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STM32F4-Base/docs/子系统设计/系统墙钟时间维护说明.md
T
super_agent_bot a91640dc6e
CI / 静态门禁 (pre-commit) (push) Failing after 6m12s
CI / 主机侧单测 (MSVC) (push) Failing after 1m14s
CI / 静态门禁 (pre-commit) (pull_request) Failing after 45s
CI / 主机侧单测 (MSVC) (pull_request) Failing after 44s
feat(net/udp): UDP 数据面并入 netMsgQueue 串行执行(#73)
前置来自 #57 SNTP 调研:旧 net_sendto / net_recvfrom 由调用方直调
SPI 且无限自旋收包,既违约「netTask 是芯片唯一访问者」,又把 IWDG
预算吃在自旋里。

改造面
- 新增 Drivers/BSP/NET/net_udp.c/.h(真机专属,模拟器不编译):
  bind/set_peer/sendto/recvfrom 四条执行体 + 挂起收包表 + tick;
  net_msg_type_t 加四型,公开 API 一律「入队 → 睡在通知上」。
- 源地址出参不搭 net_msg_t(按值拷贝,AGENTS 禁加回传字段):改住
  net_udp.c 的 per-fd 槽,netTask 就地写回调用方内存,通知值只带
  结果码;每条出口都清槽,泄漏 = 该 fd 永久 BUSY。
- 发送复用 net_send_locked,不写第二份分块逻辑;「会话是否已死」
  收成一条判据 net_send_state_down()(TCP 看 ESTABLISHED、UDP 看
  UDP_OPEN),原先 4 处各写一遍。
- 顺带修掉真缺陷(新条 TRAP-NET-22):旧 sendto 把 DesIP 写成具体
  IP,芯片静默切 UDP Client,而旧 recvfrom 无条件剥 8 字节 → SNTP
  这类 48 B 应答丢载荷前 8 字节并交出垃圾源地址。加 udp_mode(塞进
  原有 padding,sizeof 不变)、bind 恒 SERVER、显式对端 sendto 切
  CLIENT、set_peer(fd, NULL) 轻量回 SERVER,仅 SERVER 且 avail >= 8
  才剥头。
- 截断定案:一次调用交付一个数据报,buf 装不下的尾巴用 64 B 栈上
  scratch 排空(不用 clear_recv_buf——它连后面已到达的包一起丢)。
- 取消点接齐:net_init 重建 cancel_all、net_socket 分配 fd clear、
  net_close settle_close + clear、重 bind 前先结算等包者,
  net_process_messages 第 5 个 tick 位挂 net_udp_tick。
- 收紧两处契约(原实现无生产调用者):UDP 未 bind 一律 -5;
  net_recv / _nb / _to 拒 DGRAM(绕过剥头就是静默吃 8 字节);
  NET_ERR_NOT_IN_NETTASK(-12) 退役为历史常量并写明原因。

验证
- 主机单测 test/host/net_socket 全套 616/616 绿(改造前 470):新
  分片 ns_s7_udp.c 20 组,改写 440 / 555 / 560 组;覆盖率
  net_udp.c 234/236(99.2%)、net_socket.c 956/969(98.7%),
  scripts/test_coverage_baseline.json 随本提交登记新文件。
- 测试抓到 4 个被测码真 bug:自等守卫误用调用侧谓词、芯片长度被读
  两次、槽指针取在 fd 合法性检查之前、重 bind 静默作废等待者。
- Keil ARMCC 0 Error(s) 0 Warning(s);net_udp.o Code 1,358 / ZI 224
  (8 fd × 28 B,其余模块零增长),全仓 RW_IRAM1 72.2%;内存台账
  受管区按门禁提示用 --write / --update 机器回填,未手改数字。
- pre-commit 全量钩子(含 doc-links、coding-standard、mem-budget、
  generated-fresh、bsp-err、registration、nested-comment)全绿。

