wandering1
73941da6b1
为 task_watchdog.c 的判定逻辑（位图取走清零 / 必需掩码 0x37 判定 / miss_streak 连续 8 次停喂 / 100ms 抽样节流 / tick 回绕安全）补一层 主机侧纯逻辑单元测试，弥补此前只能靠真机或模拟器才能发现回归的空白。 架构（沿用项目既有"共享核心 + 平台后端"做法，参照 cfg_file_store）： - task_watchdog.h 末段新增"平台后端（内部）"声明 3 个钩子 （wd_platform_feed / _start / _tick_ms），MCU 端以 __weak 提供默认实现， 行为与重构前逐字一致（@build 0 错误 0 警告，Flash +20B）。 - 主机侧单测以同名强符号覆盖三钩子，即可离线注入/观测，无需碰 MCU 代码。 - 测试文件 #include 生产源文件本身，保证测的是真代码而非副本。 - 测试专用复位 task_wd_test_reset() 仅 TASK_WATCHDOG_UNIT_TEST 下编入， MCU 构建零代码零符号。 测试（test/host/watchdog/，MSVC 离线编译，纯标准库驱动）： - 39 项断言全过（退出码 0）；注入故障可复现退出码 1。 - run_unit_test.py 直接拼 INCLUDE/LIB 调 cl.exe，绕开本机被禁的 reg.exe。 - stub/ 三桩头覆盖 main.h / iwdg.h / dbg_log.h。 门禁：pre-commit 新增 watchdog-unit-test 本地钩子（L0.5 层），仅被测文件 或其测试变动时触发；测试开发标准流程.md 新增 L0.5 层说明。 顺带改善：task_watchdog.c 的节流基线 s_last_tick 由函数内 static 提为文件 static（可测性 + 模块状态归一）。
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11 KiB
C
275 lines
11 KiB
C
/*
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* 模块名称：Task Watchdog（IWDG + 任务心跳位图）
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* 模块功能：把独立看门狗（IWDG）与"全部任务存活"绑定，使单任务死锁/饿死/
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* 断言挂死可自动复位恢复，而非人工断电。
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* 核心语义：喂狗 = "所有被监视任务都在抽样窗口内动过"。
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* 适用平台：STM32F407ZGTx + FreeRTOS（CMSIS-RTOS V2）
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* 作者：王建锋
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* 创建日期：2026-09-29
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* 修改记录：
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* v1.0 2026-09-29 王建锋 创建：心跳位图 + 抽样判定 + IWDG 延后启动
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*
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* 设计依据：docs/子系统设计/看门狗设计说明.md
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* - §3.1 为何不用"每任务各自喂狗"（那只检测全系统同时挂死）
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* - §3.3 为何用"单字位图 + 取走清零"（免临界区，天然原子）
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* - §4.3 超时与窗口的取值推导（含 LSI 偏快 47kHz 的最坏情况校验）
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* - §4.5 为何由 defaultTask 在 bring-up 完成后启动
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* - §5.3 为何"停喂"而不直接 NVIC_SystemReset（保留 IWDGRSTF 权威归因）
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*
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* ⚠ 本模块不创建任何 FreeRTOS/CMSIS-RTOS 对象，可安全用于内核启动前后的上下文。
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*
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* === 可测性设计（2026-10-01）===
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* 硬件访问（IWDG 寄存器读写 / HAL_GetTick）下沉到 task_watchdog.h 末段声明的
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* 三个 __weak 钩子（wd_platform_feed / _start / _tick_ms）；MCU 端默认实现见
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* 文件末尾，行为与重构前逐字一致。判定状态机因此成为纯逻辑，主机侧单测
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* （test/host/watchdog/）以强符号覆盖这三个钩子后即可离线穷举验证。
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* 详见 docs/测试说明/看门狗单元测试说明.md。
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*/
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#include "task_watchdog.h"
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#include "main.h" /* HAL_GetTick()（HAL 时基 = TIM7，1ms） */
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#include "iwdg.h" /* hiwdg 参数来源（CubeMX 生成，见 Src/iwdg.c） */
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#define DBG_TAG "[WD]"
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#include "dbg_log.h"
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/* Private defines -----------------------------------------------------------*/
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/* 抽样周期：defaultTask 主循环为 50ms 基准，100ms 是其整数倍（见 §4.3） */
