222 lines
14 KiB
Markdown
222 lines
14 KiB
Markdown
# STM32F4-Base
|
||
|
||
## 项目概述
|
||
|
||
STM32F407ZGTx (Cortex-M4 FPU) 基础固件项目，集成 CH395F 以太网控制器 SPI 驱动、GD5F2GQ5UE SPI NAND Flash 存储（含 FlashDB KVDB/TSDB 数据库）和 TPAFE5160 16位8通道同步采样 ADC 并行接口驱动。
|
||
|
||
## 目录结构
|
||
|
||
```
|
||
STM32F4-Base/
|
||
├── Src/ # CubeMX 生成的外设初始化 + main
|
||
├── Inc/ # CubeMX 生成的头文件
|
||
├── Drivers/
|
||
│ ├── BSP/
|
||
│ │ ├── CH395F/ # CH395F 以太网芯片驱动（手写）
|
||
│ │ ├── NET/ # BSD Socket API 网络抽象层（手写）
|
||
│ │ │ ├── net_config.h # 网络配置宏定义
|
||
│ │ │ ├── net_types.h # 类型定义、地址结构、Socket 控制块
|
||
│ │ │ ├── net_socket.h # BSD Socket API 头文件
|
||
│ │ │ ├── net_socket.c # API 核心实现 + 状态机
|
||
│ │ │ ├── net_select.h # select/poll API 头文件
|
||
│ │ │ └── net_select.c # select/poll 实现
|
||
│ │ ├── GD5F2GQ5UE/ # GD5F2GQ5UE NAND Flash 驱动（手写）
|
||
│ │ │ ├── gd5f2gq5ue.h/c # 底层 SPI 驱动
|
||
│ │ │ ├── fal_flash_gd5f2gq5ue.c # FAL 设备适配层
|
||
│ │ │ ├── fal_cfg.h # FAL 设备表 + 分区表
|
||
│ │ │ └── fdb_cfg.h # FlashDB 功能配置
|
||
│ │ └── TPAFE5160/ # TPAFE5160 ADC 并行接口驱动（手写）
|
||
│ ├── STM32F4xx_HAL_Driver/ # ST HAL 库（CubeMX 生成）
|
||
│ └── CMSIS/ # ARM CMSIS（CubeMX 生成）
|
||
├── Lib/
|
||
│ └── FlashDB/ # FlashDB 数据库库（v2.2.99）
|
||
│ ├── src/ # FlashDB 核心源码
|
||
│ ├── inc/ # FlashDB 头文件
|
||
│ └── port/fal/ # FAL 抽象层
|
||
├── MDK-ARM/ # Keil MDK 工程文件
|
||
├── docs/ # 参考文档
|
||
└── STM32F407-Demo.ioc # STM32CubeMX 项目源文件
|
||
```
|
||
|
||
## 关键文件
|
||
|
||
| 路径 | 说明 |
|
||
|---|---|
|
||
| `Src/main.c` | 程序入口，初始化序列及主循环 |
|
||
| `Drivers/BSP/CH395F/ch395f.c/h` | CH395F 以太网芯片 SPI 驱动 |
|
||
| `Drivers/BSP/NET/net_socket.c/h` | BSD Socket API 网络抽象层 |
|
||
| `Drivers/BSP/NET/net_select.c/h` | select/poll I/O 多路复用 |
|
||
| `Drivers/BSP/GD5F2GQ5UE/gd5f2gq5ue.c/h` | GD5F2GQ5UE NAND Flash SPI 驱动 |
|
||
| `Drivers/BSP/GD5F2GQ5UE/fal_flash_gd5f2gq5ue.c` | FAL 设备适配层 |
|
||
| `Drivers/BSP/TPAFE5160/tpafe5160.c/h` | TPAFE5160 ADC 并行接口驱动 |
|
||
| `MDK-ARM/STM32F407-Demo.uvprojx` | Keil MDK 项目文件 |
|
||
| `STM32F407-Demo.ioc` | STM32CubeMX 项目源文件 |