限度
- 本轮无板子:真机回归 5 条(两端互通、set_peer(NULL) 能否恢复收
  广播、截断排空后下一包完整性、挂起 recv 期间 IWDG 余量、bind 写
  DesIP 与 open 先后的真芯片效果)已写进覆盖率口径「台架必验」。
- scripts/stack_report.py 退出码 1 是 10-26 起挂在账上的 iec104Task
  栈债(margin 1,016 < 1,024,见 docs/代码规范/pre-commit使用说明.md:
  122);本轮只让 net_bind 的 UDP 分支多一层静态帧(1,544 → 1,600),
  netTask margin 1,888 与 timeSyncTask 1,152 不受影响。抬栈要过
  mem-budget 台账,不在本分支自行处理。
- 登记簿销项按仓库约定留给主工作树,本分支不动 docs/任务规划/**。
2026-11-03 18:11:20 +08:00

24 KiB
Raw Blame History

系统墙钟时间维护 设计说明

模块:App/util/sys_clock.c / App/util/sys_clock.h 依赖:SD2506API-G RTC 驱动(Drivers/BSP/SD2506/)、HAL(HAL_GetTick()) 适用平台:STM32F407ZGTx(Cortex-M4,168MHz),I2C1 接 SD2506 作者:王建锋 创建日期:2026-07-19


1. 概述

系统需要一个"墙钟时间"(wall clock,即真实日历时间 YYYY-MM-DD HH:MM:SS),用于:

  • 日志/调试信息打时间戳;
  • 文件系统的文件创建/修改时间(FatFS 需要);
  • 业务逻辑中基于真实时间的判定(定时、超时、调度等);
  • 对外接口(如 FTP LIST 返回的文件时间、SNTP/NTP 校时等)。

本模块在 SD2506 硬件 RTC(掉电保持) 与 HAL 系统节拍(运行期计时) 之间做桥接:

  • 启动时从 SD2506 读取一次真实时间,换算为 Unix 时间戳,建立"墙钟基准";
  • 运行期间不再频繁访问 I2C RTC,而是以 HAL Tick 流逝量 推算当前时间,避免每次取时都走 I2C 总线;
  • 仅在 sys_clock_set() 被调用(如用户校时、SNTP 同步)时,才把时间写回 SD2506 实现掉电保持。

1.1 时基口径:内部一律本地钟面(用户裁定 2026-10-27)

裁定原文:「时基先本地为准」。 定的是冲突时谁赢:面板时钟页与 8888 对时把「本地钟面当 epoch」写入, 而 104 的 C_CS NA(对时命令)携的是 UTC,两条写入口后写者赢 ⇒ 装置墙钟与主机本地时刻恒差 8 小时。 本裁定结束「后写者赢」:内部真源 = 本地钟面,任何来源写入前都要先换算成本地钟面再落库。

这条同时也纠正了本文自己的矛盾(这才是 8 小时的根):§2 曾写 epoch = 「自 1970-01-01 00:00:00 UTC 起的秒数」,而 §15 的网络校时协议字段写的是「本地 Unix 时间戳,与电脑显示一致」——两处口径不同,代码 按后者走。现在 §2 已改成「本地时间戳」口径。

为什么选本地:日志时标、UI 显示、FAT 文件时间三者都是给现场电气工程师读的,跟装置所在地钟面一致 才没有解释成本;装置不存时区、不做夏令时,也就没有「时区参数配错」这一类故障。

⚠ 本裁定没有回答的部分(送检前必须单独定):104 上行时标 CP56Time2a 按标准应发 UTC,而现在 iec104_epoch_ms_to_cp56() 是把内部值直接按 UTC 分解发出(即发出去的是本地钟面值)。两条出路: ① 上行前 −时区偏移转 UTC(标准符合,但要给装置一个时区常量,与「不存时区」相冲);② 维持现状发本地 值(现场与主站同时区时看着正确,第三方主站按 UTC 解读会差 8 小时)。在送检/第三方主站验收方向定下来 之前,本仓不改 iec104_asdu.c 的分解逻辑——它不是 bug 修复,是产品对外语义决定。


