STM32F4-Base

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。

硬件平台

• MCU: STM32F407ZGTx @ 168MHz (HSE 8MHz → PLL M=4/N=168/P=2)
• 封装: LQFP144
• RTOS: FreeRTOS V10.3.1 (CMSIS-RTOS V2)

外设接口

外设	接口	引脚	说明
CH395F 以太网	SPI2	PB12 CS, PB13 SCK, PB14 MISO, PB15 MOSI	10/100M 以太网控制器
GD5F2GQ5UE NAND	SPI1	PE0 CS, PB3 SCK, PB4 MISO, PB5 MOSI, PB8 WP, PE1 HOLD	256MB SPI NAND Flash
TPAFE5160 ADC	并行16位	PG0-PG15 数据, PC8 RD, PC9 CONVST, PC7 BUSY, PA8/PA11/PA12 OS0~2	高精度 ADC
USART1	串口	PA9 TX, PA10 RX	115200bps 调试串口
6x LED	GPIO	PC4, PC5, PB1, PB2, PF11, PF12	低电平点亮
RS-485	UART4	PC10 TX, PC11 RX, PA15 DE	半双工通信（B2 暂缓，见 docs/任务规划/暂缓-RS485.md）

项目架构

flowchart TB
    subgraph APP["应用层 (App/)"]
        direction LR
        A1["app/app_main.c"] ~~~ A2["task/net_task.c"] ~~~ A3["task/ui_task.c"] ~~~ A4["sync/time_sync.c"] ~~~ A5["algo/（L1~L3）"]
    end
    subgraph BSP["驱动层 (Drivers/BSP/)"]
        direction LR
        B1["CH395F"] ~~~ B2["GD5F2GQ5UE"] ~~~ B3["TPAFE5160"] ~~~ B4["SD2506"] ~~~ B5["RS485"] ~~~ B6["UI"]
    end
    subgraph MW["中间件 (Middlewares/ & Lib/)"]
        direction LR
        C1["FreeRTOS"] ~~~ C2["FatFs"] ~~~ C3["dhara FTL"] ~~~ C4["LVGL"]
    end
    subgraph HAL["HAL 层 / CMSIS"]
        direction LR
        D1["STM32F4xx_HAL_Driver/"] ~~~ D2["CMSIS/"]
    end
    HW["硬件 (STM32F407ZGTx)"]
    APP --> BSP --> MW --> HAL --> HW

更详细的全景架构（六层分层 + 任务与就绪屏障 + 启动时序 + 存储/网络/UI 栈 + 目录组织）见 docs/架构设计/项目架构总览.md。

启动流程

main.c
  ├─ HAL_Init()
  ├─ SystemClock_Config()           // 168MHz 系统时钟
  ├─ MX_GPIO/DMA/UART/SPI/I2C/ADC/TIM/IWDG_Init()  // CubeMX 外设初始化
  ├─ app_main_init()                // 应用层初始化（时间→RS485→NAND→ADC→采集算法→诊断）
  │   ├─ syslog_mcu_init()                       // 日志先进 RAM 暂存（内核前安全）
  │   ├─ sd2506_init() + sys_clock_init()        // 时间子系统优先（墙钟基准）
  │   ├─ rs485_init()
  │   ├─ gd5f2gq5ue_init()                       // 含 BBT 全片扫描
  │   ├─ tpafe5160_init()
  │   ├─ adc_input_init()                        // L1 采集层（语义映射 + STM32 ADC1 DMA）
  │   ├─ phasor_init() / freq_init() / prot_set_init() + prot_elm_init()  // L2/L3 内核前就绪
  │   ├─ SD2506 诊断（ID/时间/温度/电池）
  │   └─ HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3)           // 启动 TIM3 1kHz 采样节拍
  ├─ osKernelInitialize()
  ├─ MX_FREERTOS_Init()            // 创建 9 任务 + 事件组 + 消息队列
  └─ osKernelStart()               // 启动调度器

