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# STM32F4-Base
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基于 STM32F407ZGTx 的工业级嵌入式平台固件，集成以太网通信、NAND Flash 存储、ADC 采集、RS-485 通信及 FTP 文件服务。
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## 硬件平台
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- **MCU**: STM32F407ZGTx @ 168MHz (HSE 8MHz → PLL M=4/N=168/P=2)
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- **封装**: LQFP144
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- **RTOS**: FreeRTOS V10.3.1 (CMSIS-RTOS V2)
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### 外设接口
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| 外设 | 接口 | 引脚 | 说明 |
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|------|------|------|------|
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| CH395F 以太网 | SPI2 | PB12 CS, PB13 SCK, PB14 MISO, PB15 MOSI | 10/100M 以太网控制器 |
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| GD5F2GQ5UE NAND | SPI1 | PE0 CS, PB3 SCK, PB4 MISO, PB5 MOSI, PB8 WP, PE1 HOLD | 256MB SPI NAND Flash |
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| TPAFE5160 ADC | 并行16位 | PG0-PG15 数据, PD3 RD, PD4 CONVST, PD7 BUSY | 高精度 ADC |
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| USART1 | 串口 | PA9 TX, PA10 RX | 115200bps 调试串口 |
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| 6x LED | GPIO | PC4, PC5, PB1, PB2, PF11, PF12 | 低电平点亮 |
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| RS-485 | UART5 | PC12 TX, PD2 RX, PD0 DE | 半双工通信 |
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## 项目架构
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┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
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│ 应用层 (App/) │
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│ app_main.c │ net_task.c │ ui_task.c │ time_sync.c │
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├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
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│ 驱动层 (Drivers/BSP/) │
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│ CH395F/ │ GD5F2GQ5UE/ │ TPAFE5160/ │ SD2506/ │ RS485/ │ UI/ │
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├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
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│ 中间件 (Middlewares/ & Lib/) │
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│ FreeRTOS │ FatFs │ dhara FTL │ LVGL │
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├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
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│ HAL 层 (Drivers/STM32F4xx_HAL_Driver/) │
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│ CMSIS (Drivers/CMSIS/) │
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├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
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│ 硬件 (STM32F407ZGTx) │
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└─────────────────────────────────────────────────────────────┘
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```
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### 启动流程
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```
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main.c
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├─ HAL_Init()
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├─ SystemClock_Config() // 168MHz 系统时钟
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├─ MX_GPIO/DMA/UART/SPI/I2C_Init() // CubeMX 外设初始化
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├─ app_main_init() // 应用层初始化（时间→RS485→NAND→ADC→RTC）
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│ ├─ sd2506_init() + sys_clock_init() // 时间子系统优先
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│ ├─ rs485_init()
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│ ├─ gd5f2gq5ue_init()
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│ └─ tpafe5160_init()
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├─ osKernelInitialize()
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├─ MX_FREERTOS_Init() // 创建任务和事件组
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└─ osKernelStart() // 启动调度器
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```
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### FreeRTOS 任务
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| 任务 | 栈大小 | 优先级 | 职责 |
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|------|--------|--------|------|
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| defaultTask | 2048 words | Normal | FTL + FatFS 挂载（一次性） |
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| netTask | 4096 words | Normal | 网络初始化 + CH395F 轮询 |
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| ftpTask | 4096 words | Normal | FTP 服务（等待网络+存储就绪） |
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| testTask | 4096 words | BelowNormal | 硬件测试入口 |
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| uiTask | 16384 words | BelowNormal | LVGL UI 界面 |
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| timeSyncTask | 2048 words | Normal | 墙钟时间同步 |
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### 任务启动顺序管理
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使用 CMSIS-RTOS v2 Event Flags 实现就绪屏障（readiness barrier）：
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- `SYS_EVT_NET_READY` (bit 0): netTask 置位
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- `SYS_EVT_STORAGE_READY` (bit 1): defaultTask 置位
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- `SYS_EVT_FTP_READY` (bit 2): ftpTask 置位（预留）
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- `SYS_EVT_TIMESYNC_READY` (bit 3): timeSyncTask 置位（预留）
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消费者通过 `osEventFlagsWait()` 阻塞等待，零占用，取代魔法延时和全局变量轮询。
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## 目录结构
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STM32F4-Base/
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├── Src/ # CubeMX 生成的源文件（USER CODE 区域可编辑）
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│ ├── main.c # 程序入口
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│ ├── freertos.c # FreeRTOS 任务创建
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│ ├── gpio.c / dma.c / spi.c / i2c.c / usart.c
