wandering1/STM32F4-Base
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STM32F4-Base/App/algo/README.md
T
wandering1 3528644e9d feat(采集标定): 卡2 adc_cal 折算模块 + 卡4 系数落盘 + L5-2 码值贴轨检出 
卡 2（App/algo/adc_cal.*，新增；adc_task.c:335 折算点收口）：
- 模型：工程量 =(code+b)×k（「数据可信」§4.1）；k 以 int32 Q16(µV/码×65536)
  落盘、b 以 int32 码值落盘；ROM 默认 = 卡 1 定死的引脚侧 LSB，Q16 下整除无
  舍入（TPAFE 10,000,000=152.587890625 µV/码；STM32 52,800,000=805.6640625）
- adc_task 每拍 frame[s] 改 adc_cal_apply()（现单位 = ADC 引脚电压 V，eng=0，
  二次值语义等 VALID）；TEMP 透传码值（决策 5）；不缓存 k_f 副本——逐点由
  RAM 现值派生（无回调设计下杜绝陈旧系数；18k flops/s 可忽略）
- 三态 flags（§4.2）：VALID = 文件位图 ∧ k 在合法带；CLIPPED 按来源运行期
  派生（V0.2/N-18 后自动恒 0）；消费者判可用性只查 adc_cal_flags()
- 合法带哨兵：k∉ROM×[0.5,2.0] 或 |b|>8192 → 折算回退 ROM + 每通道每开机
  一条 [ERR] + VALID 压制（位图说谎也兜住）——同时挡坏文件与坏标定
- 两点标定公式 adc_cal_two_point() 算术核齐备（int64、±舍入界、斜率/零点
  守卫 -1/-2 分档）；台架两点标定（卡 12）按用户指示未跑，留台架注入口径：
  心跳新增 cal: 行（ua/un/ia_mv 定点 + vl/cl/rail 位图，未标定 vl 应恒 0x00、
  cl 应恒 0xE6，注入饱和电平 rail 位应起）

卡 4（[adc_cal] k_ua..k_in+valid / [adc_cal_ofs] b_ua..b_in，§4.4 布局）：
- 两段注册进 cfg 引擎（data_size 33/32，不挂回调——RAM 副本即生效值）；
  adc_cal_init() 落 app_main_init 内核前（注册必须先于 defaultTask 的
  cfg_file_load；跨任务读走 4 字节对齐字，µs 级混窗为「数据可信」§4.4 明载
  设计）；文件缺失/损坏 = 引擎回退工厂默认 = ROM 表本体（默认即理论系数）
- adc_cal_set()：整定写入口（属主上下文），越带拒绝 RAM 不动
- 单测走真实 cfg_file 引擎集成：文件值生效 / 越界 k 哨兵兜住且不报 VALID /
  超长损坏文件回退默认且 flags 无 VALID（卡 4 DoD 原句）/ 段缺失默认

L5-2（adc_health v1.2，越界门限按 FS 百分比、码值域与标定正交）：
- adc_health_rail_watch()：连续 20 拍（=一周波）贴同侧轨带（TPAFE±98%半量程、
  STM32 顶 98%/底 2%，门限由 adc_cal_rail_ths 供）且此前见过中带释放沿才
  锁存——空载恒 0 / 开机恒 0 合法工况不误报（短板评测 §6.2 判据①）；
  adc_task 编排：边沿 DBG_ERROR + SYSLOG 每开机一次 + 心跳 rail/edge 位图
- 健康用例 60/60（+13）：释放沿/清零/交替/双侧/init 复位/越界通道守卫

测试与注册：新套件 test/host/adc_cal（89/89，8 通道×≥3 码点期望值由 LSB
常数独立推导、Q16 无舍入、set 边界含端点、两点还原合成 k/b 往返）；
编号形态返工一轮：TC-ADCCAL-00A~00D 改 014~017、注释 FS-1 字样改写、
id_registry 族 pattern 转义修正、族游标登至 017；coding-standard 返工：
公开实现函数补齐函数头注释块（CODE-RULE-09）
uvprojx 仅增 adc_cal.c 一条挂载（diff 已核零抖动）；SIM_EXEMPT/id_registry
(TC-HOST-ADCCAL 族)/adc-cal-unit-test 钩子行按 new-source-file 与 B 层口径
补齐；覆盖率 34/34 套件 89.6%，adc_cal.c 99.2%（baseline --update 属共享
台账文件，留 lead done 后统一回填）