FreeRTOS 任务

任务	栈大小	优先级	职责
defaultTask	1280 words	Normal	FTL + FatFS 挂载、配置引擎属主、syslog 唯一写者
netTask	960 words	Normal	网络初始化 + CH395F 轮询（消费 NET_RECONFIG 按代次重建监听）
ftpTask	1024 words	Normal	FTP 服务（等待网络+存储就绪）
testTask	2048 words	BelowNormal	硬件测试入口
uiTask	4096 words	BelowNormal	LVGL UI 界面
timeSyncTask	640 words	Normal	墙钟时间同步
adcTask	640 words	AboveNormal	TPAFE5160 采样（TIM3 1kHz 事件驱动 + 原子快照 + STM32 ADC DMA，纯消费者）
iec104Task	640 words	Normal	IEC 60870-5-104 上行（:2404 监听，遥信/遥测/定值区）
protectTask	512 words	Normal	保护判据 20ms 节拍（L3 元件 + 采样故障闭锁，B5）

上表与 Src/freertos.c 的 osThreadAttr_t 一致（2026-10-14 校准，9 任务）；改动栈大小前先读 docs/内存管理/RAM使用分析与优化方案.md 的定栈规则与 docs/任务规划/基线与待确认.md 的内存预算项。

任务启动顺序管理

使用 CMSIS-RTOS v2 Event Flags 实现就绪屏障（readiness barrier）：

• SYS_EVT_NET_READY (bit 0): netTask 置位
• SYS_EVT_STORAGE_READY (bit 1): defaultTask 置位
• SYS_EVT_FTP_READY (bit 2): ftpTask 置位（预留）
• SYS_EVT_TIMESYNC_READY (bit 3): timeSyncTask 置位（预留）

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。

目录结构

每个自建代码目录都有 README.md（说明目录职责、文件清单与改前须知）—— 下表是全局地图，各目录 README 是局部细节。约定见 docs/文档规范.md §1.1b。

