111 lines
17 KiB
Markdown
111 lines
17 KiB
Markdown
# STM32F4-Base
|
||
|
||
STM32F407ZGTx @168MHz（HSE 8MHz → PLL M=4/N=168/P=2）；**仅 Keil MDK-ARM v5 (ARMCC, C99) 工具链**；FreeRTOS V10.3.1 / CMSIS-RTOS2；192KB SRAM / 1MB Flash。
|
||
|
||
**任何代码修改后必须先 `@build` 验证（0 错误 0 警告）再提交；硬件闭环用 `@test`。**
|
||
|
||
## 铁律：源码编辑与编码
|
||
|
||
- 改代码**只用 Edit 工具**（精确子串替换）；批量替换用 Edit 的 replaceAll。**绝不用 `Get-Content`/`Set-Content`/`cmd` 重写含中文的文件**——整文件重写会按系统默认编码重解码 → `U+FFFD` 乱码且不可逆
|
||
- **字符串字面量必须纯 ASCII**（2026-09-15 实测）：本机 ARMCC 对**无 BOM** 源文件按 CP936 解读，字符串内含**奇数个**汉字时末尾高字节吞掉结束引号 → 编译错（偶数个汉字侥幸通过）；中文只写注释（注释不参与解析）。带 BOM 的文件（`Drivers/BSP/UI/*`、`App/task/ui_task.c`、`App/cfg_file.c`、`Lib/lv_conf.h`）经 BOM 按 UTF-8 解码，不受此条限制
|
||
- 确需脚本级重写：工程源码为 UTF-8（多数文件无 BOM，UI 系带 BOM），按原样同编码回写、保持 BOM 状态；拿不准就别碰
|
||
- 发现乱码：先统计 `EF BF BD` 字节数确认真损坏（勿信终端/Read 渲染）；**不要急著 `git checkout`**（会丢弃全部未提交工作）——先用 Edit 只修坏行
|
||
- **Edit 工具会剥掉文件原有的 UTF-8 BOM**（2026-09-18 实测）：带 BOM 文件（如 `App/cfg_file.c`）被 Edit 后 BOM 静默消失 → ARMCC 改按 CP936 解码 → 中文字符串字面量报 `#870-D: invalid multibyte character sequence`（**只有重编译该文件才暴露，历史"0 警告"不代表安全**）。改完带中文字面量的文件须核对 BOM 并按原样补回（只在文件头前缀 3 字节 `EF BB BF`，勿整文件重写）
|
||
|
||
## 构建与验证
|
||
|
||
- `@build` = `& "MDK-ARM\build.bat"`（仓库根目录用**相对路径**）；退出码 0 = 0 错误 0 警告，1 = 有警告或错误（查 `MDK-ARM/build_log.txt`）；`build.bat` 硬编码本机 Keil 路径 `C:\Keil_v5\UV4\UV4.exe`（换机需改）
|
||
- `@test` / `test/run_boot_test.py` 一键闭环（2026-09-20 起为纯 Python 标准库实现，替代 PowerShell 版；`& '.venv\Scripts\python.exe' test/run_boot_test.py`）：开串口+清日志 → 烧录（`MDK-ARM/download.bat`，下载后 Reset&Run）→ wait-idle（等 RX 静默 8s，超时 30s）→ `test/verify_log.py` 标记校验；退出码 0=PASS / 1=FAIL / 2=采集或烧录错误 / 3=用法/预检错误
|
||
- 默认校验标记：Required `App init OK` / `Network Init` / `net init: OK`；Forbidden `FAIL` / `ERROR` / `HardFault`；按模块定制标记（网络/存储/RTC/ADC/RS485/UI）见 `docs/测试说明/自动化测试流程.md`
|
||
- ⚠️ 旧绝对路径 `D:\Code\DTU 程序\...` 出现即失效（仓库已搬迁），一律改用仓库相对路径
|
||
- **下载/烧录铁律（2026-09-20 实测）**：走 `& "MDK-ARM\reset.bat" flash [文件]`（= `ST-LINK_CLI -c SWD -P <文件> -Rst -Run`），烧后 `-Rst -Run` **不可省略**——裸 `-P` 会报 `Programming Complete`，但目标核处于死循环/异常状态时写入并不落地（芯片内容不变；这就是 09/19~09/20 "反复重下载、芯片一直是旧镜像、二分法失效" 的根因）；`.hex`/`.bin` 均可直烧（1MB ≈ 6.5s，快于 UV4 路径）；只重启不烧录用 `reset.bat` 无参（= `-c SWD -Rst -Run`，本机 3 线接线唯一复位手段：nRST 未接、`-HardRst`/`RM=` 不可用）
|
||