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#define WD_POLL_PERIOD_MS 100u
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/* 连续未达标容忍次数：8 × 100ms = 800ms。
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* 需容纳 NAND 擦写（最坏数百 ms）等长耗时操作，同时远小于 IWDG 最坏超时
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* 1701ms，保证"停喂后仍能复上电"（§4.3 的包含关系） */
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#define WD_MISS_TOLERANCE 8u
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/* IWDG 超时参数：PR=4 → 64 分频；RLR=1249
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* 标称 64 × 1249 / 32000 ≈ 2498 ms
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* 最坏 64 × 1249 / 47000 ≈ 1701 ms（LSI 偏快时超时变短，按最坏校核） */
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#define WD_IWDG_PRESCALER 4u
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#define WD_IWDG_RELOAD 1249u
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/* Private types -------------------------------------------------------------*/
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/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
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||
/* 心跳位图：各任务只置位，校验者"取走并清零"。
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* 单字读-改-写在 Cortex-M4 上天然原子，无需临界区（§3.3） */
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static volatile uint32_t s_hb_bits;
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static uint32_t s_miss_streak; /* 连续未达标轮数（达到容忍上限即停喂） */
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||
static uint32_t s_miss_total; /* 累计未达标轮数（观测用） */
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||
static uint32_t s_last_mask; /* 上次抽样到的位图（定位卡死任务用） */
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static uint32_t s_started; /* 1 = IWDG 已启动 */
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static uint32_t s_last_tick; /* 上次抽样时刻（100ms 节流基准） */
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||
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||
/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
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static uint32_t wd_required_mask(void);
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||
/* Private functions ---------------------------------------------------------*/
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||
/*
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* 函数功能：必需心跳位掩码（编译期按构建配置生成）
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* 入口参数：无
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* 返回值：本次构建要求"必须动过"的任务位集合
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||
* 限定条件：无
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||
* 函数说明：按 §4.1/§4.2 的设计，监视范围随构建配置变化：
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* - testTask 仅在启用测试套件时创建
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* - netTask 在 ENABLE_HW_LAYER_TESTS 下入口即自挂起（不干活），
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||
* 不要求其心跳，否则该构建永不喂狗
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||
* 注：ftpTask 当前统一纳入（其主循环为 lftpd 事件循环，需在
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||
* lftpd 侧埋点；若某构建下 ftpTask 不创建，句柄检查兜底）。
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||
*/
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static uint32_t wd_required_mask(void) {
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||
uint32_t m = (1u << (uint32_t)TASK_WD_DEFAULT)
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||
| (1u << (uint32_t)TASK_WD_NET)
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||
| (1u << (uint32_t)TASK_WD_FTP)
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||
| (1u << (uint32_t)TASK_WD_UI)
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||
| (1u << (uint32_t)TASK_WD_TIMESYNC);