2. 角色与依赖

角色 提供方 说明
硬件实时钟(RTC) SD2506API-G 温补晶振,带备份电池,掉电后继续走时;I2C1(PB6-SCL/PB7-SDA)
系统节拍 HAL_GetTick() 毫秒级计数,HAL 时基由 TIM7 提供(168MHz 主频派生,精度远高于走时需求)
Unix 时间戳 本模块计算 本地时间戳:把本地钟面按 UTC 记法数出来的秒数(uint32_t),内部不加任何时区偏移(口径见 §1.1)
时间结构 sd2506_time_t SD2506 驱动定义,year 为完整年份(2000~2099),含 week

调用顺序(见 Src/main.c):

app_main_init();      /* 外设/日志等前置初始化 */
sd2506_init();        /* 初始化 RTC(I2C 通信、24h 制、充电配置) */
sys_clock_init();     /* 读取 RTC → 建立墙钟基准 */

必须在 sd2506_init() 之后调用 sys_clock_init();其余 sys_clock_* 接口必须在 sys_clock_init() 之后使用。


3. 核心思想:基准法(drift-free 维持)

为什么不每次都读 RTC?

  • SD2506 走 I2C,单次读取有总线开销与阻塞延迟;
  • RTC 自身已足够精确,无需运行时反复校准;
  • 运行期真正变化的只是"过了多少时间",由 HAL Tick 提供。

因此模块只在初始化(sys_clock_init)与显式设置(sys_clock_set)时接触 RTC,其余时刻用以下公式维持时间:

当前 Unix 秒数 = s_base_unix_secs + (HAL_GetTick() - s_base_tick) / 1000

其中 (now_tick - s_base_tick) 为 unsigned 模减法:Tick 每 ~49.7 天(2³² ms)回绕一次时,单次回绕本身被模运算无缝吸收。但差值窗口必须始终小于一整圈——否则连续运行超过 49.7 天后差值混叠,"过了 2.5 天" 与 "过了一整圈 + 2.5 天" 无法区分,墙钟整体倒退一圈。因此 sys_clock_get() 内置惰性再基准化(§7):窗口达到 30 天时把基准向前平移(墙钟值不变、窗口清零,亚秒余数结转,无损),窗口恒 < 49.7 天,任意长连续运行均无回绕。


4. 内部数据结构

App/util/sys_clock.c 中定义两个静态变量作为墙钟基准:

static volatile uint32_t s_base_tick = 0;          /* HAL_GetTick() 基准(建立基准时的 Tick 值) */
static volatile uint32_t s_base_unix_secs = UINT32_MAX;  /* 基准对应的 Unix 秒数;初始为 UINT32_MAX 表示"未建立" */
  • s_base_tick:sys_clock_init() / sys_clock_set() 时采样;运行期另由 sys_clock_get() 的惰性再基准化(§7)每 30 天平移一次。
  • s_base_unix_secs:与 s_base_tick 同一时刻的 Unix 秒数;sys_clock_get() 以它为锚推算当前值。
  • 二者均带 volatile(跨任务共享:更新只发生在 sys_clock_init / sys_clock_set / 再基准化临界区,读取可能发生在任意任务/中断上下文)。

注:app_main.c(app_main_init)调用 sys_clock_init();使用方含 dbg_log(日志时间戳)、ffsystem(文件时间戳)、time_sync(对时)等。


5. 对外 API

函数 功能 返回值 限定条件
int sys_clock_init(void) 从 SD2506 读取初始时间,建立墙钟基准(含可选校时) 0 - 成功;-1 - RTC 不可用(启用默认值宏时降级为默认时间基准,墙钟仍可用) sd2506_init() 已调用
uint32_t sys_clock_get(void) 获取当前 Unix 时间戳(秒) 当前秒数;未初始化返回 UINT32_MAX sys_clock_init() 已调用
char *sys_clock_get_str(char *buf, size_t buf_size) 获取格式化字符串 YYYY-MM-DD HH:MM:SS buf 指针;未初始化输出 ----/--/-- --:--:-- buf 有效且 buf_size ≥ 20
int sys_clock_set(uint32_t unix_secs, const sd2506_time_t *sd_time) 更新基准,可写回 SD2506 0(始终成功) unix_secs 为合法时间戳

