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18 KiB
C
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C
/*
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* 模块名称：Console Single-Writer Logging — 控制台单写者日志（USART1）实现
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* 模块功能：控制台单写者日志的环形缓冲 + 唯一写者发送实现（API 见 console_log.h）；
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* 兼载 MicroLIB printf 底层 fputc 重定向
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* 适用平台：STM32F407ZGTx（仅 MCU 端）
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* 作者：王建锋
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* 创建日期：2026-09-24
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* 修改记录：
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* 2026-09-24 王建锋 创建（自 Src/usart.c USER CODE 区迁出，实现逻辑不变，
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* 仅变更文件位置：HAL 库生成文件不得包含应用代码）
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* 2026-10-02 王建锋 僵尸通道喂狗节奏保护（台架 gen-288 实证）：round-3 的
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* "单次 drain 预算 250ms" 只限单次调用——ORE 锁存在外设软复位后
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* 毫秒级重锁（PA10 悬空 + RX 使能），背靠背 drain 每轮再耗 100ms
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* 块超时 → 主循环周期拉到 450~500ms → 100ms 节流的喂狗抽样间隙
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* 超过 IWDG 最坏容限 1.7s → 停喂 → 误复位（且心跳位全员健康、
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* 无 stall 日志，纯节奏性饥饿）。修复：发送故障后立即结束本轮
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* drain 并进入 300ms 发送冷却（冷却期内 drain 直接让位主循环），
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* 保证喂狗节奏 ≤ ~300ms。根治（USART1 TX-only 灭 ORE 机制）
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* 另行推进（.ioc 结构性修改 + CubeMX 重生成，见待处理内容①）。
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* 2026-10-02 王建锋 round 8b 加固：发送超时判据改用 DWT CYCCNT（时间源无关）。
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* 台架 round 8a 取证（实机测试规划.md §0.5.4.2）定位到：defaultTask
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* 冻结在 console 突发行内、无 STALL、复位为 IWDGRSTF。唯一自洽机理 =
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* HAL_UART_Transmit 的超时判据 `HAL_GetTick() - Tickstart` 依赖
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* TIM7 的 uwTick —— TIM7 一旦停摆，超时永不成立 → 写者死等 TXE →
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* 唯一喂狗者停摆 → IWDG 复位。本改动给"裸发送"与"缓冲满等待"两处
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* 都换成 DWT 周期计数硬上界（DWT 使能失败时退回旧 HAL 行为）。
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* 另加 USART1 未初始化（huart1.Instance == NULL）短路：防止在
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* HAL_Init 早期/断言-故障上报路径上解引用 NULL 读写地址 0。
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*/
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#include "console_log.h"
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#include <stdio.h>
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#include "usart.h"
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#include "FreeRTOS.h"
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#include "task.h"
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#include "cmsis_os.h"
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#include "sys_events.h"
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#include "sys_log.h"
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/* ===== 控制台单写者日志（2026-09-24 加固，HardFault 定位结论驱动）=====
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* 背景：旧路径 DBG_* → printf → fputc **每字符一次** HAL_UART_Transmit。HAL 的锁只保证
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* "单字节"原子，任务切换发生在字符之间 → 两行日志逐字符交错（2026-09-24 崩溃前
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* 实测："[2026-[2026-0909-24 15:2-24 15:27:37:39]…"）；更严重的是字符串指针一旦