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||
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||
/* netTask 自挂起（CH395F 由 testTask 独占）：不要求心跳 */
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#if defined(ENABLE_HW_LAYER_TESTS)
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m &= ~(1u << (uint32_t)TASK_WD_NET);
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#endif
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return m;
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}
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/* Public functions ----------------------------------------------------------*/
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/*
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* 函数功能：任务心跳置位
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* 入口参数：id - 任务 ID（见 task_watchdog.h）
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||
* 返回值：无
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* 限定条件：可在任意上下文调用（单字写，无内核对象依赖）
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||
* 函数说明：各任务在自己的主循环里调用。仅 1~2 条指令。
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*/
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void task_wd_beat(task_wd_id_t id) {
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||
if ((uint32_t)id < (uint32_t)TASK_WD_ID_MAX) {
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||
s_hb_bits |= (1u << (uint32_t)id);
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||
}
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||
}
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||
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||
/*
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* 函数功能：启动 IWDG（延后启动，由 defaultTask 在 bring-up 完成后调用）
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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：仅 defaultTask 调用；须在 osKernelStart 之后（本函数只用 HAL/寄存器）
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||
* 函数说明：MX_IWDG_Init() 已把参数填入全局 hiwdg（Prescaler/Reload 由 CubeMX
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||
* 在 Src/iwdg.c 生成区维护），但不启动（见该文件 IWDG_DEFER_START 注释）。
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||
* 此处才真正写 IWDG_Key 启动——使"启动段不喂狗"成立（§4.5）。
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||
* IWDG 一旦启动不可停，只能靠复位终止。
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||
*/
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||
void task_wd_start(void) {
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||
if (s_started != 0u) {
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||
return;
|
||
}
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||
s_started = 1u;
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||
|
||
/* 启动前先喂一次：让首个抽样窗口从"启动时刻"起算，
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||
* 而非从 MX_IWDG_Init 的时刻起算（避免启动后立即超时） */
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||
wd_platform_feed(); /* 重装计数器（喂狗） */
|
||
wd_platform_start(); /* 启动看门狗 */
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||
|
||
DBG_INFO("[WD] armed: timeout ~2498ms (worst ~1701ms), miss_tol=800ms");
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||
}
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||
|
||
/*
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||
* 函数功能：心跳抽样与喂狗判定（defaultTask 主循环调用）
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||
* 入口参数：无
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||
* 返回值：无
|
||
* 限定条件：仅 defaultTask 主循环调用（唯一喂狗者）；内部节流到 100ms 一次
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||
* 函数说明：取走并清零位图 → 与必需掩码比较：
|
||
* 全中 → 清零缺失计数并喂狗；
|
||
* 有缺 → 累计；连续达到 WD_MISS_TOLERANCE 次后**停止喂狗**，
|
||
* 让 IWDG 自然溢出复位（这样 RCC_CSR 记录的是权威的
|
||
* IWDGRSTF，而不是 NVIC_SystemReset 留下的 SFTRSTF —— §5.3）。