sys_clock_init() 返回 -1 表示 RTC 芯片不可用:RTC_DEFAULT_INIT_ENABLE=1 时墙钟降级为编译期默认时间基准(日志时间戳仍有效),app_main 记录"时钟芯片异常"自检;禁用时墙钟保持"未初始化"(各取时接口返回无效哨兵)。sys_clock_set() 只更新基准(写回 RTC 尽力而为),恒返回 0。


6. 初始化流程(sys_clock_init)

sequenceDiagram
    autonumber
    participant SC as sys_clock_init
    participant RTC as SD2506 RTC
    participant HAL as HAL Tick

    Note over SC,RTC: Step 1  从 SD2506 读取初始时间(检查返回值)
    SC->>RTC: sd2506_get_time(sd_time)
    RTC-->>SC: sd_time(year 已是完整年份)+ 返回值
    Note right of SC: 后续换算【不得】再加 2000<br>否则年份虚增 → Unix 秒数超 uint32 回绕
    Note right of SC: 可选校时(见第 9 节):读失败/越界 →<br>写默认时间 → 重读(检查返回值)→ 复验范围
    alt RTC 仍不可用
        Note over SC: 降级:ENABLE=1 → 以编译期默认时间建基准(仅 RAM)并返回 -1;<br>ENABLE=0 → 不建基准(墙钟保持"未初始化")并返回 -1<br>app_main 记录"时钟芯片异常"自检
    end

    Note over SC: Step 2  将 RTC 时间换算为 Unix epoch 秒数
    SC->>SC: 累计 1970 至当前年份的整年天数(含闰年 366 天判定)
    SC->>SC: 加上当年 1 月至当前月的累计天数
    SC->>SC: 加当月已过天数、时/分/秒
    SC->>SC: 用 int64_t 累加,避免中间溢出;结果截断存入 uint32_t(受 2038 限制,见第 12 节)

    Note over SC,HAL: Step 3  建立基准
    SC->>HAL: HAL_GetTick()
    HAL-->>SC: 当前 tick
    Note right of SC: s_base_tick = HAL_GetTick()<br>s_base_unix_secs = (uint32_t)unix_secs

初始化后,所有后续取时都基于 Step 3 的基准推算,不再访问 RTC。


7. 时间获取与漂移维持(sys_clock_get)

uint32_t now_tick = HAL_GetTick();
uint32_t diff = now_tick - s_base_tick;      /* 32 位模减,跨 Tick 回绕无缝 */

if (s_base_unix_secs != UINT32_MAX && diff > SYS_CLOCK_REBASE_MS) {
    /* 惰性再基准化:窗口达 30 天,基准前移(墙钟值不变),余数结转 */
    taskENTER_CRITICAL();
    diff = now_tick - s_base_tick;           /* 复核:防双任务重复累加 */
    if (diff > SYS_CLOCK_REBASE_MS) {
        s_base_unix_secs += diff / 1000u;
        s_base_tick = now_tick - (diff % 1000u);  /* 新窗自 (now − 余数) 起算 */
        diff = diff % 1000u;
    }
    taskEXIT_CRITICAL();
}

if (s_base_unix_secs == UINT32_MAX) return UINT32_MAX;  /* 未初始化(显式哨兵判断) */
return (uint32_t)((int64_t)s_base_unix_secs + diff / 1000u);

要点:

  • 用 整除 1000 把毫秒 Tick 折算为秒,不做每毫秒累加,避免累加误差累积与频繁除法;
  • now_tick - s_base_tick 为模差:Tick 每 ~49.7 天回绕被无缝吸收,但窗口必须恒 < 一整圈(见下方再基准化);
  • 惰性再基准化(30 天):差值窗口达到 SYS_CLOCK_REBASE_MS 时,基准前移流逝秒数并清零窗口——墙钟值逐位不变,亚秒余数结转入新窗(base_tick = now − rem),与"从不重基"数学等价,零损失;
  • 再基准化为自我参照:纯内存操作、零 I2C、非阻塞——不重读 RTC 重锚(RTC 漂移 ±20ppm ≈ ±1.7 s/天,远大于 Tick 漂移,重锚反而降低精度;RTC 只承担冷启动锚点 + 掉电保持);
  • 触发为惰性:墙钟读取高频(每条日志/文件操作/待机屏),阈值越过后的下一次读取即完成再基准化,无需定时器任务;30 天阈值留 19.7 天余量,设备完全静默也不会越界;
  • 再基准化在临界区 + 区内复核中执行,防双任务并发重复累加;
  • 基准未建立(s_base_unix_secs 仍为 UINT32_MAX 哨兵)时返回 UINT32_MAX 作为"无效"(显式哨兵判断,替代旧版对正 int64 永不成立的 < 0 检查)。

7.1 字符串格式化(sys_clock_get_str)

内部先 sys_clock_get(),若无效则输出占位串 ----/--/-- --:--:--;否则用 unix_to_sd2506() 转回 sd2506_time_t 后,以 snprintf(buf, buf_size, "%04d-%02d-%02d %02d:%02d:%02d", ...) 格式化(年份显示时 +2000 还原为完整年份)。使用 snprintf 防止缓冲区溢出,调用方需保证 buf_size ≥ 20。


8. 时间设置与回写(sys_clock_set)

s_base_tick      = HAL_GetTick();
s_base_unix_secs = unix_secs;
if (sd_time != NULL) {
    sd2506_set_time(sd_time);   /* 写回 RTC,实现掉电保持 */
}
  • 仅更新"基准",之后 sys_clock_get() 即以此为准;
  • 若传入 sd_time != NULL,同步写回 SD2506,使断电后时间不丢失;
  • sd_time 为 NULL 时只改运行期基准、不动 RTC(适用于临时/网络校时尚未落盘的场景)。

典型应用:SNTP/NTP 同步得到 Unix 秒数 → 转成 sd2506_time_t → sys_clock_set(secs, &sd_time) 一次性更新运行基准与掉电保持。


9. 开发期校时宏(sys_clock.c 顶部)

#define RTC_DEFAULT_INIT_ENABLE   1
#define RTC_DEFAULT_INIT_FORCE    1
#define RTC_DEFAULT_YEAR    2026
#define RTC_DEFAULT_MONTH   8
#define RTC_DEFAULT_DAY     24
#define RTC_DEFAULT_HOUR    0
#define RTC_DEFAULT_MINUTE  0
#define RTC_DEFAULT_SECOND  0

行为(sys_clock_init 内,#if defined(RTC_DEFAULT_INIT_ENABLE) 包裹):

  • 判定 RTC"不可用":sd2506_get_time() 返回值非 OK(I2C 读失败)、year 越界(<2000 或 >2099)、month/day 越界;
  • RTC_DEFAULT_INIT_FORCE == 1:强制每次启动都用上述宏写入默认时间;
  • 否则仅在 RTC 不可用时写入;
  • 写入后重新 sd2506_get_time() 读取校准后的值(同样检查返回值)并复验范围,再进入 Step 2 换算;
  • RTC 仍不可用时:ENABLE=1 则以编译期默认时间建基准(仅 RAM 的降级基准,墙钟仍可用)且 sys_clock_init 返回 -1;ENABLE=0 则不建基准,返回 -1。

⚠️ 使用注意:FORCE=1 会每次开机覆盖用户/网络已设的时间,仅用于首次烧录或硬件时钟丢失时的开发期校时。校时完成后应将 RTC_DEFAULT_INIT_FORCE 置 0(或注释 ENABLE),否则会抹掉正常运行中通过 SNTP 等写入的正确时间。