STM32F4-Base/
├── Src/                    # CubeMX 生成的源文件（USER CODE 区域可编辑）
│   ├── main.c             # 程序入口
│   ├── freertos.c         # FreeRTOS 任务创建
│   ├── gpio.c / dma.c / spi.c / i2c.c / usart.c
│   └── stm32f4xx_hal_msp.c / stm32f4xx_it.c
├── Inc/                    # CubeMX 生成的头文件
│   ├── main.h / FreeRTOSConfig.h / stm32f4xx_hal_conf.h
│   └── gpio.h / dma.h / spi.h / i2c.h / usart.h
├── App/                    # 应用层代码
│   ├── app/               # 应用入口与全局（app_main / app_cfg / sys_events）
│   ├── algo/              # 采集与算法层（L1 adc_input / L2 phasor+freq / L3 prot_set+prot_elm）
│   ├── cfg/               # 配置引擎（cfg_file 解析/持久化/迁移 + 存储后端）
│   ├── fs/                # 卷锁（vol_lock，syslog/cfg/lftpd 三条路径 try 语义）
│   ├── sync/              # 时间同步（time_sync 任务）
│   ├── log/               # 日志（sys_log 运行/自检记录、console_log 控制台单写者）
│   ├── task/              # FreeRTOS 任务实现
│   │   ├── default_task.c/h # 存储挂载 + 配置引擎属主 + syslog 写者
│   │   ├── net_task.c/h   # 网络任务
│   │   ├── ui_task.c/h    # UI 任务
│   │   ├── adc_task.c/h   # ADC 任务（L1/L2 纯消费者，TIM3 1kHz 唤醒）
│   │   ├── iec104_serv.c/h # IEC 60870-5-104 上行服务
│   │   ├── protect_task.c/h # 保护判据任务（L3 20ms 节拍）
│   │   └── rs485_task.c/h # RS-485 任务（已实现，未创建，B2 暂缓）
│   ├── util/              # 工具函数（crc / ringbuf / sys_clock）
│   └── protocol/          # 通信协议（预留）
├── Drivers/
│   ├── BSP/               # 板级驱动（手工编写）
│   │   ├── CH395F/        # 以太网控制器驱动
│   │   ├── GD5F2GQ5UE/    # NAND Flash 驱动 + FTL
│   │   ├── TPAFE5160/     # ADC 驱动
│   │   ├── SD2506/        # RTC 驱动
│   │   ├── RS485/         # RS-485 通信驱动
│   │   ├── NET/           # BSD Socket API 网络抽象层
│   │   │   ├── net_socket.c/h  # Socket API
│   │   │   ├── net_events.c/h  # 芯片边沿事件处理 + 100ms 周期对账
│   │   │   ├── net_listener.c/h # 监听生命周期（请求登记 + 单一重建执行者）
│   │   │   ├── net_pending.c/h  # 阻塞 recv/send 挂起请求表（SEND 二期已落地）
│   │   │   ├── net_select.c/h  # select/poll 多路复用
│   │   │   └── lftpd/          # 轻量 FTP 服务器
│   │   ├── NETCFG/        # 网络配置（/config.ini [network] 段加载/保存）
│   │   ├── UI/            # LVGL UI 组件
│   │   └── dbg_log.h / dbg_cfg.h  # 调试日志（DBG_INFO 等）
│   ├── STM32F4xx_HAL_Driver/  # ST HAL 库
│   └── CMSIS/             # ARM CMSIS
├── Lib/                    # 第三方库
│   ├── dhara/             # NAND FTL 算法
│   ├── FatFs/             # FAT 文件系统
│   └── lvgl/              # 图形库
├── Middlewares/
│   └── Third_Party/FreeRTOS/  # FreeRTOS 内核
├── MDK-ARM/               # Keil 工程
│   ├── STM32F407-Demo.uvprojx  # 工程文件
│   ├── *_probe.py         # 台架探针（TCP 复连 / FTP 中止等）
│   └── startup_stm32f407xx.s  # 启动文件
├── test/                  # 测试代码与脚本
│   ├── board/             # 板端测试套件（编入固件）
│   │   ├── test_config.c/h     # 套件选择开关（互斥）
│   │   ├── ch395f_test_task.c/h # CH395F 测试
│   │   ├── gd5f_test_task.c/h   # NAND Flash 测试
│   │   ├── sd2506_test_task.c/h # RTC 测试
│   │   ├── storage_test_task.c/h # 存储性能测试
│   │   ├── net_test_task.c/h    # 网络层测试
│   │   └── net_latency_test.c/h # 链路时延探针
│   └── host/              # 主机端脚本（PC 侧；@test 入口已迁至 .dsh/skills/serial-boot-test/）
│       ├── ch395f_socket_test.py # Socket 通信测试
│       ├── ftp_test.py / ftp_up_dl_test.py / ftp_regression.py / ftp_integrity_test.py / ftp_capture.py
│       ├── e02_probe.py         # E-02 专项探针
│       ├── latency_peer.py      # 链路时延 PC 对端
│       └── time_sync_server.py  # 时间同步推送服务
├── docs/                   # 项目文档（全量索引见 docs/README.md）
│   ├── README.md           # 文档索引：目录结构 + 推荐阅读顺序 + 全量清单
│   ├── 任务规划/            # 统一待办登记簿（README 排序权威 + 拆分文件）
│   ├── 架构设计/           # 项目架构总览 / 存储架构 / 启动顺序 / 配图流程 / 引用关系图
│   ├── 子系统设计/         # 配置 / 网络 / 墙钟 / 日志 / 运行自检记录 设计说明
│   ├── 网络/               # BSD Socket API 使用指南 + 内部函数调用关系
│   ├── 测试说明/           # 测试标准流程、各模块测试指南、串口助手、烧录复位
│   ├── 代码规范/           # C 代码规范、pre-commit / cppcheck 使用说明
│   ├── 内存管理/           # RAM 使用分析与优化方案 + 快照数据（data/）
│   ├── 问题记录/           # 各模块 Trap Records、专项审计与项目评审报告
│   ├── 环境与部署/         # 环境搭建与部署核对清单
│   ├── UI设计/            # LVGL UI：架构 / 菜单页面 / 制作流程 / 字体 / 模拟器 / 自动化测试 + mockups
│   ├── 硬件平台/           # 网表分析报告与语义图
│   ├── 芯片手册/           # 外部芯片数据手册（只读资料）
│   └── images/             # 文档技术配图（SVG 产物，脚本生成）
├── scripts/                # pre-commit 本地钩子脚本
│   ├── check_coding_standard.py  # 代码规范机械检查
│   └── check_mojibake.py         # U+FFFD 乱码检查
├── simulator/              # LVGL PC 模拟器（CMake + SDL2，与 MCU 共用 UI 源码）
│   ├── CMakeLists.txt     # 模拟器构建脚本
│   ├── main.c             # 模拟器入口（SDL → LVGL → 菜单 → 主循环）
│   ├── sim/               # 平台层（sim_port 显示/输入、net_socket_sim、推流/网口配置 backend）
│   ├── lv_conf.h          # LVGL 配置（1bpp + SDL）
│   ├── i1_to_png.py       # 截图 I1(1bpp) → PNG 转换工具
│   ├── tests/             # 无头回归脚本 + 黄金参考（菜单像素回归 / 内容页黄金参考）
│   └── SDL2/              # SDL2 2.32.10 预编译库
├── tools/                  # 开发工具
│   └── font_gen/          # 中文字体生成工具
├── ui_cn_chars.txt        # 中文字体字符集
├── requirements.txt       # Python 依赖清单（统一 .venv 环境，见 AGENTS.md「Python 环境」）
├── STM32F407-Demo.ioc     # CubeMX 工程文件
├── .pre-commit-config.yaml # pre-commit 钩子配置
├── .gitlint               # commit message 检查规则
├── .dsh/skills/           # DSH 项目级 skill（编译/烧录/串口采集/闭环 + 流程类）
├── .serialtest/           # 串口测试档案（串口端口单一配置源 + 烧录/标记参数）
└── AGENTS.md              # AI 开发规范

