STM32F4-Base/App/app/app_main.c

/*
 * 模块名称：Application Main Entry
 * 模块功能：应用初始化流程编排、各模块启动、主循环
 * 适用平台：STM32F407ZGTx
 * 作者：王建锋
 * 创建日期：2026-07-19
 * 修改记录：
 *   v1.0  2026-07-19  王建锋  创建初始版本
 *   v1.1  2026-08-29  王建锋  将原 main.c 中各外设初始化统一收归 app_main_init，
 *                           并按"时间子系统优先"的顺序编排启动流程
 *   v1.2  2026-09-14  王建锋  新增自检埋点（RTC/NAND/ADC 失败 → sys_log 自检记录）+ syslog_mcu_init()
 */

#include "app_main.h"

#include "main.h"        /* ST_DIR4_GPIO_Port / ST_DIR4_Pin 等 CubeMX 宏 */
#include "stm32f4xx_it.h" /* fault_handler_enable() */
#include "usart.h"       /* huart5 */
#include "tim.h"         /* htim3：1 kHz 采样节拍（TIM3 更新中断触发 CONVST + TRGO 触发 ADC1） */
#include "rs485.h"
#include "sd2506.h"
#include "sys_clock.h"
#include "gd5f2gq5ue.h"
#include "tpafe5160.h"
#include "adc_input.h"   /* L1 采集层：adc_input_init()（语义映射 + STM32 ADC1 扫描） */
#include "adc_cal.h"     /* L1.5 标定层：adc_cal_init()（ROM 系数 + cfg 两段注册，道A 卡2/4） */
#include "phasor.h"      /* L2 相量层：phasor_init()（系数表 + 实例 + 双区交换） */
#include "freq.h"        /* L2 派生量：freq_init()（相位解缠绕测频，B8） */
#include "prot_set.h"    /* L3 定值模型：prot_set_init()（B5，内核前封存） */
#include "prot_elm.h"    /* L3 元件框架：prot_elm_init()（B5，解析相量索引） */
#include "sys_log.h"
#include "task_watchdog.h"  /* task_wd_seg_report()：round 8 复位不丢"进段打点"上报 */
#include "test_config.h"    /* 套件开关：身份戳的构建变体串（FW_BUILD_VARIANT）依赖本头，
                             * 改 TEST_SUITE_* / ENABLE_DESTRUCTIVE_TESTS 必重编本 TU →
                             * __DATE__/__TIME__ 随之刷新，见 app_main_init() 的戳注释 */

#define DBG_TAG "[APP]"
#include "dbg_log.h"

/* g_rs485 由 rs485.c 定义，经 rs485.h 的 extern 引用；接收缓冲内聚于句柄 rx_buf */

/* 复位原因锁存值（Src/main.c 在 HAL_Init() 后立即写入并清除 RCC_CSR）。
 * 放这里而非 main.c，是因为需要与其它应用级全局量同层、且日志侧更好引用。 */
volatile uint32_t g_rcc_csr_latched;

/*
 * 构建变体串（2026-10-11）：把"测试套件开关"编进固件身份戳，见 app_main_init() 的戳注释。
 * TEST_SUITE_NAME 由 test/board/test_config.h 定义（产品构建 = "NONE"）；
 * 模拟器等未纳入该头的编译单元退化为空串，不影响戳的可搜索性。
 */
#if defined(TEST_SUITE_NAME)
#define FW_BUILD_SUITE " suite=" TEST_SUITE_NAME
#else
#define FW_BUILD_SUITE ""
#endif

#if defined(ENABLE_DESTRUCTIVE_TESTS)
#define FW_BUILD_DSTR " dstr=on"
#else
#define FW_BUILD_DSTR " dstr=off"
#endif

/* 身份戳后缀：一段连续 ASCII，保证 .hex 里可原样搜到（run_boot_test.py 抠戳用） */
#define FW_BUILD_VARIANT FW_BUILD_SUITE FW_BUILD_DSTR

/*
 * 函数功能：把 RCC_CSR 锁存值翻译为可读的复位原因串（见手册 RM0090 §6.3.22）
 * 入口参数：csr - 锁存的 RCC_CSR 值
 *           buf - 输出缓冲
 *           len - 缓冲容量
 * 返回值：无
 * 函数说明：按"最可信归因"的优先级组织——IWDG/WWDG 优先于软件复位
 *          （看门狗复位是我们真正关心的自动恢复事件；软件复位多为崩溃钩子
 *           兜底，两者同时置位时报告看门狗更有价值）。纯 ASCII，防编码坑。
 */
static void reset_cause_str(uint32_t csr, char *buf, unsigned int len) {
    const char *cause;

    if ((csr & RCC_CSR_IWDGRSTF) != 0u) {
        cause = "IWDG (independent watchdog)";
    } else if ((csr & RCC_CSR_WWDGRSTF) != 0u) {
        cause = "WWDG (window watchdog)";
    } else if ((csr & RCC_CSR_SFTRSTF) != 0u) {
        cause = "software (NVIC_SystemReset)";
    } else if ((csr & RCC_CSR_PORRSTF) != 0u) {
        cause = "power-on (POR)";
    } else if ((csr & RCC_CSR_PINRSTF) != 0u) {
        cause = "external pin (NRST)";
    } else if ((csr & RCC_CSR_BORRSTF) != 0u) {
        cause = "brown-out (BOR)";
    } else {
        cause = "unknown";
    }