- **烧录后必须回读校验**：`ST-LINK_CLI -c SWD -CmpFile <文件> 0x08000000`（全片逐字节比对，`No difference found` 才算真正写入）；CLI = `C:\Program Files (x86)\STMicroelectronics\STM32 ST-LINK Utility\ST-LINK Utility\ST-LINK_CLI.exe`（v3.5.0.0，探针 SN `0B250D12A218303030303032`）→ 完整用法/复位语义/故障排查 `docs/测试说明/ST-LINK_CLI_复位使用说明.md`
|
||
|
||
## Python 环境
|
||
|
||
- 统一入口 `& '.venv\Scripts\python.exe'`（3.12，fontTools/Pillow 已装）；PATH 默认 `python` 是 msys64 的，**不要用它**跑依赖第三方库的脚本；纯标准库脚本任意 python3 均可
|
||
- 重建/换机：`& 'C:\ProgramData\anaconda3\python.exe' -m venv .venv` + `pip install -r requirements.txt`（`.venv/` 已 gitignore）
|
||
- `requirements.txt` 必须**纯 ASCII**（Windows 下 pip 按 GBK 代码页解码，中文注释会 UnicodeDecodeError）
|
||
|
||
## 提交门禁（pre-commit）
|
||
|
||
- 任一失败即拦截：cppcheck（warning/performance/portability/style）+ C 代码规范机械检查 + U+FFFD 乱码检查 + gitlint；范围仅项目代码（第三方 `Lib/`/`Middlewares/`/CMSIS/HAL/`lftpd`/`dhara`/`MDK-ARM`/`test/` 排除；规范检查另排除 CubeMX 生成的 `Src/`/`Inc/`）
|
||
- trailing-whitespace 钩子另排除 `Drivers/CMSIS/`、`Drivers/STM32F4xx_HAL_Driver/`、`Middlewares/`（2026-09-20：CubeMX 6.18 重生成带回行尾空白，每次重生成产生提交抖动；`Drivers/BSP/` 自研代码仍受检）
|
||
- 提交信息：**单行中文标题 <100 字符**（gitlint），UTF-8 无 BOM + `git commit -F <文件>`（防终端转码破坏）
|
||
- 代码规范 V1.0：小写下划线命名（`g_`/`s_`/`p_`/`a_` 前缀）、头文件保护宏 `XXX_H`、常量在右、文件头模块注释块 → `docs/代码规范/`
|
||
- 全库扫描 `pre-commit run --all-files`；详见 `docs/代码规范/pre-commit使用说明.md`
|
||
|
||
## 平台约束
|
||
|
||
- `Inc/`/`Src/` 中 CubeMX 生成文件带 `USER CODE BEGIN/END` 标记：自定义代码**只写标记区之间**；`Drivers/BSP/` 为纯手工代码
|
||
- FreeRTOS V10.3.1（CMSIS-RTOS V2）；HAL 时基 = TIM7（非 SysTick），tick = 1ms；NVIC 4 位优先级分组，外设中断优先级 ≥ 5
|
||
- **内核启动（`osKernelStart`）前禁止任何 FreeRTOS/CMSIS-RTOS API 调用**（2026-09-20 启动失败实证根因，修复 `82411cf`）：`osMessageQueueNew`/`osMessageQueuePut`/`osMutexNew`/`osSemaphoreNew` 等在内核启动前调用会杀死启动（09/19~09/20 "每次必死" 的代码层根因 = `syslog_mcu_init` 在内核启动前调用 `osMessageQueueNew`）。内核启动前代码的标准模式：纯寄存器/HAL 轮询操作 + **无锁静态缓冲**（如 `s_preboot[8]` 暂存内核前日志）+ **内核启动后惰性创建真队列**（任务上下文首次使用时，见 `syslog_drain`）；凡在内核启动前执行的初始化函数里不得创建任何 CMSIS 对象
|
||
- CH395F SPI：每次事务须 `ch395f_spi_begin()/end()` 包裹；分频系数**必须为 8**（PCB 约束，勿"优化"）
|
||
- **内存预算紧张**：新增任何任务/缓冲/栈前必须先核算 RAM 余量（`docs/内存管理/`、`待处理内容.md`）
|
||