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* 被破坏，脏指针会直接进入 UART 缓冲遍历（同日 HardFault：BFAR=0x10010000 恰为
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* CCM 末尾+1，PC 落在 HAL_UART_Transmit 的缓冲读取处）。
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* 架构：**defaultTask 是唯一串口发送者**；其余任务/上下文只把文本写入环形缓冲。
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* ① 行级原子：整行在一次临界区内拷入环形缓冲，写者按块一次 HAL_UART_Transmit
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* 发出 → 行与行不可能再交错（UART 只有这一个调用点）；
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* ② 指针可控：进 UART 的缓冲恒为本文件的环形缓冲，调用方脏指针再也到不了 UART；
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* ③ 写者未注册（内核启动早期/裸机）或中断上下文：回退直接阻塞发送（无并发或必须裸发）。
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* 约束：不新增任务、不动态分配；环形缓冲为 BSS（SRAM1，非 CCM），无 DMA 可达性冲突。
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*/
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#define DBG_CON_RING_SIZE 4096U /* 环形缓冲字节数（必须为 2 的幂） */
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#define DBG_CON_CHUNK_MAX 256U /* 写者单次 HAL_UART_Transmit 字节上限 */
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#define DBG_CON_WAIT_MS 200U /* 缓冲满时生产者最长等待（ms），仍满则丢弃并计数 */
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#define DBG_CON_TX_TIMEOUT_MS 100U /* 单次发送超时：256B 块 @115200 标称 22ms；僵尸通道限时 + 自愈 */
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#define DBG_CON_DRAIN_BUDGET_MS 250U /* 单次 drain 连续发送上限：让位喂狗轮询（缺失容忍 800ms） */
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#define DBG_CON_FAULT_COOL_MS 300U /* 故障后发送冷却：ORE 锁存毫秒级重锁，背靠连发无益
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且拖长主循环周期 → 喂狗节奏饥饿（gen-288 实证）；
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冷却期内 drain 只让位、不发送，下轮重试 */
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/* ==== round 8b：与时间源无关的硬上界（DWT CYCCNT）====
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* HAL_UART_Transmit 的超时判据是 `HAL_GetTick() - Tickstart > Timeout`，而 HAL 时基
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* = TIM7 的 uwTick。TIM7 停摆 → 超时永不成立 → 写者死等 TXE → 唯一喂狗者停摆 →
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* IWDG 误复位（round 8a 台架现场）。改用 DWT CYCCNT（内核硬件周期计数，不依赖任何
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* 中断/uwTick）做判据；DWT 使能失败时退回 HAL_UART_Transmit（旧行为，功能不退化）。 */
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#define CON_TX_TIMEOUT_CYC (SystemCoreClock / 10U) /* 发送硬上界 = 100ms 对应周期数 */
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#define CON_APPEND_WAIT_CYC (SystemCoreClock / 5U) /* 缓冲满等待硬上界 = 200ms 对应周期数 */
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static uint8_t s_con_ring[DBG_CON_RING_SIZE];
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static volatile uint16_t s_con_head; /* 生产者写入位置 */
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static volatile uint16_t s_con_tail; /* 写者读取位置 */
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static volatile uint32_t s_con_drop; /* 因缓冲满丢弃的行数 */
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static volatile uint32_t s_con_tx_fault; /* TX 失败（僵尸通道）次数，均经外设软复位自愈 */
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static volatile uint32_t s_con_cool_until; /* 故障冷却截止 tick（0 = 无冷却） */
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static volatile uint8_t s_con_draining; /* 1 = 处于 drain 中（重入保护） */
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static volatile uint8_t s_con_writer_up; /* 1 = 写者已注册（此后走环形缓冲） */
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static volatile uint8_t s_con_dwt_up; /* 1 = DWT CYCCNT 已使能（硬上界基准可用） */
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static TaskHandle_t s_con_writer_task; /* 写者任务句柄（自等保护用） */