构建系统

环境要求

• Keil MDK-ARM v5 (ARMCC 编译器)
• Python 3（统一入口为仓库内 .venv，依赖见 requirements.txt，重建方法见 AGENTS.md「Python 环境」）
• ST-Link 或兼容调试器

编译

# 方式一：命令行编译（推荐；= keil-build skill）
& '.venv\Scripts\python.exe' .dsh\skills\keil-build\scripts\keil_build.py

# 方式二：Keil IDE
# 打开 MDK-ARM\STM32F407-Demo.uvprojx → Build (F7)

退出码：0 = 成功 | 1 = 有警告 | 2+ = 错误

编译日志：MDK-ARM/build_log.txt

烧录

& '.venv\Scripts\python.exe' .dsh\skills\stlink-flash\scripts\stlink_flash.py flash

LVGL PC 模拟器

PC 端 UI 开发调试（无需烧录 MCU，与 MCU 共用 Drivers/BSP/UI/ 源码），详见 docs/UI设计/LVGL模拟器部署与使用说明.md：

& "simulator\build_sim.bat"        # 一键构建（自动探测本机 VS2019/2022/2026 生成器）
# 运行 simulator\build\Debug\lvgl_sim.exe

UI 改动回归门禁（菜单像素回归 + 内容页黄金参考 + 池水位校验）：

.venv\Scripts\python.exe simulator/tests/check_menu_rows.py
.venv\Scripts\python.exe simulator/tests/check_content_pages.py

详见 docs/UI设计/UI_自动化测试流程.md。

驱动开发指南

CH395F 以太网

• 单连接模式：Socket 0 复用监听和数据通道
• 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
• SPI 事务必须用 ch395f_spi_begin() / ch395f_spi_end() 包裹
• SPI 分频系数必须为 8（PCB 设计限制）

GD5F2GQ5UE NAND Flash

• 三层软件栈：FatFS → dhara FTL → NAND 驱动
• FTL 提供 LBA 映射、磨损均衡、坏块管理、垃圾回收
• 物理分区：全部 2048 块用于 FTL + FatFS

网络层 (NET)

• BSD Socket API 抽象：net_socket.h/c
• 事件处理与周期对账：net_events.c（芯片边沿事件 + 100ms 对账，net_poll() 内分派）
• 监听生命周期单一所有者：net_listener.c（net_listener_request 只登记意图、net_listener_tick 唯一执行）
• 阻塞挂起请求表：net_pending.c（recv 一期 / SEND 二期已落地；调用方铁律 sent < len）
• select/poll I/O 多路复用：net_select.h/c
• 线程安全通过消息队列（netMsgQueue）实现
• 所有 CH395F 操作在 netTask 中串行处理
• 网口配置保存后经 SYS_EVT_NET_RECONFIG 按网络代次号重建监听（新 IP 免重启生效）