- **自研代码禁用 C 库堆分配**（2026-09-18，P0-1）：禁止 `malloc/calloc/realloc/strdup/free`——本机工具链 MicroLIB 的 C 堆由 `startup_stm32f407xx.s` 的 `Heap_Size EQU 0x200` 限定为 **512 B**，KB 级分配必然返回 NULL 且**模拟器（宿主 CRT 堆）完全正常、照不出来**。需要动态内存只用 `pvPortMalloc/vPortFree`（FreeRTOS 堆 `configTOTAL_HEAP_SIZE`），或像配置引擎那样把分配收进平台后端（`cfg_store_alloc/free/heap_free`：MCU=FreeRTOS 堆、模拟器=宿主堆，共享核心零分配符号）；分配失败必须有 `FAIL` 日志 + 自检上报，暂态峰值要写编译期预算
|
||
- **FatFs 打开模式陷阱（2026-09-20 台架实测，`Lib/FatFs` 移植版）**：`FA_OPEN_APPEND`(0x30) = `FA_OPEN_ALWAYS|FA_SEEKEND`，**不含 `FA_WRITE`(0x02)**——不带写位打开的文件 `f_write` 恒返回 `FR_DENIED`(7)（/log 写失败真根因）；追加写必须用 `FA_WRITE|FA_OPEN_APPEND`。该移植的 `f_write` 簇分配失败时返回 `FR_OK`+短写（无错误码），判失败必须校验写回字节数。标志位为旧式编号（`FA_READ`=0x01 / `FA_WRITE`=0x02 / `FA_CREATE_NEW`=0x04 / `FA_CREATE_ALWAYS`=0x08 / `FA_OPEN_ALWAYS`=0x10 / `FA_OPEN_APPEND`=0x30 / `FA_SEEKEND`=0x20（ff.c 内部定义）），与上游 FatFs R0.14 不同，勿照抄上游代码示例
|
||
- **FatFs 文件名约束（2026-09-20 台架实证，`.fschk` 无限重格式化事故根因）**：本移植 `Lib/FatFs/ffconf.h` 为 `FF_USE_LFN=0`，**只支持严格 8.3 短名**——主名≤8 字符、扩展≤3 字符、**不得以点开头**（`.fschk` 会被 `ff.c create_short` 把点后当扩展域解析超限 → `f_open` 恒返 `FR_INVALID_NAME`(6)，纯 RAM 名字判定、不碰盘）。ff.c `create_short` 全部拒绝点已加 DEBUG 打印：`[ERR][FATFS] SFN reject (原因) seg='名字片段' bad_ch=坏字符`，非法名字调用看开机日志即可定位。自愈类逻辑**严禁**把名字/参数类错误码（`FR_INVALID_NAME` 等）归入卷损坏触发集（整卷重格式化不可逆）
|
||
|
||
| Task | 栈 (words) | 优先级 |
|
||
|---|---|---|
|
||
| defaultTask | 1024 | Normal |
|
||
| netTask | 1024 | Normal |
|
||
| ftpTask | 1024 | Normal |
|
||
| testTask | 2048 | BelowNormal |
|
||
| uiTask | 4096 | BelowNormal |
|
||
| timeSyncTask | 512 | Normal |
|
||
|
||
（实际值以 `Src/freertos.c` 为准；testTask 仅在启用测试套件时创建。改动栈/缓冲前先核对此表与实测。2026-09-21 上调：defaultTask 512→1024（扛 mount/mkfs/FAT探针/cfg/syslog 深层 FatFS I/O，旧值经 `configCHECK_FOR_STACK_OVERFLOW=2` 钩子实测溢出）、testTask 1024→2048（存储套件 deep call chain + 局部缓冲溢出）。FreeRTOS 堆已迁 CCM，任务栈合计已不占 SRAM）
|
||
|
||
## 架构要点
|
||
|
||
`Src/main.c`（CubeMX 初始化）→ `app_main_init` → `osKernelStart` → 6 任务（`osKernelStart` 之前全是内核启动前代码：禁调任何 FreeRTOS/CMSIS-RTOS API，见「平台约束」）
|
||
|
||
- `app_main_init`（时间子系统优先，使后续日志带时间戳）：`sd2506_init` → `sys_clock_init`（墙钟；RTC 故障时降级默认时间基准并返回 -1 触发"时钟芯片异常"自检；`sys_clock_get` 每 30 天惰性再基准化防 49.7 天 tick 回绕）→ `rs485_init` → `gd5f2gq5ue_init` → `tpafe5160_init` → SD2506 诊断 → `tpafe5160_start_conv_irq`
|
||
- **就绪屏障**（`App/sys_events.h` Event Flags，取代魔法延时）：`SYS_EVT_NET_READY`（netTask 置位）/ `STORAGE_READY`（defaultTask：卷挂载 + 网络配置加载完成）/ `FTP_READY` / `TIMESYNC_READY`；消费者用 `osEventFlagsWait` 阻塞等待
|
||