|
||
|
||
## 构建
|
||
|
||
仅支持 Keil MDK-ARM v5 (ARMCC)。打开 `MDK-ARM/STM32F407-Demo.uvprojx` 编译。
|
||
|
||
- 编译器：ARMCC V5.06 update 7
|
||
- 优化等级：`-O4` (项目级)，`spi.c`/`usart.c` / HAL 源文件使用 `-O0`
|
||
- C 标准：C99
|
||
- 全局宏定义：`USE_HAL_DRIVER, STM32F407xx`
|
||
|
||
### 命令行编译（Agent 使用）
|
||
|
||
修改代码后必须执行命令行编译验证，编译脚本位于 `MDK-ARM/build.bat`：
|
||
|
||
```
|
||
cmd /c "cd /d "工作目录" && build.bat"
|
||
```
|
||
|
||
实际执行示例（从项目根目录）：
|
||
|
||
```
|
||
cmd /c "cd /d "D:\Code\DTU 程序\STM32F4-Base\MDK-ARM" && build.bat"
|
||
```
|
||
|
||
**编译结果判读：**
|
||
- 退出码 0：无错误无警告，编译成功
|
||
- 退出码 1：有警告无错误，编译失败（警告不可接受，需修复）
|
||
- 退出码 2+：编译失败，需查看 `MDK-ARM/build_log.txt` 定位错误
|
||
|
||
**UV4.exe 路径：** `C:\Keil_v5\UV4\UV4.exe`
|
||
**工程文件：** `MDK-ARM/STM32F407-Demo.uvprojx`
|
||
**目标名称：** `STM32F407-Demo`
|
||
|
||
## 硬件配置
|
||
|
||
- **主频：** HSE 25MHz → PLL 168MHz (4/168/2)
|
||
- **6 个 LED：** PC4, PC5, PB1, PB2, PF11, PF12（低电平点亮）
|
||
- **CH395F：** SPI2 (PB12 CS, PB13 SCK, PB14 SDO, PB15 SDI)
|
||
- **GD5F2GQ5UE：** SPI1 (PE0 CS, PB3 SCK, PB4 MISO, PB5 MOSI, PB8 WP, PE1 HOLD)
|
||
- **TPAFE5160：** 并行16位 (PG0-PG15 数据, PD3 RD, PD4 CONVST, PD7 BUSY, PD1 FRSTDATA, PF13-15 OS[2:0])
|
||
- **USART1：** PA9 TX, PA10 RX (115200bps)
|
||
|
||
## 启动顺序
|
||
|
||
```
|
||
HAL_Init() → SystemClock_Config() → MX_GPIO_Init() → MX_USART1_UART_Init() → MX_SPI2_Init() → MX_SPI1_Init() → gd5f2gq5ue_init() → fdb_kvdb_init()
|
||
```
|
||
|
||
## 代码规范
|
||
|
||
参考 `嵌入式C语言代码规范（V1.0）.md`，关键要点：
|
||
|
||
- 缩进：4 空格，禁止 Tab
|
||
- 命名：小写字母+下划线；全局变量 `g_` 前缀，静态 `s_`，指针 `p_`，数组 `a_`
|
||
- 函数注释块需包含：函数功能、入口参数、返回值、限定条件、函数说明
|
||
- 大括号：K&R 风格（左大括号不换行）
|
||
- 文件头注释：模块名称、功能、平台、作者、日期、修改记录
|
||
- 头文件保护宏：`__MODULE_NAME_H` 格式，带 `extern "C"`
|
||
|
||
## 注意
|
||
|
||
- `Inc/` 和 `Src/` 中 CubeMX 生成的文件带有 `USER CODE BEGIN`/`END` 标记，自定义代码应写在这些区域之间
|
||
- `ch395f.c/h`、`gd5f2gq5ue.c/h`、`fal_flash_gd5f2gq5ue.c` 为纯手工代码，不受 CubeMX 保护
|
||
- `tpafe5160.c/h` 为纯手工代码，不受 CubeMX 保护
|
||
- CH395F 每次 SPI 事务需调用 `ch395f_spi_begin()` / `ch395f_spi_end()` 包裹