gate：@build 0 错 0 警（Code=215440 RO=19780 RW=1220 ZI=131980）；
RAM 增量 +144 B（RW+16/ZI+128：贴轨 9×6B + 两段 RAM 副本，IRAM1 57.7%→
约 57.8%）；Flash +1336B/+920B RO。adcTask 栈 worst=1344B margin 1216B
(47%) PASS（stack_report 实测）。staged 门禁除 mem-numbers/mem-budget 外
全绿（该两条 = 台账漂移，回填 --write 落 docs/内存管理/** 单写者区，按
Lead 既定例外归 lead done 后处理）：
gate: only mem-budget/mem-numbers pending lead ledger backfill
BOM/CR/U+FFFD/字面量 ASCII 已逐文件自查（本次未触碰任何带 BOM 文件）
2026-10-25 04:21:12 +08:00

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# App/algo/ — 采集与算法层（L1 / L2 / L3）
> 本目录的**索引**：文件清单、依赖、逐文件的"改代码必须知道"、构建与测试入口、新增模块动作。
> **详细设计——机制、契约、判据、为什么这样设计 → `docs/算法/采集与算法层设计说明.md`**（本文不复制其内容）。
> 分层归属与功能项状态 → `docs/算法/继电保护功能复现规划.md` §2.1；
> 通道映射唯一权威 → `docs/硬件平台/ADC通道映射说明.md`；采样节拍 → `docs/子系统设计/ADC采样节拍设计说明.md`。
## 1. 文件清单（一眼版）
| 文件 | 层 | 作用（一句话） | 主要对外入口 | 覆盖规划项 |
|---|---|---|---|---|
| `adc_input.h` / `.c` | L1 | 统一语义取数：两片转换器的码值按语义（`UA…IN` / 温度）暴露，并消费 STM32 ADC1 的 DMA 乒乓缓冲 | `adc_input_init()` `adc_input_poll()` `adc_input_raw()` | L1-2 / L1-3 / L1-4 |
| `adc_health.h` / `.c` | L1 | 采样有效性判定：吃计数快照，产出静默 / 丢帧 / 单调性 / 错误增量故障位（判定与告警编排分离）；L5-2 残余的码值贴轨观察器同层 | `adc_health_check()` `adc_health_flags()` `adc_health_rail_watch()` | L1-6 / L5-2（残余） |
| `adc_cal.h` / `.c` | L1.5 | 通道标定折算（「数据可信」卡 2/卡 4）：工程量 =(code+b)×k，Q16 系数/零点两段落盘 + 三态 flags + 合法带哨兵 + 两点公式 | `adc_cal_apply()` `adc_cal_flags()` `adc_cal_set()` | L1-5（M4 半边） |
| `sample_ring.h` / `.c` | L2 输入 | 按语义通道存最近 2 周波（40 点），供相量层"以当前时刻为终止"取窗 | `sample_ring_push_frame()` `sample_ring_window()` | L2 输入（为 L2-6 供数） |
| `phasor.h` / `.c` | L2 | 全周傅氏：一周波 20 点 DFT → 基波 / 谐波相量（有效值口径），双区原子切换供无锁读 | `phasor_run()` `phasor_get()` `phasor_calc()` | L2-1 / L2-2 / L2-3 / L2-6 / L2-7 |
| `freq.h` / `.c` | L2 派生量 | 频率测量：相邻两拍基波相量共轭乘积取角 + 自适应窗滑动平均 + 假值钳制 + 幅值门（UA→IA 源回退） | `freq_run()` `freq_get()` `freq_valid()` | L3-5 测量侧（测频范围 → `docs/算法/继电保护功能复现规划.md` §4.2） |
| `prot_set.h` / `.c` | L3 输入 | 保护定值模型：Q10 定点 RAM 表 + 范围校验 + 校验和封存 / 自检 / 闭锁 + 持久化 blob 纯逻辑 | `prot_set_load_raw()` `prot_set_get_f()` `prot_set_selfcheck()` | L5-1 载体 |
| `prot_elm.h` / `.c` | L3 | 保护元件框架：通用"越限 + 返回系数滞回 + 定时限"核 + 数据驱动实例表（过流三段 / 过负荷 / 过压 / 欠压 / 零序过压 / 过频 / 低频） | `prot_elm_run()` `prot_elm_eval()` `prot_elm_active_mask()` | L3-1 / L3-3 / L3-4 / L3-5 / L3-6（软件侧） |