- netTask：`net_stack_bring_up`（配置已由 defaultTask 在屏障前加载，本任务只读 RAM 副本 → `net_init` + PHY 强制 100M 全双工 → 递增网络代次号）→ 置 NET_READY → 循环 `net_poll` + `net_process_messages`；消费 `SYS_EVT_NET_RECONFIG` → 立即重建网络（新 IP 免重启生效，各 TCP 服务据代次号重建监听）
|
||
- defaultTask：`f_mount` forced（无卷自动 `f_mkfs` FAT32；挂载后卷健康探针：小写两击确认，FAT 区陈旧/擦除时自动重格式化自愈，`/config.ini` 回落工厂默认——2026-09-20 /log 写失败修复）→ 网络配置加载（`net_cfg_load`，首启含旧档迁移）→ STORAGE_READY → LED 闪烁；同时是 syslog（`/log/run.log`·`selftest.log`，定长 64B 记录）的**唯一写者**与**配置引擎属主**（`cfg_file` 静态态单任务收敛于此：UI 保存请求执行 `net_cfg_save_run` + 2s `cfg_file_poll`，经 `SYS_EVT_CFG_SAVE` 事件唤醒；netTask/uiTask 不得直接触碰配置引擎，见 P1-3）
|
||
- 全景 `docs/项目架构总览.md`（六层分层 / 启动时序 / 存储·网络·UI 栈 / 目录组织）
|
||
|
||
## 硬件引脚
|
||
|
||
| 外设 | 接口 | 引脚 |
|
||
|------|------|------|
|
||
| CH395F 以太网 | SPI2 | PB12 CS, PB13 SCK, PB14 SDO, PB15 SDI |
|
||
| GD5F2GQ5UE NAND | SPI1 | PE0 CS, PB3 SCK, PB4 MISO, PB5 MOSI, PB8 WP, PE1 HOLD |
|
||
| TPAFE5160 ADC | 并行16位 | PG0-PG15 数据, PC8 RD, PC9 CONVST, PC7 BUSY（V0.1；FRSTDATA=PC6，OS0/OS1/OS2=PA12/PA11/PA8） |
|
||
| USART1 调试串口 | UART | PA9 TX, PA10 RX (115200) |
|
||
| RS-485 | UART4 | PC10 TX, PC11 RX, PA15 DE（半双工） |
|
||
| 6x LED | GPIO | PC5, PB0, PB1, PB2, PF11, PF12（低电平点亮） |
|
||
|
||
## 模块约定
|
||
|
||
- **CH395F 单连接 socket**：监听与数据通道复用同一 Socket（CONNECT 后转数据通道，DISCONNECT/TIMEOUT 后重开 → LISTEN）；所有 CH395F 中断在 `net_poll()` 内经 `GET_GLOB_INT_STATUS` 集中读取并清除，**不得**在 ISR 或其他地方单独处理
|
||
- 所有 `net_*` socket 操作经 `netMsgQueue` 消息队列在 netTask 串行执行（线程安全）；非 netTask 任务直接调 `net_*` API，勿直接碰 CH395F 驱动
|
||
- 网口配置：`/config.ini` [network] 段（工厂默认 192.168.1.100/24、gw .1；MAC 全零 = 芯片内置；UI 保存立即生效；旧档 `/cfg/netcfg.bin` 首启自动迁移）→ `docs/网络配置说明.md`
|
||
- **新 .c 文件必须手动注册到两处**才能双端编译：`MDK-ARM/STM32F407-Demo.uvprojx` + `simulator/CMakeLists.txt`（用 `new-source-file` skill）
|
||
- 测试构建：`test/test_config.h` 的 `TEST_SUITE_CH395F/STORAGE/GD5F/RTC` **互斥**（一次只能启用一个，`#error`）；全部注释 = 产品构建；**破坏性用例默认关闭**：同文件 `ENABLE_DESTRUCTIVE_TESTS`（默认注释）控制写/擦 NAND、格式化、坏块注入与 FatFS 写类用例——关闭时套件为**只读模式**（开机横幅 `mode: READ-ONLY`，可随时在在用设备上跑、不动卷内容与容量），只在**产品首次上电/产线首启**或明确需要时打开（`mode: DESTRUCTIVE`）；2026-09-21 实测一轮破坏性 GD5F 运行即消耗一个块（容量 95248 → 95200，TC-STO-04 恢复不回来）；CH395F 套件 `test/ch395f_test.h`：硬件层 Phase 1~5 与 NET 层 Phase 6~11 互斥；CH395F 硬件层模式下 netTask（基础线程：无条件创建、全构建唯一实例）入口自挂起（不运行），testTask 独占 CH395F