|
||
- GD5F2GQ5UE 的 `gd5f2gq5ue.c` 中声明了 `extern SPI_HandleTypeDef hspi1`，需确保 SPI1 已初始化
|
||
- FlashDB 使用 FAL 模式，`fdb_cfg.h` 中定义 `FDB_USING_FAL_MODE`，`fal_cfg.h` 中定义分区表
|
||
- FlashDB 详细使用说明见 `FlashDB使用说明.md`
|
||
- `sd2506.c/h` 为纯手工代码，不受 CubeMX 保护
|
||
|
||
## CH395F 驱动关键点
|
||
|
||
- 初始化必须按手册9.2.1节顺序：`SET_MAC` → `SET_IP/GWIP/MASK` → `INIT_CH395` → `SET_PHY`
|
||
- **IP/网关/掩码必须在 `INIT_CH395` 之前设置**，INIT 会读取并锁定当前寄存器值到协议栈，之后再设 IP 无效
|
||
- **`SET_PHY` 必须在 `INIT_CH395` 之后**，它会复位 MAC/PHY 建立物理链路，不影响已锁定的协议栈参数
|
||
- **`CMD_PING_ENABLE` 不需要显式调用**，INIT 后默认可用
|
||
- 每次 SPI 事务需调用 `ch395f_spi_begin()` / `ch395f_spi_end()` 包裹
|
||
- **大数据量收发使用 SPI2 DMA**：`ch395f_write_send_buf()` 和 `ch395f_read_recv_buf()` 已改造为 DMA 批量传输（DMA1_Stream3 RX, DMA1_Stream4 TX），命令和配置操作仍使用逐字节轮询
|
||
- DMA 缓冲区：`s_spi2_dma_tx_buf[1500]` / `s_spi2_dma_rx_buf[1500]`，4 字节对齐
|
||
- **TCP 重传参数**：`SET_RETRAN_COUNT`（默认12次，最大20）和 `SET_RETRAN_PERIOD`（默认500ms，最大1000ms）必须在 `INIT_CH395` 之前设置，总重传时间 = 次数 × 周期
|
||
- **KeepAlive 参数必须为 500ms 的倍数**：`SET_KEEPALIVE_IDLE`（默认20000ms）、`SET_KEEPALIVE_INTVL`（默认15000ms）单位为 ms，且 IDLE 必须 > INTVL，均为 500 的倍数；传入非 500 倍数的值会导致未定义行为（CH395F 内部定时器异常，TCP 连接几秒内 TIMEOUT）
|
||
- **KeepAlive 默认关闭**：需在 `SINT_STAT_CONNECT` 后调用 `ch395f_set_keepalive_enable(sock, 1)` 启用
|
||
- **Socket 4-7 默认无收发缓冲**：CH395F 默认只为 Socket 0-3 各分配 4 个缓冲区块（2048 字节）。多连接模式下使用 Socket 4-7 时，**必须在 `open_socket` 之前**显式分配：
|
||
- `ch395f_set_send_buf(sock, 28, 2)` — 分配发送缓冲（例：块 28-29，共 1024 字节）
|
||
- `ch395f_set_recv_buf(sock, 30, 2)` — 分配接收缓冲（例：块 30-31，共 1024 字节）
|
||
- 不分配会导致发送数据为固定垃圾内容（`0x0028` 填充）、接收缓冲区无法存储数据
|
||
- **TCP 关闭重连的正确方法**：**直接调用 `ch395f_close_socket()`，不要先调 `ch395f_tcp_disconnect()`**
|
||
- ❌ `disconnect` → `close`：`disconnect` 发送 FIN 将 Socket 推入 FIN_WAIT_2，此后 `close` 不再发送 RST，Socket 卡在 FIN_WAIT_2 必须等远端发 FIN 才能关闭（可能需数分钟超时）
|
||
- ✅ `close` 直接：在 ESTABLISHED 或 CLOSE_WAIT 状态下调用 `close` 会发送 RST 立即终止连接，Socket 瞬间回到 CLOSED（已验证 `closed: sock=0x00 tcp=0x00`）
|
||