时间子系统

• SD2506 RTC 提供初始时间
• sys_clock 将 RTC 时间转为 Unix epoch 墙钟基准
• timeSyncTask 通过 TCP 同步墙钟时间

自动化测试

启动测试

# 一键测试：串口捕获 → 烧录 → 日志校验（2026-09-20 起为纯 Python 标准库实现）
& '.venv\Scripts\python.exe' .dsh/skills/serial-boot-test/scripts/run_boot_test.py

退出码：0 = PASS | 1 = FAIL | 2 = 错误

测试模块

模块	测试文件	说明
CH395F 硬件	ch395f_test_task.c	SPI 通信、寄存器读写
NAND Flash	gd5f_test_task.c	页读写、块擦除、ECC
网络层	net_test_task.c	BSD Socket、TCP/UDP
RTC	sd2506_test_task.c	时间读写、温度、电池
存储性能	storage_test_task.c	FTL/FatFS 读写速度

主机端测试脚本（Python）

脚本	说明
ch395f_socket_test.py	Socket 通信测试
ftp_test.py	FTP 服务器基础测试
ftp_up_dl_test.py	FTP 上传/下载测试
ftp_regression.py	FTP 功能回归（会话流程全序列）
ftp_integrity_test.py	FTP 传输完整性压测（多轮 SHA-256 校验）
ftp_capture.py	FTP 流量抓取
time_sync_server.py	时间同步推送服务（PC → 板子）

串口调试

通过仓库内置 Python 串口助手（.dsh/skills/serial-assistant/）自主读取 USART1 串口打印：

• 端口配置：.serialtest/config.json（单一配置源）
• 用法详见 docs/测试说明/串口助手使用指南.md，设计见 docs/测试说明/串口助手设计说明.md

开发规范

源码编辑安全

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。

• 改代码只用 Edit 工具（精确子串替换）
• 发现乱码先评估能否用 Edit 修复，不要急着 git checkout

CubeMX 生成文件

• Inc/ 和 Src/ 中的文件带有 USER CODE BEGIN/END 标记
• 自定义代码必须写在这些区域之间
• Drivers/BSP/ 下的驱动文件为纯手工代码，不受 CubeMX 保护

编译验证

所有代码修改后必须编译通过（0 错误 0 警告）才能提交。

新增文件

新文件需手动添加到 Keil MDK 工程才能编译。

自动化代码审查（pre-commit）

每次 git commit 自动执行检查，任一失败即拦截提交：

• 行尾空格 / 文件尾换行（自动修复）
• 大文件 / 冲突标记 / YAML 语法（拦截）
• cppcheck 静态分析：warning / performance / portability / style 四类，发现问题即拦截
• 代码规范检查：头文件保护宏、命名（宏大写/_t 后缀）、函数注释、default 分支、禁用 strcpy/sprintf/goto/Tab 等（规范 V1.0 可机械校验项）
• U+FFFD 乱码（拦截，不可逆损坏）
• commit message 格式（gitlint，拦截）

本地钩子脚本：scripts/check_coding_standard.py、scripts/check_mojibake.py（由 .pre-commit-config.yaml 引用）。

# 新机器启用钩子
pre-commit install
# 全库扫描（配置变更后验证）
pre-commit run --all-files

详见 docs/代码规范/pre-commit使用说明.md 与 docs/代码规范/cppcheck使用说明.md。

关键文件索引

文件	说明
Src/main.c	程序入口，CubeMX 生成 + USER CODE 区域
Src/freertos.c	FreeRTOS 任务创建
App/app/app_main.c	应用初始化流程编排
App/task/net_task.c	网络任务主循环
App/app/sys_events.h	系统就绪事件定义
App/app/app_cfg.h	功能裁剪的决策占位说明（当前无宏；原未接线占位开关 2026-10-22 已删）
Drivers/BSP/CH395F/ch395f.c	以太网控制器驱动
Drivers/BSP/GD5F2GQ5UE/gd5f2gq5ue.c	NAND Flash 驱动
Drivers/BSP/NET/net_socket.c	BSD Socket API
Drivers/BSP/NET/net_events.c	芯片边沿事件处理 + 周期对账
Drivers/BSP/NET/net_listener.c	监听生命周期（单一重建所有者）
App/algo/prot_elm.h	L3 保护元件框架（判据消费入口）
.dsh/skills/keil-build/scripts/keil_build.py	编译脚本（@build）
.dsh/skills/serial-boot-test/scripts/run_boot_test.py	自动化测试脚本

