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- 设计说明第 5 节已详述「为什么需要 / 设计思想 / start 推导」，函数内不再复述： 环内布局示意、两条坑的逐句论证、取值范围推导全部删去，改为一句结论 + 指针 （docs/算法/采集与算法层设计说明.md §5 与 §5.3）。 - 留在代码里的都是「就地可判」的落地要点：通道号为何先转 unsigned、 n 的两条拒收理由、-2 与 -1 的语义区分、先加 DEPTH 的同余理由、逐点取模。 - .h 的指针从 .c 改指设计说明，避免同一事实两处详述。 - 净减 81 行；去注释后代码 token 与 HEAD 逐字相同；@build 0 错 0 警。
139 lines
5.3 KiB
C
139 lines
5.3 KiB
C
/*
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* 模块名称：采样环缓冲（全周傅氏相量计算的输入）
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* 模块功能：按语义通道保存最近 2 个周波（40 点）采样值，供 全周傅氏相量计算按窗取数。
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* 适用平台：STM32F407ZGTx（纯算法，无寄存器/无 RTOS 依赖）
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* 作者：王建锋
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* 创建日期：2026-10-10
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* 修改记录：
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* v1.0 2026-10-10 王建锋 创建：全周傅氏相量输入环缓冲（20 点/周波 × 2 周波）
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*/
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#include "sample_ring.h"
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#include <stddef.h>
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/* 采样环：[语义通道][点]。按语义通道索引（0..ADC_SEM_COUNT-1），
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* 故消费侧"按语义取数"，不依赖任何物理通道号或转换器归属。 */
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static float s_ring[ADC_SEM_COUNT][SAMPLE_RING_DEPTH];
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/* 写指针：下一个待写入的点下标（0..SAMPLE_RING_DEPTH-1） */
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static uint16_t s_head;
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/* 已累积点数（饱和于 SAMPLE_RING_DEPTH） */
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static uint16_t s_filled;
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/* 累计入环帧数（不饱和，供心跳/丢帧观测） */
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static uint32_t s_frames;
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/*
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* 函数功能：采样环缓冲初始化
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* 入口参数：无
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* 返 回 值：无
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* 限定条件：无
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* 函数说明：清空全部通道历史与计数；可重复调用（幂等）。
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*/
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void sample_ring_init(void) {
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uint8_t c;
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uint16_t i;
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for (c = 0u; c < (uint8_t)ADC_SEM_COUNT; c++) {
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for (i = 0u; i < SAMPLE_RING_DEPTH; i++) {
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s_ring[c][i] = 0.0f;
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}
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}
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s_head = 0u;
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s_filled = 0u;
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s_frames = 0u;
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}
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/*
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* 函数功能：压入一拍（一帧）全部语义通道的采样值
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* 入口参数：values - 按语义通道顺序排列的一帧采样值（长度须 = ADC_SEM_COUNT）
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* n - 实际长度（必须等于 ADC_SEM_COUNT）
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* 返 回 值：0 - 成功；-1 - 参数错
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* 限定条件：同一帧内各通道须同刻（同族量同刻性由上游 语义取数与有效性负责）
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* 函数说明：整帧写入完毕后**统一**推进写指针——单帧内不存在"半新半旧"，
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* 消费侧取到的窗永远落在整帧边界上（无帧内撕裂）。
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*/
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int sample_ring_push_frame(const float *values, uint8_t n) {
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uint8_t c;
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if ((values == NULL) || (n != (uint8_t)ADC_SEM_COUNT)) {
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return -1;
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}
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for (c = 0u; c < (uint8_t)ADC_SEM_COUNT; c++) {
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s_ring[c][s_head] = values[c];
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}
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s_head = (uint16_t)((s_head + 1u) % SAMPLE_RING_DEPTH);
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if (s_filled < SAMPLE_RING_DEPTH) {
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s_filled++;
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}
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s_frames++;
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return 0;
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}
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/*
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* 函数功能：取指定语义通道最近 n 点的窗（按时间序，旧 → 新）
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* 入口参数：ch - 语义通道（0 .. ADC_SEM_COUNT-1）
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* n - 取点数（1 .. SAMPLE_RING_DEPTH）
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* out - 输出缓冲（调用方保证长度 >= n，本层不校验容量）
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* 返 回 值：0 - 成功；-1 - 参数错；-2 - 已累积点数不足 n
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* 限定条件：仅 adcTask 上下文（写者与读者同任务串行，故不加锁、不用 volatile）；
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* 须在同拍 sample_ring_push_frame() 之后调用。
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* 函数说明：以最新一点为终点、向前回溯 n 点；out[0] 最老、out[n-1] 最新，
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* 与 phasor_run() 的求和方向一致。
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* 为什么需要这一层、环内布局与窗首下标的推导 →
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* docs/算法/采集与算法层设计说明.md §5（本文件只留落地要点）。
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*/
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int sample_ring_window(adc_semantic_t ch, uint8_t n, float *out) {
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uint16_t start;
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uint16_t i;
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/* 通道号先转 unsigned 再比：枚举底层可为有符号，负值会骗过 ch >= COUNT 的判据。 */
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if ((out == NULL) || ((unsigned int)ch >= (unsigned int)ADC_SEM_COUNT)) {
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return -1;
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}
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/* n = 0 是空窗；n > DEPTH 一个环装不下连续 n 点（回绕会把同一点重复读出）。 */
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if ((n == 0u) || (n > SAMPLE_RING_DEPTH)) {
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return -1;
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}
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/* -2 = 窗还没攒够，调用方跳过本拍即可（首周波启动期必然出现），不是故障。 */
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if (s_filled < (uint16_t)n) {
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return -2;
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}
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/* 窗首 = s_head - n（s_head 是"下一待写"位置，故窗尾 = s_head - 1）。
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* 必须先加 DEPTH 再减：直接减在 s_head < n 时下溢或得负数，而
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* (x mod 65536) mod 40 不等于 x mod 40、C99 的负数取模也不是同余解。
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* 加 DEPTH 不改同余类，并把中间值锁在 [0, 2·DEPTH - 2]。详见设计说明 §5.3。 */
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start = (uint16_t)((s_head + SAMPLE_RING_DEPTH - (uint16_t)n) % SAMPLE_RING_DEPTH);
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/* 逐点取模拷贝：窗可能跨环尾，环在内存里首尾不相连，不能用一次 memcpy。 */
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for (i = 0u; i < (uint16_t)n; i++) {
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out[i] = s_ring[ch][(uint16_t)((start + i) % SAMPLE_RING_DEPTH)];
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}
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return 0;
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}
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/*
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* 函数功能：读已累积点数（饱和于 SAMPLE_RING_DEPTH）
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* 入口参数：无
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* 返 回 值：已累积点数（0..SAMPLE_RING_DEPTH）
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* 限定条件：无
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* 函数说明：供上层判断"数据是否够一周波"。
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*/
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uint16_t sample_ring_filled(void) {
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return s_filled;
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}
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/*
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* 函数功能：读累计入环帧数（不饱和）
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||
* 入口参数：无
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* 返 回 值：累计入环帧数
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||
* 限定条件：无
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* 函数说明：供心跳日志 / 丢帧观测（采样有效性校验 判据之一）。
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*（保护功能清单见 docs/算法/继电保护功能复现规划.md）
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*/
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uint32_t sample_ring_frames(void) {
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||
return s_frames;
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}
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