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/*
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* 函数功能：计算环形缓冲已用字节数（head-tail 差值回绕取模，无锁）
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* 入口参数：无
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* 返回值：已用字节数 uint16_t
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*/
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static uint16_t con_used(void) {
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return (uint16_t)((uint16_t)(s_con_head - s_con_tail) & (DBG_CON_RING_SIZE - 1U));
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}
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/*
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* 函数功能：惰性使能 DWT 周期计数器（时间源无关的硬上界基准）
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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：任意上下文可调（幂等；纯寄存器写，不创建任何内核对象）
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||
* 函数说明：CoreDebug->DEMCR.TRCENA=1 → DWT->CYCCNT=0 → DWT->CTRL.CYCCNTENA=1；
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||
* 使能成功置 s_con_dwt_up=1（供超时判据选择），失败保持 0（退回 HAL 超时）。
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||
* 在 Cortex-M4 上 DWT 恒存在；失败仅可能出现在调试单元被硬件关闭时。
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||
*/
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static void con_dwt_ensure(void) {
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if (s_con_dwt_up != 0U) {
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return;
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}
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CoreDebug->DEMCR |= CoreDebug_DEMCR_TRCENA_Msk;
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DWT->CYCCNT = 0U;
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DWT->CTRL |= DWT_CTRL_CYCCNTENA_Msk;
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||
if ((DWT->CTRL & DWT_CTRL_CYCCNTENA_Msk) != 0U) {
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s_con_dwt_up = 1U;
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||
}
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||
}
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/*
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* 函数功能：有界裸发送（不依赖 uwTick / HAL 超时）
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* 入口参数：p_buf - 待发数据；len - 字节数（调用方已限 ≤ DBG_CON_CHUNK_MAX）
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||
* 返回值：HAL_OK - 已全部写入发送寄存器；HAL_TIMEOUT - 有界上界内未完成
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||
* 限定条件：USART1 已初始化
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* 函数说明：寄存器级轮询 TXE/TC，超时判据用 DWT CYCCNT（CON_TX_TIMEOUT_CYC）；
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||
* DWT 未使能时退回 HAL_UART_Transmit（旧行为）。本函数只做 TX，
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||
* 不触碰 RX/错误标志——僵尸通道自愈由调用方按返回值处理。
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||
* ⚠ USART1 未初始化（huart1.Instance == NULL，如 HAL_Init 早期或
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||
* 断言/故障上报路径）时立即返回 HAL_ERROR：否则会解引用 NULL 去读写
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||
* 地址 0（flash 别名区）→ 在故障处理里再触发故障（2026-10-02 台架实测）。
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*/
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||
static HAL_StatusTypeDef con_tx_bounded(const uint8_t *p_buf, uint16_t len) {
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||
USART_TypeDef *u;
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uint32_t t0;
|
||
uint16_t i;
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||
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||
con_dwt_ensure();
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||
if (huart1.Instance == NULL) {
|
||
return HAL_ERROR; /* USART1 未初始化：无可用通道，安全让位 */