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│ └── stm32f4xx_hal_msp.c / stm32f4xx_it.c
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├── Inc/ # CubeMX 生成的头文件
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│ ├── main.h / FreeRTOSConfig.h / stm32f4xx_hal_conf.h
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│ └── gpio.h / dma.h / spi.h / i2c.h / usart.h
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├── App/ # 应用层代码
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│ ├── app_main.c/h # 应用初始化入口
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│ ├── app_cfg.h # 功能模块编译开关
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│ ├── sys_events.h # 系统就绪事件定义
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│ ├── sys_clock.c/h # 墙钟时间管理
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│ ├── time_sync.c/h # 时间同步任务
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│ ├── task/ # FreeRTOS 任务实现
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│ │ ├── net_task.c/h # 网络任务
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│ │ ├── ui_task.c/h # UI 任务
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│ │ ├── adc_task.c/h # ADC 任务
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│ │ └── rs485_task.c/h # RS-485 任务
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│ ├── protocol/ # 通信协议（预留）
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│ └── util/ # 工具函数（CRC、环形缓冲等）
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├── Drivers/
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│ ├── BSP/ # 板级驱动（手工编写）
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│ │ ├── CH395F/ # 以太网控制器驱动
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│ │ ├── GD5F2GQ5UE/ # NAND Flash 驱动 + FTL
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│ │ ├── TPAFE5160/ # ADC 驱动
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│ │ ├── SD2506/ # RTC 驱动
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│ │ ├── RS485/ # RS-485 通信驱动
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│ │ ├── NET/ # BSD Socket API 网络抽象层
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│ │ │ ├── net_socket.c/h # Socket API
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│ │ │ ├── net_select.c/h # select/poll 多路复用
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│ │ │ └── lftpd/ # 轻量 FTP 服务器
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│ │ └── UI/ # LVGL UI 组件
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│ ├── STM32F4xx_HAL_Driver/ # ST HAL 库
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│ └── CMSIS/ # ARM CMSIS
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├── Lib/ # 第三方库
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│ ├── dhara/ # NAND FTL 算法
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│ ├── FatFs/ # FAT 文件系统
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│ └── lvgl/ # 图形库
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├── Middlewares/
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│ └── Third_Party/FreeRTOS/ # FreeRTOS 内核
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├── MDK-ARM/ # Keil 工程
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│ ├── STM32F407-Demo.uvprojx # 工程文件
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│ ├── build.bat # 命令行编译脚本
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│ ├── download.bat # 烧录脚本
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│ └── startup_stm32f407xx.s # 启动文件
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├── test/ # 测试代码与脚本
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│ ├── run_boot_test.ps1 # 自动化启动测试
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│ ├── verify_log.ps1 # 日志校验脚本
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│ ├── serial_capture.ps1 # 串口捕获脚本
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│ ├── ch395f_test_task.c/h # CH395F 硬件测试
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│ ├── gd5f_test_task.c/h # NAND Flash 测试
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│ ├── net_test_task.c/h # 网络层测试
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│ ├── sd2506_test_task.c/h # RTC 测试
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│ └── storage_test_task.c/h # 存储性能测试
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├── docs/ # 项目文档
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│ ├── 问题记录/ # 已知陷阱与解决方案
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│ ├── 测试说明/ # 测试指南
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│ └── 芯片手册/ # 硬件数据手册
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├── tools/ # 开发工具
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│ └── font_gen/ # 中文字体生成工具
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├── STM32F407-Demo.ioc # CubeMX 工程文件
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└── AGENTS.md # AI 开发规范
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```
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## 构建系统
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### 环境要求
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- **Keil MDK-ARM v5** (ARMCC 编译器)
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- **Python 3**（测试脚本）
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- **ST-Link** 或兼容调试器
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### 编译
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```bash
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# 方式一：命令行编译（推荐）
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MDK-ARM\build.bat
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# 方式二：Keil IDE
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# 打开 MDK-ARM\STM32F407-Demo.uvprojx → Build (F7)
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```
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退出码：0 = 成功 | 1 = 有警告 | 2+ = 错误
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编译日志：`MDK-ARM/build_log.txt`
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### 烧录
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```bash
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MDK-ARM\download.bat
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```
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## 驱动开发指南
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### CH395F 以太网