10. 时间换算算法

10.1 Unix 秒 ↔ SD2506(unix_to_sd2506)

  • 时分秒:对 unix_secs 连续 %60 /60 /24 拆分;
  • 年月日:先算总天数 unix_secs / 86400,再从 1970 年起逐年减去平/闰年天数,定位到具体年;再按月累减定位月、日;
  • 星期:由 Zeller 公式(见 10.2)计算,结果 0=Sunday;
  • SD2506 年份字段为 0~99(+2000),故回写时 year - 2000。

10.2 星期计算(Zeller 公式)

rtc_calc_week() 与 unix_to_sd2506() 内使用同一套算法:

week = (century_term + month_term + day_term) % 7     /* 0=Sunday */
  • 1、2 月视作上一年的 13、14 月(公式要求),对应代码里 wm<=2 时 wy--, wm+=12;
  • 计算与闰年无关,纯日历代数,结果稳定。

11. 集成与调用示例

Src/main.c 中的初始化顺序(节选):

HAL_Delay(100);
app_main_init();
sd2506_init();      /* 先初始化 RTC */
sys_clock_init();   /* 再建立墙钟基准:所有后续日志即带正确时间戳 */

应用层取时间示例:

char ts[24];
DBG_INFO("now: %s", sys_clock_get_str(ts, sizeof(ts)));

uint32_t now = sys_clock_get();   /* Unix 秒,可用于 FatFS 文件时间、超时判定等 */

12. 关键设计要点与陷阱

  1. year 已经 +2000,禁止二次加 2000 sd2506_get_time() 返回的 year 是完整年份(如 2026)。sys_clock_init 的 Step 2 直接把它当完整年份参与 Unix 换算;若再 +2000 会得到 4026 年,换算出的 Unix 秒数远超 uint32_t 上限,发生截断/回绕,时间彻底错乱。代码中相关注释已明确标注。

  2. uint32_t Unix 时间戳的 2038 上限 基准与返回值均为 uint32_t,时间范围约为 1970-01-01 ~ 2038-01-19。超过 2038 年换算会回绕。当前设备生命周期内可接受;若需长期运行,需改用 uint64_t 或 time_t。

  3. Tick 回绕安全与 30 天再基准化 (now_tick - s_base_tick) 为无符号模差:Tick 每 ~49.7 天(2³² ms)回绕被模运算无缝吸收,但差值窗口必须恒小于一整圈——否则连续上电超过 49.7 天后差值混叠,墙钟"倒退"一整圈(49.7 天)。因此 sys_clock_get() 在窗口达 30 天时惰性再基准化(基准前移 + 窗口清零,亚秒余数结转、无损、纯内存操作、零 I2C),详见 §7。

  4. 运行期不访问 RTC sys_clock_get() 无任何 I2C 操作,零阻塞、可随时在任意任务/中断上下文安全调用(仅读 volatile 基准)。

  5. 校时宏的副作用 见第 9 节 FORCE=1 会覆盖既有正确时间,仅限开发期使用。

  6. 未初始化哨兵必须显式判断 "基准未建立"以 s_base_unix_secs == UINT32_MAX 表示,sys_clock_get() 须先显式判哨兵再推算。旧实现以"推算结果 < 0"判断,但哨兵转 int64 后是正数(4294967295),条件永不成立、会返回垃圾小值而非 UINT32_MAX(使所有消费方的降级路径失效)——v1.3(2026-09-15)已修正。


13. 已知限制与可扩展方向

项目 现状 可扩展方向
时间范围 受 uint32_t 限制至 2038 改用 uint64_t/time_t 扩展
运行期校准 30 天惰性再基准化已实现(§7):纯自我参照、零 I2C;有意不周期性重读 RTC 重锚——RTC 漂移(±20ppm ≈ ±1.7 s/天)远大于 Tick 漂移,重锚反而降低精度;时间纠偏由时间同步(§15)负责
网络校时 已实现(PC 推送 / TCP,见第 15 节) SNTP/NTP 公网校时仍可作为后续扩展
时区 口径已定:内部一律本地钟面,不存时区(用户裁定 2026-10-27,见 §1.1) 「API 层加偏移参数」这条旧建议作废;唯一待决的是 104 上行是否要转 UTC(§1.1 末,送检前定)