- 关闭后需轮询 `ch395f_get_socket_status()` 等待 `sock=0x00` 再 `open_socket`，典型耗时 < 1s
|
||
- **SOCK_TIMEOUT 中断**：长时间无数据时 CH395F 可能触发 `SINT_STAT_SOCK_TIMEOUT`，不应将其视为致命错误——记录日志后继续操作即可，不要因此关闭 Socket
|
||
- **UDP 客户端/服务器模式**（手册 §9.2.4）：通过 `SET_DES_IP_SN` 的 IP 地址区分：
|
||
- **DesIP=0xFFFFFFFF（255.255.255.255）→ UDP Server 模式**：接受任意来源的数据，接收缓冲区中数据前 8 字节为信息头（`[0-1]reserved [2-3]src_port(LE) [4-7]src_ip [8+]payload`），回发前需设置 `SET_DES_IP` 和 `SET_DES_PORT` 指定目标
|
||
- **DesIP=具体 IP → UDP Client 模式**：只接受指定 IP:Port 的数据，接收数据无信息头，只能向预设的目标发送
|
||
- **UDP 发送缓冲必须等 SENDBUF_FREE**（手册要求）：每次 `ch395f_write_send_buf()` 后必须等待 `SINT_STAT_SENBUF_FREE` 中断（0x01），否则下次写入会被 CH395F 静默丢弃。可通过轮询 `ch395f_get_sock_int_status()` 检查此标志
|
||
|
||
## 测试说明
|
||
|
||
- **测试代码文件**：`Drivers/BSP/CH395F/ch395f_test.h` / `ch395f_test.c`
|
||
- **PC 端测试脚本**：`test/ch395f_socket_test.py`，支持 Python 3.7+
|
||
- **调用入口**：`Src/main.c` 的 `USER CODE BEGIN 2` 区域
|
||
- **Phase 1**（9 项寄存器测试）：✅ 通过
|
||
- **Phase 2**（TCP Client 收发 + 关闭重连 ×3 轮）：✅ 通过
|
||
- **Phase 3**（UDP Server Echo + PING + 大包）：✅ 通过
|
||
- **Phase 4**（NET 层 TCP Echo）：✅ 通过，主循环永久运行
|
||
- **Phase 5**（NET 层 UDP Echo）：✅ 通过
|
||
- **Phase 6**（DHCP 自动获取 IP）：✅ 通过
|
||
- **Phase 7**（Select/Poll I/O 多路复用）：✅ 通过
|
||
- **Phase 8**（多客户端 7 并发）：✅ 通过，成功率 100%
|
||
- **测试拓扑**：PC (192.168.1.2) ↔ 交换机 ↔ CH395F (192.168.1.100)
|
||
- **详细使用说明**：见 `docs/CH395F_Test_Guide.md`
|
||
|
||
## GD5F2GQ5UE 驱动关键点
|
||
|
||
- SPI Mode 0（CPOL=0, CPHA=0），时钟 42MHz
|
||
- 初始化必须按顺序：复位 → 读 ID → 使能 ECC（B0h=10h）→ 解除块保护（A0h=00h）
|
||
- SET_FEATURE 命令前必须先发写使能（06h）
|
||
- 块擦除（D8h）参数是字节地址（块编号 × 128KB），不是块编号
|
||
- 读取 ID（9Fh）返回 3 字节，第 0 字节无意义，第 1 字节 MID，第 2 字节 DID
|
||
|
||
## FlashDB 分区规划
|
||
|
||
| 分区名 | 偏移 | 大小 | 用途 |
|
||
|--------|------|------|------|
|
||
| fdb_kvdb1 | 0 | 64MB | KVDB 键值数据库 |
|
||
| fdb_tsdb1 | 64MB | 64MB | TSDB 时序数据库 |
|
||
|
||
## TPAFE5160 驱动关键点
|
||
|
||
- AD7606 P2P 兼容替代品，并行接口协议一致
|
||
- 并行模式：CS 接地（始终选中），PAR/SER/BYTE SEL 接 GND（并行），DB15/BYTE SEL 接 GND（非字节模式）
|
||
- 数据总线 DB[15:0] 接 GPIOG[15:0]，通过 `(uint16_t)GPIOG->IDR` 一次读取16位