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||
}
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||
if (s_con_dwt_up == 0U) {
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||
return HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)p_buf, len, DBG_CON_TX_TIMEOUT_MS);
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||
}
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u = huart1.Instance;
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t0 = DWT->CYCCNT;
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||
for (i = 0U; i < len; i++) {
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while ((u->SR & USART_SR_TXE) == 0U) {
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||
if ((uint32_t)(DWT->CYCCNT - t0) >= CON_TX_TIMEOUT_CYC) {
|
||
return HAL_TIMEOUT; /* 有界：本块放弃（调用方自愈） */
|
||
}
|
||
}
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||
u->DR = (uint16_t)p_buf[i];
|
||
}
|
||
while ((u->SR & USART_SR_TC) == 0U) {
|
||
if ((uint32_t)(DWT->CYCCNT - t0) >= CON_TX_TIMEOUT_CYC) {
|
||
return HAL_TIMEOUT;
|
||
}
|
||
}
|
||
return HAL_OK;
|
||
}
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||
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/*
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* 函数功能：控制台裸发送（异常/早期路径专用：有界、单次、不加锁）
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||
* 入口参数：buf - 文本缓冲；len - 字节数（超上限截断）
|
||
* 限定条件：串口已初始化；仅用于写者未注册、中断/异常上下文、崩溃上报
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||
* 函数说明：走 con_tx_bounded（DWT 硬上界），tick 停摆时仍能在有界时间内返回。
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||
*/
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||
void dbg_console_write_raw(const char *buf, unsigned len) {
|
||
if ((buf == NULL) || (len == 0U)) {
|
||
return;
|
||
}
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||
if (len > DBG_CON_CHUNK_MAX) {
|
||
len = DBG_CON_CHUNK_MAX;
|
||
}
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||
(void)con_tx_bounded((const uint8_t *)buf, (uint16_t)len);
|
||
}
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||
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||
/*
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||
* 函数功能：注册控制台写者（defaultTask 在进入主循环前调用一次）
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||
* 函数说明：注册后生产者改走环形缓冲；未注册时直接阻塞发送（内核启动早期）
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||
*/
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||
void dbg_console_writer_attach(void) {
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||
s_con_writer_task = xTaskGetCurrentTaskHandle();
|
||
s_con_writer_up = 1U;
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||
}
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||
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||
/*
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||
* 函数功能：USART1 僵尸通道自愈（清错误锁存 + 整外设重初始化）
|
||
* 函数说明：RX 悬空噪声（PA10 未接线）锁存的 ORE/NE/FE/PE 使 HAL 轮询 TX 恒快速失败
|
||
* （控制台静默、系统不复位）；发送器卡死状态则使 TXE 等待耗满超时（冻结唯一
|
||
* 写者 → 看门狗误复位，2026-10-02 台架实证）。外设软复位清锁存与卡死状态后
|
||
* 重新初始化，故障时间被单块超时限定
|
||
*/
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||
static void con_uart_reinit(void) {
|
||
__NVIC_ClearPendingIRQ(USART1_IRQn);
|
||
__HAL_RCC_USART1_CLK_DISABLE();
|
||
__HAL_RCC_USART1_CLK_ENABLE();
|
||
huart1.gState = HAL_UART_STATE_RESET;
|
||
huart1.RxState = HAL_UART_STATE_RESET;
|
||
huart1.ErrorCode = HAL_UART_ERROR_NONE;
|
||
(void)MX_USART1_UART_Init();
|
||
}
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||
|
||
/*
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||
* 函数功能：排空环形缓冲（仅写者任务调用）
|
||
* 函数说明：按块一次 con_tx_bounded 发出（DWT 硬上界，不依赖 uwTick）；每块完成后
|
||
* 再推进读指针（临界区保护）；发送失败 → 外设软复位自愈（丢当前块）；
|
||