13.1 用户 SRAM 的占用分配(共享资源,用之前先在这里登记)

SD2506 有 70 字节电池保持用户 SRAM(寄存器 2CH~71H,Drivers/BSP/SD2506/sd2506.h 的 SD2506_REG_SRAM_START/END)。它是全仓唯一"零 NAND 磨损、零卷锁、跨掉电保持"的 小介质,但没有任何机制防止两个消费者写同一段——所以占用只能靠本表登记, 新占用请在此加一行再动代码(偏移从低往高排,已用段永不复用)。

偏移(SRAM 内) 寄存器 长度 属主与内容 失效判读
0..7 2CH~33H 8 B App/util/boot_stats.c:上电次数账本(magic 2B + 计数 4B + 格式版本 1B + 校验 1B) 换电池 / 电池欠压 ⇒ 整段丢失属正常降级,故口径是「自 RTC 电池周期起」,不是终身次数
8..69 34H~71H 62 B 空闲(日后新占用从这里起,别在 0..7 里挤) —
  • 为什么这一格归 RTC 而不是文件系统:上电次数每上电才变一次,落 NAND 要么每次开机 一次 FTL 写、要么做成周期近似写;两者都不如 8 字节 I2C 写干净。写点在内核启动前 (App/app/app_main.c 紧接 sd2506_init()),所以既不占喂狗点、也不碰卷锁。
  • ⚠ 同一条 I2C1 总线还挂着别的器件:不要把这里的读写搬进任何关键链或 ISR, 本表的属主全部只在启动段单线程访问一次。
  • 机理与四态判读(不可信 / 首次启用 / 延续 / 电池域掉过电)的唯一出处是 App/util/boot_stats.h 的文件头与函数头,本文不复制第二份。

14. 相关文件

路径 说明
App/util/sys_clock.c 墙钟维护实现(基准法、换算、校时宏)
App/util/sys_clock.h 对外 API 声明
Drivers/BSP/SD2506/sd2506.c / .h SD2506 RTC I2C 驱动(sd2506_get_time / sd2506_set_time)
App/app/app_main.c 初始化调用顺序:sd2506_init() → boot_stats_init()(用户 SRAM 上电账本,§13.1)→ sys_clock_init()
App/util/boot_stats.c / .h 用户 SRAM 上电账本 + 本次开机复位原因快照(占用见 §13.1;单测 test/host/boot_stats/)
App/sync/time_sync.c / time_sync.h 时间同步实现(TCP Server,timeSyncTask)
test/host/time_sync_server.py PC 端时间推送客户端(TCP)

15. 时间同步(PC 推送 / TCP)

除 RTC 自身走时与开发期校时宏外,系统支持由 PC 通过 TCP 主动推送本地墙钟 来同步板子时间,使板子时间与开发电脑一致(无需公网 NTP)。

15.1 模块与角色

角色 提供方 说明
时间同步服务端(板子) App/sync/time_sync.c / time_sync.h TCP Server,监听 TIME_SYNC_PORT(默认 8888)
同步任务 timeSyncTask(FreeRTOS 任务) 独立任务,由 Src/freertos.c 创建(优先级 osPriorityNormal,栈 2KB)
时间推送端(PC) test/host/time_sync_server.py Python TCP 客户端,周期推送本机本地时间
落盘接口 sys_clock_set_unix() 收到时间包后调用,内部转 sd2506_time_t 并写回 SD2506

15.2 协议

PC 每轮发送固定 8 字节帧:

字节 0..3 : 魔术字 "TIME"(0x54 0x49 0x4D 0x45)
字节 4..7 : 本地 Unix 时间戳,uint32,大端(PC 本地时间,含时区,与电脑显示一致)

板子 time_sync_handle_conn() 读取后校验魔术字,取大端 uint32 调用 sys_clock_set_unix(epoch) 更新运行基准并写回 RTC。