|
||
- CONVST 上升沿触发全部8通道同步采样，BUSY 高电平表示转换中
|
||
- RD 下降沿输出通道数据，按通道1~8顺序依次输出
|
||
- FRSTDATA 在第一个 RD 下降沿变高，指示通道1数据就绪
|
||
- 过采样 OS[2:0] 在 BUSY 下降沿锁存，无过采样时 tCONV=1.74µs，64倍过采样时 tCONV=167µs
|
||
- 读取时序：168MHz 下 GPIO 写操作 + 5个 NOP (~30ns) 覆盖 t10=22ns 和 t14=21ns 要求
|
||
- 硬件 RANGE 接 GND → ±5V 量程，LSB=152.59µV
|
||
|
||
## NET 网络层关键点
|
||
|
||
- **文件结构**：`Drivers/BSP/NET/` 下包含 net_config.h、net_types.h、net_socket.h/c、net_select.h/c
|
||
- **使用前必须调用** `net_init(ip, mask, gateway)` 初始化网络子系统
|
||
- **主循环必须调用** `net_poll()` 轮询所有 Socket 状态，处理中断事件
|
||
- **TCP Server 多连接模式**：1 个监听 Socket + 最多 7 个数据 Socket
|
||
- **select/poll 支持**：`net_select()` 和 `net_poll_events()` 用于 I/O 多路复用
|
||
- **事件回调**：可通过 `net_set_event_cb()` 注册连接/断开/数据到达等事件回调
|
||
- **非阻塞模式**：`net_recv()` 使用 `NET_MSG_DONTWAIT` 标志，或使用 select/poll
|
||
- **字节序转换**：使用 `net_htons()/net_ntohs()/net_htonl()/net_ntohl()` 进行主机序/网络序转换
|
||
- **IP 地址转换**：`net_inet_addr("192.168.1.100")` 字符串转网络序，`net_inet_ntoa()` 反向转换
|
||
- **注意**：新文件需手动添加到 Keil MDK 工程中才能编译
|
||
- **RECV 中断是电平触发的**：`net_poll()` 中 `do { ... } while(0)` 只处理一批中断，由主循环读取数据，避免无限循环导致主循环饿死
|
||
- **TCP Server 多连接模式**：Socket 0 专职监听，Socket 1~7 自动分配
|
||
- **多连接模式初始化顺序（关键！遗漏将导致 TCP 连接失败）**：
|
||
1. `ch395f_set_fun_para(0x02)` — 启用多连接（在 `INIT_CH395` 之前）
|
||
2. `ch395f_init()` — 协议栈初始化
|
||
3. Socket 0: `SET_PROTO_TCP → SET_SOUR_PORT → OPEN → TCP_LISTEN`
|
||
4. **Socket 1~7: `SET_PROTO_TCP → SET_SOUR_PORT（相同端口）`（不 OPEN！）**
|
||
- 如果不配置数据 Socket 的协议类型和源端口，CH395F 不知道哪些 Socket 可用于多连接分配，客户端连接会被静默拒绝（无 CONNECT 中断）
|
||
- **TCP Server 单连接模式**：Socket 先 `OPEN` → `SET_PROTO_TCP` → `SET_SOUR_PORT` → `OPEN` → `TCP_LISTEN`；收到 `SINT_STAT_CONNECT` 后 Socket 自动切换为数据通道；`DISCONNECT`/`TIMEOUT` 后需重新 `OPEN` → `TCP_LISTEN`
|
||
|
||
## 已知问题
|
||
|
||
### CH395F 与 RTL8305NBI 自动协商不兼容
|
||
|
||
CH395F 与 RTL8305NBI-CG 直连（经网络变压器）时，自动协商始终失败（返回 `PHY_DISCONN`），但强制 100M 全双工工作正常。强制 10M 全双工同样失败。
|
||
|
||
**解决方案：** 初始化协议栈后调用 `ch395f_set_phy(CH395F_PHY_100M_FULL)` 跳过自动协商。
|