依赖（自下而上、无环）：`adc_input.h`（纯枚举 + 声明）← `adc_cal`（另依赖 `cfg_file.h` 接口，
纯头文件级）← `sample_ring` ← `phasor` ← `freq`；
`prot_set` **独立**；`prot_elm` ← `prot_set` + `phasor` + `freq`。
`adc_health` 只吃调用方喂进来的计数 / 码值，不反向依赖 L1 实现（L5-2 贴轨门限由调用方
从 `adc_cal_rail_ths()` 取，本层仍零算法依赖）。
**除 `adc_input.c` 外全部零平台依赖**（只用 `stdint.h` / `math.h` / `stddef.h` 与本目录头）
→ 可被主机单测 `#include` 原样纳入、免桩跑。`adc_input.c` 另依赖 `adc.h`（`hadc1`）与
`tpafe5160.h`（快照），主机侧以桩头替身。
## 2. 一拍的数据流（一眼版）
`adc_input_poll()` → `adc_input_raw()` ×9 → `adc_cal_apply()` ×9（L1.5 折算，现口径 =
ADC 引脚电压 V）+ `adc_health_rail_watch()` ×9（L5-2，码值域）→ `sample_ring_push_frame()`
→ `phasor_run()` → `freq_run()` → 消费者（`adcTask` 心跳与 L1 健康判定；`protectTask` 每 20 ms 取相量 / 频率跑
`prot_elm_run()`）。节拍 = TIM3 1 kHz 更新事件，两片转换器同源触发。
完整数据流图与初始化落点 → `docs/算法/采集与算法层设计说明.md` §2。
## 3. 逐文件要点（只留"改代码时必须知道"的；机制与理由见设计文档）
> **改本目录前先记五条红线**：① 取数只经 `adc_input_raw()`，不写死下标；② **禁止跨转换器**做
> 相位 / 功率 / 矢量运算（N-18）；③ 帧值已是 L1.5 工程量，但 **未标定（`adc_cal_flags()` 无
> VALID）时单位只是 ADC 引脚电压**，不是端子二次值——下游消费精度判据见「数据可信」§4.2 三态
> 表；④ 工程量 → 帧的唯一折算点是 `adc_cal_apply()`，禁止旁路再乘系数；⑤ 本层不建任务、
> 不等事件、不写日志（`adc_cal` 的 `[ERR]` 哨兵留痕是唯一例外，且每通道每开机一次），
> `*_init()` 才可在内核前调。
> 全文 → `docs/算法/采集与算法层设计说明.md` §10。
### 3.1 `adc_input.c` / `adc_input.h` — L1 语义取数
- 语义映射表 `k_adc_map[]` 的**内容**唯一权威是 `docs/硬件平台/ADC通道映射说明.md`；V0.2 改版只改表内容，API 不动。
- `adc_input_poll()` **仅任务上下文**（TPAFE 快照是临界区）；STM32 侧固定滞后 1 拍。
- 四类 STM32 计数（`adc1_seq` / `adc1_gap` / `adc1_err` / `adc1_hw`）成因不同，**勿混读**。
- 本目录**唯一**允许出现 HAL 调用的文件。→ `docs/算法/采集与算法层设计说明.md` §3。
### 3.2 `sample_ring.c` / `.h` — L2 输入采样环
- 整帧写入后才推进写指针 → 取到的窗永远落在整帧边界。
- 本拍取数失败 → **整拍跳过入环**（`adc_task.c` 的 `skip`），**绝不补 0 点**。
- 不做跨通道运算、不做丢帧判定（只出 `frames()` 计数）。→ `docs/算法/采集与算法层设计说明.md` §5。
### 3.3 `phasor.c` / `.h` — L2 相量计算
- 系数表预乘 √2/N → `fAmSQ` **直接是有效值**（口径 `docs/算法/傅氏算法详解.md` §2.3）。
- 实例表 `k_inst[]` 数据驱动：**新增实例只在表尾加一行**。
- 任一实例不足一周波 → **本拍整体不产出**（不切使用区）；每拍 20 点**全部重算**（不做增量递推）。
- → `docs/算法/采集与算法层设计说明.md` §6。
### 3.4 `adc_health.c` / `.h` — L1 有效性判定
- 三类位**严格分开**：电平（可自愈）/ 锁存（必留痕）/ 边沿事件（仅当拍）；**静默 ≠ 丢帧**。