15.3 任务流程

timeSyncTask 启动后先等待 SYS_EVT_NET_READY 事件标志(取代旧版 8s 魔法延时;网络不就绪则一直等待),进入循环:

/* osFlagsNoClear:就绪位是"状态"不是"事件",任何消费者都不得把它清掉
 * (否则其它等待者永不唤醒——2026-09-21 FTP 永不监听事故的根因) */
osEventFlagsWait(sys_evtHandle, SYS_EVT_NET_READY, osFlagsWaitAny | osFlagsNoClear, osWaitForever);

for (;;) {
    ls = time_sync_open_listener();    /* net_socket + net_bind + net_listen,失败重试 */
    conn = net_accept(ls, NULL, NULL); /* 阻塞等待 PC 连接(无连接立即返回 -1,循环重试) */
    time_sync_handle_conn(conn);       /* net_recv 读到 8 字节 → sys_clock_set_unix → net_close */
    /* conn(单连接模式下即 ls)被 net_close 释放,下次循环重建监听 */
}

单连接模式下监听 Socket 收到连接后即转为数据通道,连接关闭后被释放;因此每轮循环都重新创建监听 Socket(与 lftpd 同模式),与 FTP 不冲突。

15.4 为什么用 TCP 而非 UDP

  • 所有 socket 操作(net_socket / net_bind / net_listen / net_accept / net_recv / net_close)均走 net_socket 的线程安全 API,内部经消息队列由 netTask 串行执行;
  • netTask 因此只需做 net_poll() + net_process_messages(),不掺杂任何应用层网络逻辑;
  • TCP 的全部 API 已经是基于消息队列的(已在 net_socket.c 实现);UDP 的 net_bind / net_sendto / net_recvfrom 曾经绕过队列,2026-11-03 已并入队列(改造事实见 docs/网络/BSD_Socket_API_使用指南.md §9.0)。也就是说:"UDP 不安全"不再是本节选 TCP 的理由——本节结论不变(现有 TCP:8888 时间同步通道继续有效),但若日后要换成 UDP(#57 SNTP 方向),不再需要先改 net 层。

15.5 Socket 分配与冲突

  • net_socket() 从 0 开始分配第一个空闲 Socket 控制块(alloc_socket()),并把硬件 Socket 号设为该下标;调用时的第三个参数(0)仅为协议占位,不影响分配。
  • 当前启动顺序:FTP 任务(NET_READY + STORAGE_READY 屏障满足后,无魔法延时)先监听 → 占用一个 Socket(单连接模式下监听通道复用为数据通道);时间同步任务(NET_READY 后)后监听 → 占用另一个空闲 Socket。二者不冲突。
  • 单连接模式允许任意 Socket 作为"监听 + 数据复用"通道,且总共 8 个 Socket,FTP 与时间同步各用 1 个,余量充足。

15.6 客户端实现要点(避坑)

PC 端 test/host/time_sync_server.py 发送 8 字节后必须保持连接打开,等待板子读取(或短延时)后再 close():

  • 若发送后立刻关闭,CH395F 在收到 FIN 时会丢弃接收缓冲里尚未被板子读出的 8 字节;
  • 板子 net_recv 经消息队列异步执行(有 ~10ms+ 调度延迟),等它去读时连接已 DISCONNECT、缓冲已清空,net_recv 走 CLOSED 分支返回 0,时间包丢失、同步失败;
  • 客户端改为 sendall 后 recv 直到板子主动关闭(EOF)或 2s 超时,即可保证板子先读到数据。

15.7 验证

板子日志应出现:

[TIME_SYNC] time_sync: TCP listen on :8888 (sock=1)
[NET] sock1 standalone accept
[NET] recv sock1 len=8
[CLK] sys_clock_set: wall clock updated to <epoch>
[CLK] sys_clock_set: SD2506 RTC written
[TIME_SYNC] time_sync: wall clock updated (epoch=<epoch>)

PC 端 python test/host/time_sync_server.py 每 interval 秒推送一次,epoch 随电脑本地时间递增即表示同步正常。