已知问题

详见 docs/问题记录/ 目录：

• CH395F_Trap_Records.md — 以太网控制器已知陷阱
• GD5F2GQ5UE_Trap_Records.md — NAND Flash 已知陷阱
• SD2506_Trap_Records.md — RTC 已知陷阱

文档

📚 全量文档索引见 docs/README.md（目录结构 + 推荐阅读顺序 + 按角色导航）。

文档	说明
docs/README.md	文档索引（全量清单 + 阅读顺序 + 新增文档约定）
docs/架构设计/项目架构总览.md	项目全景架构（六层分层 + 任务/就绪屏障 + 启动时序 + 存储/网络/UI 栈 + 目录组织）
docs/环境与部署/项目部署环境要求.md	部署环境要求（开发机 / 目标板 / 网络与现场 / 远端客户端）+ 分步安装命令 + 下载来源速查 + 验收清单
docs/架构设计/STM32F4-Base存储架构说明.md	三层存储软件栈详解（FatFS → dhara FTL → NAND）
docs/架构设计/项目启动顺序管理.md	Event Flags 就绪屏障设计
docs/子系统设计/系统墙钟时间维护说明.md	RTC + 墙钟时间子系统
docs/子系统设计/网络配置说明.md	网口设置页配置（UI 可改的 IP/掩码/网关/MAC：持久化 + 立即生效 + 页面操作）
docs/网络/BSD_Socket_API_使用指南.md	BSD Socket API 使用指南（net_socket / net_select：线程安全 / 快速开始 / TCP / UDP / I/O 多路复用 / 事件回调 / API 参考 / 常见问题）
docs/网络/Net层阻塞模型架构设计.md	NET 阻塞模型（挂起请求表五路语义，recv 一期 / SEND 二期已落地）
docs/网络/网络自愈架构设计.md	网络自愈架构（监听重建 / 沉降隔离 / 周期对账）
docs/子系统设计/IEC104上行设计说明.md	IEC 60870-5-104 上行（:2404 监听，B4）
docs/子系统设计/ADC采样节拍设计说明.md	TIM3 1kHz 采样节拍（两片转换器同源硬件驱动）
docs/UI设计/UI_设计架构.md	LVGL UI 系统架构（菜单 / 内容页 / 内存预算）
docs/UI设计/菜单页面设计.md	菜单导航行为、数据流与内容页设计
docs/UI设计/UI_界面制作流程.md	参考图 → 设计规格 → LVGL 代码管线（P0~P4 门禁）
docs/UI设计/UI_中文字体生成与配置.md	中文字体生成与配置
docs/UI设计/LVGL模拟器部署与使用说明.md	LVGL PC 模拟器部署
docs/UI设计/UI_自动化测试流程.md	UI 回归门禁（脚本 + 池水位常量 + 黄金参考更新）
docs/代码规范/嵌入式C语言代码规范_V1.0.md	C 语言代码规范
docs/代码规范/pre-commit使用说明.md	自动化代码审查部署与使用
docs/代码规范/cppcheck使用说明.md	cppcheck 规则、配置与误报抑制
docs/测试说明/自动化测试流程.md	构建 → 烧录 → 串口校验闭环
docs/测试说明/	各模块测试指南（CH395F / NAND / FTP / RTC / 串口调试）
docs/测试说明/测试开发标准流程.md / docs/测试说明/测试文档模板规范.md	测试开发流程与文档模板
docs/问题记录/	已知陷阱与解决方案（CH395F / NAND / RTC）
docs/芯片手册/	硬件数据手册

许可证

本项目为私有项目，未经授权不得分发。