- **gap 不告警**（消费者超拍是已知现象）；告警编排在 `adc_task.c`，不在本层。
- 首拍 `check()` 只建基线。→ `docs/算法/采集与算法层设计说明.md` §4。
### 3.5 `prot_set.c` / `.h` — 保护定值模型（L5-1 载体）
- 装载 **all-or-nothing**：任一项越界整表不装载，越界项由 `prot_set_bad_mask()` 指认。
- 批量 `prot_set_set()` 后**必须** `prot_set_seal()`；单项原子写用 `prot_set_set_sealed()`。
- 定值项 / 实例**只许尾部追加**（枚举序 = 数组序 = 校验和覆盖序）。
- blob **换代（返回 2）≠ 损坏（返回负）**：前者打 INFO、不记自检。→ `docs/算法/采集与算法层设计说明.md` §8、§12.3。
### 3.6 `prot_elm.c` / `.h` — L3 保护元件框架
- 数据缺失两种处理**刻意不同**：相量类任一未就绪 → 整拍跳过；频率类无有效读数 → 按方向填"必不启动"值，**不整拍跳过**。
- `prot_set_locked()` 或投退 = 0 → 元件整体复位不判据；跨上下文复归走 `prot_elm_request_reset()`。
- 零序过流（IN 走 STM32）**故意不在实例表**；OF / UF 无独立 104 遥信点，只经 YX15 总聚合可见。
- `prot_elm_init()` 须在 `phasor_init()` 之后。→ `docs/算法/采集与算法层设计说明.md` §9。
### 3.7 `freq.c` / `.h` — 频率测量（L3-5 的测量输入）
- `freq_run()` **仅 adcTask 上下文**，须在 `phasor_run()` 之后同拍调；保护口径 =
`freq_get() == 0 && freq_valid() == 1`。
- 精度靠**自适应窗长**（窗长 = 泄漏纹波周期的整数倍）；定长平均压不到 0.02 Hz，
换窗长 = 换精度，二者不是独立旋钮。
- 源切换即废相位基准重建（UA / IA 无共同相位基准，N-18）。
- 判据 **J1~J6** 与实测口径 → `docs/算法/采集与算法层设计说明.md` §7.2（与 `test/host/freq/freq_test.c` 文件头同源）。
### 3.8 `adc_cal.c` / `.h` — L1.5 通道标定折算（「数据可信」卡 2 / 卡 4）
- 折算模型：工程量 = (code + b) × k；**k 落盘用 int32 Q16（µV/码 × 65536）**、b 用
int32 码值（负零点靠 `CFG_VAL_INT`）——单位与定点格式的选型依据见
`docs/任务规划/数据可信.md` §4.1，勿改回 V/码 直存（Q16 只剩 20 个刻度）。
- **ROM 默认 = 卡 1 定死的引脚侧 LSB**（TPAFE 152.59 / STM32 805.66 µV/码，
`docs/硬件平台/ADC通道映射说明.md` §7.1）；表下标 = 语义枚举（UA0…IN7），
V0.2 改版与本目录 `adc_input` 映射表同步改。
- 三态可用性 `adc_cal_flags()`：VALID（已按变比标定，二次值成立——卡 0b/12 前恒 0）
/ CLIPPED（运行期按来源派生，V0.2 后自动清零）。**消费者判「能不能信」只许查它**，
`adc_cal_apply()` 不返回可用性（「数据可信」§8 风险表）。
- 合法带哨兵：k ∉ ROM×[0.5,2.0] 或 |b| > 8192 → 折算回退 ROM + 每通道每开机一条
`[ERR]` + VALID 被压制（**即便文件位图说已标定**）；这层兜底同时挡坏文件与坏标定。
- `adc_cal_set()` / `adc_cal_two_point()`：整定与两点公式的算术核已齐备（单测还原合成
k/b）；**台架两点标定（卡 12）待实测**，本层不含注入。
- cfg 两段 `[adc_cal]` / `[adc_cal_ofs]` **不挂回调**（RAM 副本即生效值，引擎 load/poll
原地改写，逐点现读）；注册在 `app_main_init()` 内核前完成，必须先于 `cfg_file_load`。
## 4. 构建与测试
### 4.1 挂载与模拟器边界
- 八个 `.c` 已登记在 `MDK-ARM/STM32F407-Demo.uvprojx`；`../App/algo` 已在 `<IncludePath>` 内。
- 本层**不进** `simulator/CMakeLists.txt`（UI 模拟器不跑采集链路）：八个文件全部登记在
`scripts/check_registration.py` 的 `SIM_EXEMPT`（附理由），`registration-check` 钩子反向校验（N-23）。