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- 单连接模式：Socket 0 复用监听和数据通道
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- 中断统一处理：所有中断在 `net_poll()` 中通过 `GET_GLOB_INT_STATUS` 集中读取清除
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- SPI 事务必须用 `ch395f_spi_begin()` / `ch395f_spi_end()` 包裹
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- SPI 分频系数必须为 8（PCB 设计限制）
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### GD5F2GQ5UE NAND Flash
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- 三层软件栈：FatFS → dhara FTL → NAND 驱动
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- FTL 提供 LBA 映射、磨损均衡、坏块管理、垃圾回收
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- 物理分区：全部 2048 块用于 FTL + FatFS
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### 网络层 (NET)
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- BSD Socket API 抽象：`net_socket.h/c`
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- select/poll I/O 多路复用：`net_select.h/c`
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- 线程安全通过消息队列（`netMsgQueue`）实现
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- 所有 CH395F 操作在 netTask 中串行处理
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### 时间子系统
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- SD2506 RTC 提供初始时间
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- sys_clock 将 RTC 时间转为 Unix epoch 墙钟基准
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- timeSyncTask 通过 TCP 同步墙钟时间
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## 自动化测试
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### 启动测试
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```bash
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# 一键测试：构建 → 串口捕获 → 烧录 → 日志校验
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powershell -ExecutionPolicy Bypass -File test\run_boot_test.ps1
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```
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退出码：0 = PASS | 1 = FAIL | 2 = 错误
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### 测试模块
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| 模块 | 测试文件 | 说明 |
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|------|----------|------|
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| CH395F 硬件 | `ch395f_test_task.c` | SPI 通信、寄存器读写 |
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| NAND Flash | `gd5f_test_task.c` | 页读写、块擦除、ECC |
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| 网络层 | `net_test_task.c` | BSD Socket、TCP/UDP |
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| RTC | `sd2506_test_task.c` | 时间读写、温度、电池 |
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| 存储性能 | `storage_test_task.c` | FTL/FatFS 读写速度 |
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### 串口调试
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通过 `serial-mcp-server` 自主读取 USART1 串口打印：
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- 端口配置：`.opencode/serial_config.json`
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- 详见 `docs/测试说明/serial-mcp-server_串口调试.md`
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## 开发规范
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### 源码编辑安全
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**铁律**：绝不用 `Get-Content` / `Set-Content` / `cmd` 重写含中文的源码文件，会导致不可逆乱码。
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- **改代码只用 Edit 工具**（精确子串替换）
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- 发现乱码先评估能否用 Edit 修复，不要急着 `git checkout`
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### CubeMX 生成文件
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- `Inc/` 和 `Src/` 中的文件带有 `USER CODE BEGIN`/`END` 标记
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- 自定义代码必须写在这些区域之间
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- `Drivers/BSP/` 下的驱动文件为纯手工代码，不受 CubeMX 保护
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### 编译验证
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**所有代码修改后必须编译通过（0 错误 0 警告）才能提交。**
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### 新增文件
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新文件需手动添加到 Keil MDK 工程才能编译。
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## 关键文件索引
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| 文件 | 说明 |
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| `Src/main.c` | 程序入口，CubeMX 生成 + USER CODE 区域 |
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| `Src/freertos.c` | FreeRTOS 任务创建 |
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| `App/app_main.c` | 应用初始化流程编排 |
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| `App/task/net_task.c` | 网络任务主循环 |
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| `App/sys_events.h` | 系统就绪事件定义 |
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| `App/app_cfg.h` | 功能模块编译开关 |
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| `Drivers/BSP/CH395F/ch395f.c` | 以太网控制器驱动 |
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| `Drivers/BSP/GD5F2GQ5UE/gd5f2gq5ue.c` | NAND Flash 驱动 |
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| `Drivers/BSP/NET/net_socket.c` | BSD Socket API |
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| `MDK-ARM/build.bat` | 编译脚本 |
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| `test/run_boot_test.ps1` | 自动化测试脚本 |
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## 已知问题
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详见 `docs/问题记录/` 目录：
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- `CH395F_Trap_Records.md` — 以太网控制器已知陷阱
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- `GD5F2GQ5UE_Trap_Records.md` — NAND Flash 已知陷阱
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- `SD2506_Trap_Records.md` — RTC 已知陷阱
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## 文档
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- `docs/项目启动顺序管理.md` — Event Flags 就绪屏障设计
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- `docs/STM32F4-Base存储架构说明.md` — 三层存储软件栈详解
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- `docs/嵌入式C语言代码规范（V1.0）.md` — 代码规范
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- `docs/测试说明/自动化测试流程.md` — 测试流程说明
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- `docs/芯片手册/` — 硬件数据手册
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## 许可证
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本项目为私有项目，未经授权不得分发。
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