* 单次调用最多连续发 DBG_CON_DRAIN_BUDGET_MS 后让位主循环，保证看门狗轮询
|
||
* 不被僵尸通道饿死
|
||
*/
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||
void dbg_console_drain(void) {
|
||
uint16_t used;
|
||
uint32_t t0;
|
||
|
||
if (s_con_writer_up == 0U) {
|
||
return;
|
||
}
|
||
if (s_con_draining != 0U) {
|
||
return; /* 重入保护：写者自记录不触发嵌套 drain */
|
||
}
|
||
|
||
s_con_draining = 1U;
|
||
t0 = (uint32_t)HAL_GetTick();
|
||
|
||
/* 故障冷却：僵尸通道（ORE 重锁）秒内不自愈，冷却期内不发送——
|
||
* 本轮 drain 直接让位主循环，保住喂狗节奏（gen-288 停喂误复位的
|
||
* 直接诱因 = 背靠连发的块超时链）。无符号差值跨 49.7 天回绕安全 */
|
||
if (s_con_cool_until != 0U) {
|
||
if ((uint32_t)(t0 - s_con_cool_until) < DBG_CON_FAULT_COOL_MS) {
|
||
s_con_draining = 0U;
|
||
return;
|
||
}
|
||
s_con_cool_until = 0U;
|
||
}
|
||
|
||
while ((used = con_used()) != 0U) {
|
||
uint16_t tail;
|
||
uint16_t contig;
|
||
uint16_t n;
|
||
HAL_StatusTypeDef st;
|
||
|
||
tail = s_con_tail;
|
||
contig = (uint16_t)(DBG_CON_RING_SIZE - tail); /* 到环尾的连续段 */
|
||
n = (used < contig) ? used : contig;
|
||
|
||
if (n > DBG_CON_CHUNK_MAX) {
|
||
n = DBG_CON_CHUNK_MAX;
|
||
}
|
||
st = con_tx_bounded(&s_con_ring[tail], n);
|
||
taskENTER_CRITICAL();
|
||
s_con_tail = (uint16_t)((uint16_t)(s_con_tail + n) & (DBG_CON_RING_SIZE - 1U));
|
||
taskEXIT_CRITICAL();
|
||
|
||
if (st != HAL_OK) {
|
||
/* 僵尸通道：软复位自愈 + 进入发送冷却（ORE 毫秒级重锁，
|
||
* 继续背靠连发只会把主循环耗在块超时链上）；本块丢弃
|
||
* （行已出环，不可重放） */
|
||
con_uart_reinit();
|
||
s_con_tx_fault++;
|
||
s_con_cool_until = (uint32_t)HAL_GetTick();
|
||
if (s_con_tx_fault == 1U) {
|
||
static const char note[] = "\r\n[WARN] CONSOLE tx fault: UART reinit (self-healed)\r\n";
|
||
|
||
syslog_post(SYSLOG_RUN, "console tx fault, uart reinit"); /* 仅 run.log，不入自检判定 */
|
||
(void)dbg_console_write_raw(note, (unsigned)sizeof(note) - 1U);
|
||
}
|
||
break; /* 故障即止：本轮 drain 到此为止，让位主循环 */
|
||
}
|
||
|
||
if ((uint32_t)(HAL_GetTick() - t0) >= DBG_CON_DRAIN_BUDGET_MS) {
|
||
break; /* 预算用尽：让位主循环（看门狗轮询），下轮续排 */
|
||
}
|
||
}
|
||
|
||
s_con_draining = 0U;
|
||
|
||
/* 丢弃可观测性：缓冲满丢行必须显式可见（否则会掩盖开机自检/测试标记的丢失） */
|
||
if (s_con_drop != 0U) {
|
||
char note[64];
|
||
uint32_t d = s_con_drop;
|
||
int n;
|
||
|
||
s_con_drop = 0U;
|
||
n = snprintf(note, sizeof(note), "\r\n[ERR] CONSOLE dropped %lu lines\r\n",
|
||
(unsigned long)d);
|
||
if (n > 0) {
|
||
if (n > (int)sizeof(note) - 1) {
|
||
n = (int)sizeof(note) - 1;
|
||
}
|
||
dbg_console_write_raw(note, (unsigned)n);
|
||
}
|
||
}
|
||
}
|
||
|
||
/*
|
||
* 函数功能：把一段文本放入控制台（写者已注册）/直接发出（未注册或中断上下文）
|
||
* 返回值：0 - 已入缓冲或已直发；-1 - 缓冲满丢弃（计入 dbg_console_dropped）
|
||
* 函数说明：生产者不持锁等待过久：最多 DBG_CON_WAIT_MS，仍满则丢弃该行；
|
||
* 写者自身记录日志时先排空缓冲，避免自等。
|
||
* 等待上界优先用 DWT 真实时间（CON_APPEND_WAIT_CYC，时间源无关）——
|
||
* tick 停摆时 vTaskDelay 本身也会停，故不能用它作唯一判据（round 8b）。
|
||
*/
|
||
static int con_append(const char *buf, uint16_t len) {
|
||
uint32_t waited = 0U;
|
||
uint32_t d0 = 0U;
|
||
uint8_t have_dwt = 0U;
|
||
|
||
if ((buf == NULL) || (len == 0U)) {
|
||
return -1;
|
||
}
|
||
|
||
if ((s_con_writer_up == 0U) || (__get_IPSR() != 0U)) {
|
||
dbg_console_write_raw(buf, len);
|
||
return 0;
|
||
}
|
||
if (len > (DBG_CON_RING_SIZE / 2U)) {
|
||
len = (uint16_t)(DBG_CON_RING_SIZE / 2U); /* 超长保护（正常路径不会触发） */
|
||
}
|
||
|
||
if ((xTaskGetCurrentTaskHandle() == s_con_writer_task) && (s_con_draining == 0U)) {
|
||
dbg_console_drain(); /* 写者自己记录：先腾空，避免自等（drain 进行中则跳过，防嵌套） */
|
||
}
|
||
|
||
con_dwt_ensure();
|
||
if (s_con_dwt_up != 0U) {
|
||
d0 = DWT->CYCCNT;
|
||
have_dwt = 1U;
|
||
}
|
||
|
||
for (;;) {
|
||
uint16_t used = con_used();
|
||
uint16_t free_space = (uint16_t)((DBG_CON_RING_SIZE - 1U) - used);
|
||
|
||
if (free_space >= len) {
|
||
break;
|
||
}
|
||
if (have_dwt != 0U) {
|
||
if ((uint32_t)(DWT->CYCCNT - d0) >= CON_APPEND_WAIT_CYC) {
|
||
s_con_drop++;
|
||
return -1;