|
||
- **改驱动前先读对应 `docs/问题记录/*_Trap_Records.md`**（CH395F / GD5F2GQ5UE / SD2506）；各模块测试指南见 `docs/测试说明/`
|
||
|
||
## 串口助手 serial_tool
|
||
|
||
- 入口：`& '.venv\Scripts\python.exe' tools/serial_tool/serial_tool.py <命令>`（daemon 自动拉起；全部命令 5s 超时、JSON 输出、exit 0/1/2/3）
|
||
- 全量历史 = 日志文件 `tools/serial_tool/state/serial.log`（RX/TX/SYS 时间戳行）；agent 直接 Read/Grep 文件，**无采集窗口仪式**；20MB 上限自动截头保尾 10MB
|
||
- 常用：`open`（幂等）/ `send <文本>`（或 `--hex 0D0A`）/ `log --tail N --grep P` / `clear`（代际+1）/ `wait-idle --settle-ms 8000 --max-ms 30000` / `status` / `close`
|
||
- 串口端口单一配置源：`.opencode/serial_config.json`（当前 COM7）；端口变化**只改这个文件**
|
||
- 命令/工作流/故障排查 `docs/测试说明/串口助手使用指南.md`；契约/daemon 行为/陷阱 `docs/测试说明/串口助手设计说明.md`
|
||
- **抓开机日志铁律（2026-09-20 实测）**：① 顺序 `open` → `clear` → 烧录/复位 → `wait-idle` → 读日志校验标记（**采集必须先于烧录**，否则错过开机头几行）；② `wait-idle` 必须带 `--timeout <秒>`（CLI→daemon 默认 5s 硬超时会掐断长等待：`wait-idle --timeout 90 --settle-ms 8000 --max-ms 45000`）；③ 标记校验直接 Read/Grep/Select-String `state/serial.log` 文件最可靠（`log --grep` 子命令实测不可信，勿作判定依据）
|
||
- **`open` 报"拒绝访问/端口被占用"时**：先查**残留旧 daemon**（上一会话遗留的 `serial_tool.py --serve` python 进程——口句柄已死但进程仍占着串口与 HTTP 口 18765）→ `taskkill /F /PID <旧PID>` → 重新 `open`（自动拉起新 daemon，系统自动释放口）；改 `serial_config.json` 后同样必须先杀旧 daemon 再 `open`（daemon 启动时缓存配置）
|
||
|
||
## LVGL PC 模拟器
|
||
|
||
- `simulator/`（CMake + SDL2 预编译库）与 MCU 端共用 UI 源码（`ui_menu.c`、`ui_font_cn_12.c`），免烧录开发 UI：`& "simulator\build_sim.bat"`（按本机 VS 自动选生成器：16=2019 / 17=2022 / 18=2026，**勿把生成器版本写死**；`build/` 缓存生成器与本机 VS 不符时自动删除重建）→ 运行 `simulator\build\Debug\lvgl_sim.exe`
|
||
- 自检：`--cfgtest`（配置闭环）/ `--logtest`（日志引擎）/ `--standby shot.bin`（待机屏截图）/ `--idle <秒>`
|
||
- UI 改动一律走 **`ui-verify` skill 五步门禁**；含新汉字的 UI 文案提交前先跑 **`font-regen` skill** 重生成中文字体
|
||
|
||
## 文档与图形
|
||
|
||
- 配置文件 `docs/配置文件设计说明.md`；墙钟 `docs/系统墙钟时间维护说明.md`；代码规范 `docs/代码规范/`；测试说明 `docs/测试说明/`；审计发现 `docs/项目审计改进清单.md`；已知待办 `待处理内容.md`（内存预算）；引用关系图 `docs/引用关系图说明.md`
|
||
- 图形走 **`draw-diagram` skill**：精确布局图（协议帧/分层/屏障）用 `tools/arch_diagram/gen_*.py` 生成器（产物放 `docs/images/`，脚本与 .svg 一并提交）；拓扑图（流程/时序/状态机）用 Mermaid；**勿手绘 ASCII 框图**
|
||
- **文件引用关系图**走 `tools/refgraph`：`& 'tools\refgraph\gen_refgraph.bat'` 生成文件级 + 模块级引用图（产物 `docs/images/引用关系图.*`，脚本与 .dot/.svg/.json 一并提交，PNG 本地预览不提交）；项目文件变化后重跑更新；渲染依赖 Graphviz（winget 可装）
|