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5. 由本单测发现并修复的生产缺陷（Zeller 星期公式）

5.1 现象

首次运行 TC-SYSCLK-014/019 时，2026-10-02（真实为周五）返回 week == 4； TC-SYSCLK-019 的 16 个已知日期中，仅 2038-01-19 正确，其余 9 个（3~12 月） 全错。

5.2 根因

rtc_calc_week() / unix_to_sd2506() 内联的所谓 "Zeller 变种"公式为：

(wy % 100 + wy / 100 / 4 - wy / 100 / 15) + 26*(wm+1)/10 + d % 100) % 7

问题有二：

1. 世纪项错误：标准 Zeller（Gregorian）的世纪项是 ⌊K/4⌋ + ⌊J/4⌋ + 5J （K = wy%100，J = wy/100）。原式写成 wy/100/4 - wy/100/15，丢失了 K/4 与主导性的 5J 项（-J/15 与 5J 毫无关系）。
2. 1/2 月分支用了错的月份基数：原式对 wm <= 2（即 1/2 月）做 wm += 12， 但若传入的 wm 不是 1-based 的月，就无法得到 13/14。unix_to_sd2506() 更是直接传入 0-based 的 m（循环下标），使公式基准再偏一位。

实测：1970~2099 全部日期的星期皆为错值（无常数偏移，错误率约 78%）。

5.3 影响面

• sys_clock_get_time()->week → 写入 SD2506 RTC 的 03H 星期寄存器（错值）；
• rtc_calc_week() 亦被 sys_clock_init() 用于构造默认时间的 week；
• App/app/app_main.c:170 的自检日志会打印错的星期。

不影响的：

1. 时间数值（时/分/秒/年/月/日 / Unix 秒）换算本身正确——只有 week 字段错；
2. FatFs 文件时间戳：Lib/FatFs/ffsystem.c:get_fattime() 只取 年/月/日/时/分/秒（FAT 格式无星期字段），不使用 t.week——故文件 mtime 不受影响；
3. sys_log 运行时日志只用 sys_clock_get()（Unix 秒），与星期无关。

综上：该缺陷只污染 RTC 的星期寄存器与一条自检日志，功能影响可控——这正是 它此前从未被台架功能测试发现的原因（功能测试不校验星期）。

5.4 修复

统一为教科书 Zeller，并收敛到单一函数（消除两处重复实现再次发散的风险）：

static uint8_t rtc_calc_week(uint16_t y, uint8_t m, uint8_t d) {   /* m: 1-based */
    uint32_t wy = y, wm = m;
    if (wm <= 2u) { wy--; wm += 12u; }             /* 1/2 月 → 上年 13/14 月 */
    uint32_t K = wy % 100u, J = wy / 100u;
    uint32_t h = (uint32_t)(d + (13u*(wm+1u))/5u + K + K/4u + J/4u + 5u*J) % 7u;
    return (uint8_t)((h + 6u) % 7u);               /* h:0=Sat → 0=Sun 约定 */
}

unix_to_sd2506() 改为调用 rtc_calc_week((uint16_t)y, (uint8_t)(m+1u), (uint8_t)d) （传 1-based 月）。

注：5J ≡ -2J (mod 7)，取 5J 保证各项非负（无符号 % 安全）。 修复后经 Python datetime 独立核对 1970~2099 全部 47,482 天零错误； /keil-build 0 错误 0 警告。

5.5 校验数据来源

TC-SYSCLK-019 的期望星期由 Python datetime.date(...).weekday() 独立生成 （(weekday()+1) % 7 → 0=周日），与被测实现算法正交，避免"用错的算法 验证错的实现"。

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6. 与板端验证的分工

层	覆盖	状态
本单测（主机侧纯逻辑单测）	换算逻辑 / 星期 / 再基准化 / 故障降级	✅ 已落地（100 断言点）
板端测试套件 / 主机侧回归	真机 SD2506 I2C 读写、掉电保持、与 PC 对时联动	见 SD2506_Test_Guide.md

本单测不替代板端验证：I2C 时序、BCD 编解码、掉电保持、温度读等真机行为， 仍需 /serial-boot-test 台架闭环确认。