|
||
}
|
||
} else if (waited >= DBG_CON_WAIT_MS) {
|
||
s_con_drop++;
|
||
return -1;
|
||
}
|
||
vTaskDelay(1);
|
||
waited++;
|
||
}
|
||
|
||
taskENTER_CRITICAL();
|
||
{
|
||
uint16_t head = s_con_head;
|
||
uint16_t first = (uint16_t)(DBG_CON_RING_SIZE - head);
|
||
uint16_t i;
|
||
|
||
if (first > len) {
|
||
first = len;
|
||
}
|
||
for (i = 0U; i < first; i++) {
|
||
s_con_ring[head + i] = (uint8_t)buf[i];
|
||
}
|
||
for (i = first; i < len; i++) {
|
||
s_con_ring[(uint16_t)((uint16_t)(head + i) & (DBG_CON_RING_SIZE - 1U))] =
|
||
(uint8_t)buf[i];
|
||
}
|
||
s_con_head = (uint16_t)((uint16_t)(head + len) & (DBG_CON_RING_SIZE - 1U));
|
||
}
|
||
taskEXIT_CRITICAL();
|
||
|
||
if (sys_evtHandle != NULL) {
|
||
(void)osEventFlagsSet(sys_evtHandle, SYS_EVT_CONSOLE_TX); /* 唤醒写者 */
|
||
}
|
||
return 0;
|
||
}
|
||
|
||
/*
|
||
* 函数功能：把一行已格式化的文本交给单写者控制台（生产者入口，**非可变参数**）
|
||
* 入口参数：line - 整行文本（含结尾换行）；len - 字节数
|
||
* 返回值：写入字节数；-1 - 参数非法或被丢弃
|
||
* 函数说明：整行一次入环形缓冲 → 行级原子（不会与他行交错）；调用方缓冲随即可复用。
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* 刻意不用自研可变参数函数（规范 S12 7.6）；格式化由 DBG_PRINT 宏内
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* 库 snprintf 在调用点完成。
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*/
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int dbg_console_write_line(const char *line, unsigned len) {
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if ((line == NULL) || (len == 0U)) {
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return -1;
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}
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if (len > DBG_CON_LINE_MAX) {
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len = DBG_CON_LINE_MAX; /* 截断（丢尾，保开头的标记信息） */
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}
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if (con_append(line, (uint16_t)len) != 0) {
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return -1;
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}
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return (int)len;
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}
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/*
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* 函数功能：已丢弃的日志行数（诊断用）
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*/
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uint32_t dbg_console_dropped(void) {
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return s_con_drop;
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}
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/*
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* 函数功能：已发生的 TX 故障（僵尸通道自愈）次数（诊断用）
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*/
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uint32_t dbg_console_tx_fault(void) {
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return s_con_tx_fault;
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}
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/*
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* 函数功能：MicroLIB printf 底层重定向（库内部/遗留 printf 调用）
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* 函数说明：同样只把字节交给单写者路径；未注册写者时直发（与旧行为一致）
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*/
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int fputc(int ch, FILE *f) {
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uint8_t b = (uint8_t)ch;
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(void)f;
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(void)con_append((const char *)&b, 1U);
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return ch;
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}
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