### 4.2 主机侧单测（L0.5）——生产源文件以 `#include` 原样纳入
| 模块 | 命令 | pre-commit 钩子 |
|---|---|---|
| 相量 / 采样环 | `& '.venv\Scripts\python.exe' test/host/phasor/run_unit_test.py` | `phasor-unit-test` |
| ADC 输入层 | `& '.venv\Scripts\python.exe' test/host/adc_input/run_unit_test.py` | `adc-input-unit-test` |
| 有效性校验 | `& '.venv\Scripts\python.exe' test/host/adc_health/run_unit_test.py` | `adc-health-unit-test` |
| 定值模型 | `& '.venv\Scripts\python.exe' test/host/prot_set/run_unit_test.py` | `prot-set-unit-test` |
| 元件框架 | `& '.venv\Scripts\python.exe' test/host/prot_elm/run_unit_test.py` | `prot-elm-unit-test` |
| 频率测量 | `& '.venv\Scripts\python.exe' test/host/freq/run_unit_test.py` | `freq-unit-test` |
| 通道标定（含真实 cfg_file 引擎集成） | `& '.venv\Scripts\python.exe' test/host/adc_cal/run_unit_test.py` | `adc-cal-unit-test` |
改本目录任一 `.c/.h`，提交时对应钩子自动跑。**用例清单与判据数字的属主**是各
`test/host/<模块>/` 与 `docs/测试说明/` 下的单测说明，本文不复制（三处抄数字必然打架）。
### 4.3 板端
`@build` 0 错误 0 警告 → `@test` 看 `[ADC_TASK]` 首拍 / 心跳（`phasor(...)`、`freq(...)`、
`cal: ua_mv=… vl=0x00 cl=0xE6 rail=…`、`ring` / `skip` / `adc1_*` / `tgap`）；
健康判据 = **零 `[ERR]`**（健康告警与标定哨兵全以 `[ERR]` 开头，误报会被闭环直接抓住；
`vl` 在未标定默认构建必须为 0x00，卡 5 闭锁落地后 `cal:` 行就是台架期望的直接证据）。
→ `docs/算法/采集与算法层设计说明.md` §12。
## 5. 新增一个算法模块的固定动作
1. 在本目录建 `xxx.c/h`，文件头写模块注释块（规范 V1.0），**尽量零平台依赖**以便免桩单测。
2. 用 `new-source-file` skill 注册到 `MDK-ARM/STM32F407-Demo.uvprojx`（新建子目录还要补 `<IncludePath>`）。
模拟器侧二选一：有消费路径 → 加 `simulator/CMakeLists.txt`；纯算法无消费路径 → 加
`scripts/check_registration.py` 的 `SIM_EXEMPT`（照本目录既有七条写理由），否则 `registration-check` 拦。
3. 加 `test/host/<模块>/` 主机单测 + `.pre-commit-config.yaml` 钩子（照 `phasor-unit-test` 抄）。
4. 消费者写在 `App/task/`，本层只出"数"；跨转换器禁令见 §3 开头四条红线。
5. 在本 README §1 清单加一行，并在 `docs/算法/采集与算法层设计说明.md` 里写清该模块的契约与理由。
## 6. 相关文档
- **本层设计与判据**：`docs/算法/采集与算法层设计说明.md`
- 通道映射权威口径：`docs/硬件平台/ADC通道映射说明.md`
- 分层与功能项清单：`docs/算法/继电保护功能复现规划.md`
- 傅氏算法与有效值口径：`docs/算法/傅氏算法详解.md`
- 采样节拍（TIM3 1 kHz + TRGO 触发 ADC1 / DMA）：`docs/子系统设计/ADC采样节拍设计说明.md`
- 相量层 / ADC 输入层单测细则：`docs/测试说明/相量层单元测试说明.md`、`docs/测试说明/ADC输入层单元测试说明.md`
- RAM 与栈台账：`docs/内存管理/RAM使用分析与优化方案.md`
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