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||
*/
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||
void task_wd_poll(void) {
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||
uint32_t now;
|
||
uint32_t snapshot;
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||
|
||
if (s_started == 0u) {
|
||
return; /* 未启动：不做任何判定 */
|
||
}
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||
|
||
now = wd_platform_tick_ms();
|
||
if ((now - s_last_tick) < WD_POLL_PERIOD_MS) {
|
||
return; /* 节流：非 100ms 边界直接返回 */
|
||
}
|
||
s_last_tick = now;
|
||
|
||
snapshot = s_hb_bits; /* 读 */
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||
s_hb_bits = 0u; /* 清：语义 = "自上次抽样以来谁动过" */
|
||
s_last_mask = snapshot;
|
||
|
||
if (snapshot == wd_required_mask()) {
|
||
s_miss_streak = 0u;
|
||
wd_platform_feed(); /* 全员健康：喂狗 */
|
||
return;
|
||
}
|
||
|
||
/* 有任务缺席：累计（不喂狗） */
|
||
s_miss_total++;
|
||
if (s_miss_streak < WD_MISS_TOLERANCE) {
|
||
s_miss_streak++;
|
||
}
|
||
|
||
if (s_miss_streak >= WD_MISS_TOLERANCE) {
|
||
/* 连续 800ms 有任务未动过 → 已停喂 → 约 2.5s 后 IWDG 复位。
|
||
* 最后遗言走裸 UART（不依赖内核、不遍历指针、有界长度）。 */
|
||
DBG_ERROR("[WD] task stall: mask=0x%08X req=0x%08X miss=%lu",
|
||
(unsigned)snapshot,
|
||
(unsigned)wd_required_mask(),
|
||
(unsigned long)s_miss_total);
|
||
}
|
||
}
|
||
|
||
/*
|
||
* 函数功能：读上次抽样到的位图（观测/自检用）
|
||
*/
|
||
uint32_t task_wd_last_mask(void) {
|
||
return s_last_mask;
|
||
}
|
||
|
||
/*
|
||
* 函数功能：读累计未达标轮数（观测/自检用）
|
||
*/
|
||
uint32_t task_wd_miss_count(void) {
|
||
return s_miss_total;
|
||
}
|
||
|
||
/*
|
||
* 函数功能：查询 IWDG 是否已启动（观测/自检用）
|
||
*/
|
||
uint32_t task_wd_is_armed(void) {
|
||
return (s_started != 0u) ? 1u : 0u;
|
||
}
|
||
|
||
/* Platform layer (MCU defaults, weak) ---------------------------------------*/
|
||
|
||
/*
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||
* 以下三个 __weak 为 MCU 端默认实现，行为与重构前逐字一致。
|
||
* 主机侧单测提供同名强符号覆盖（链接器优先取强符号）以实现离线可观测。
|
||
* 声明见 task_watchdog.h 末段"平台后端（内部）"；详见
|
||
* docs/测试说明/看门狗单元测试说明.md。
|
||
*
|
||
* 主机侧单测（同编译单元 #include 本文件）需回避这组默认定义与自身桩重名，
|
||
* 故由 TASK_WATCHDOG_UNIT_TEST 守卫：该宏下不编入默认实现，仅留桩。
|
||
*/
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||
#ifndef TASK_WATCHDOG_UNIT_TEST
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||
/*
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||
* 函数功能：重装 IWDG 计数器（喂狗）——MCU 端默认实现
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||
* 入口参数：无
|
||
* 返回值：无
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||
* 函数说明：写 IWDG->KR = 0xAAAA。100ms 级高频路径，故不经 HAL 封装。
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||
*/
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||
__weak void wd_platform_feed(void) {
|
||
IWDG->KR = 0x0000AAAAu; /* 重装计数器（喂狗） */
|
||
}
|
||
|
||
/*
|
||
* 函数功能：启动 IWDG——MCU 端默认实现
|
||
* 入口参数：无
|
||
* 返回值：无
|
||
* 函数说明：写 IWDG->KR = 0xCCCC（不可逆，之后只能靠复位停止）。
|
||
*/
|
||
__weak void wd_platform_start(void) {
|
||
IWDG->KR = 0x0000CCCCu; /* 启动看门狗（不可逆） */
|
||
}
|
||
|
||
/*
|
||
* 函数功能：读单调毫秒时基——MCU 端默认实现
|
||
* 入口参数：无
|
||
* 返回值：HAL 时基毫秒计数（32 位回绕安全，调用方用无符号差比较）
|
||
* 函数说明：HAL 时基 = TIM7（1ms），非 SysTick。
|
||
*/
|
||
__weak uint32_t wd_platform_tick_ms(void) {
|
||
return (uint32_t)HAL_GetTick();
|
||
}
|
||
|
||
#endif /* !TASK_WATCHDOG_UNIT_TEST */
|
||
|
||
/* Test-only hooks (compiled out unless TASK_WATCHDOG_UNIT_TEST) --------------*/
|
||
|
||
/*
|
||
* 函数功能：复位判定状态机到"刚上电"（仅主机侧单元测试使用）
|
||
* 入口参数：无
|
||
* 返回值：无
|
||
* 限定条件：仅当定义 TASK_WATCHDOG_UNIT_TEST 时存在
|
||
* 函数说明：把 s_started / 位图 / 计数 / 节流基线全部清零，使各用例互相独立。
|
||
* MCU 构建不定义该宏 → 零代码、零符号。
|
||
*/
|
||
#ifdef TASK_WATCHDOG_UNIT_TEST
|
||
void task_wd_test_reset(void) {
|
||
s_hb_bits = 0u;
|
||
s_miss_streak = 0u;
|
||
s_miss_total = 0u;
|
||
s_last_mask = 0u;
|
||
s_started = 0u;
|
||
s_last_tick = 0u;
|
||
}
|
||
#endif
|