    /* 简单有界拼接（不引 snprintf，避免依赖与栈开销） */
    if (buf == NULL || len == 0u) {
        return;
    }
    {
        unsigned int i = 0u;
        while ((i < (len - 1u)) && (cause[i] != '\0')) {
            buf[i] = cause[i];
            i++;
        }
        buf[i] = '\0';
    }
}

/*
 * 函数功能：应用层初始化
 * 入口参数：无
 * 返 回 值：0 - 成功，-1 - 失败
 * 限定条件：CubeMX 外设初始化已完成
 * 函数说明：在 CubeMX 外设初始化之后、FreeRTOS 调度器启动之前调用。
 *           启动顺序以"时间子系统优先"为原则，使后续所有日志均带时间戳：
 *             1) 时间子系统（SD2506 RTC → 墙钟基准）
 *             2) RS-485
 *             3) GD5F NAND
 *             4) TPAFE5160 ADC → ADC 输入层（L1，语义映射 + STM32 ADC1）
 *             5) SD2506 诊断信息
 *             6) 启动 TIM3 1 kHz 采样节拍（ISR 内脉冲 CONVST；同一更新事件经 TRGO 硬件触发 ADC1 + DMA）
 */
int app_main_init(void) {
    /* 0) 使能 MemManage / BusFault / UsageFault（复位后默认只有 HardFault 使能）。
     *    必须尽早——放在所有业务初始化**之前**，这样从第一行业务代码起，
     *    任何内存/总线/非法指令类故障都会被独立捕获并打出故障名，
     *    而不是被升级成 HardFault 后只看到笼统的 "HARDFAULT"。
     *    纯寄存器写（SCB->SHCSR），不依赖日志/时钟，故放在最前无副作用。 */
    fault_handler_enable();

    /* 日志引擎初始化（创建待发队列；须先于任何 syslog_post） */
    (void)syslog_mcu_init();
    /* 启动锚点（2026-10-02 S10）：本函数在内核启动前执行、不创建任何 RTOS 对象，
     * 恒成功且无副作用；本行是"启动进度轨迹"的起点——之后的每一步都有结果日志，
     * 故某次启动卡死时，最后一行日志即可指向卡住的步骤。 */
    DBG_INFO("boot: syslog init OK");

    /* 固件身份戳（2026-10-10）：__DATE__/__TIME__ 由编译器展开，与前面的字面量做
     * C 字符串拼接 → .rodata 里是一段连续 ASCII，可直接在 .hex 里原样搜到。
     * 用途：@test 把"芯片里正在跑的镜像"和"刚编出来的镜像"对上号。此前开机标记
     * 全是固定串（App init OK / Network Init / ...），旧镜像也照样全中，于是
     * "反复重下载、芯片一直是旧镜像"这类事故在自动闭环里完全不可见
     * （AGENTS.md 烧录铁律记的正是它）。代价：1 条 DBG ≈ 90 B Flash + 30 B 常量。
     * ⚠ 戳只在**本 TU 被重编**时才刷新（增量构建），故本文件必须 #include
     * "test_config.h"：否则只切套件宏（TEST_SUITE_* / ENABLE_DESTRUCTIVE_TESTS）
     * 不重编本 TU，产品镜像与测试镜像顶着同一个戳，戳校验对"两种构建互换"失明
     * （2026-10-11 实测：切宏后的测试构建与产品构建的戳一模一样，只有回读校验
     * 才发现镜像不同）。两条防线：① 头依赖 → 改宏必重编、戳必刷新；
     * ② FW_BUILD_VARIANT 把套件名与破坏性开关编进戳内容 → 即便戳时间相同，
     * 产品串与测试串也不同。代价：约 20 B 常量。 */
    DBG_INFO("fw build: " __DATE__ " " __TIME__ FW_BUILD_VARIANT);

    /* 0) 复位原因上报（锁存值由 Src/main.c 在 HAL_Init() 后立即采得）。
     *    放在日志引擎之后、业务初始化之前：任何一次非上电复位都值得在
     *    开机第一时间看到——尤其 IWDG，它意味着上一轮运行有任务卡死。
     *    注意：RCC_CSR 已被 main.c 清零，本处只读锁存副本。 */
    {
        char cause[40];
        uint32_t csr = g_rcc_csr_latched;
        reset_cause_str(csr, cause, sizeof(cause));
        DBG_INFO("reset cause: %s (CSR=0x%08lX)", cause, (unsigned long)csr);
        /* 看门狗复位记入自检记录（只记载故障，符合既有约定） */
        if ((csr & (RCC_CSR_IWDGRSTF | RCC_CSR_WWDGRSTF)) != 0u) {
            syslog_post(SYSLOG_SELFTEST, "watchdog reset");
        }
    }

    /* 0b) round 8 取证：上报上一轮 defaultTask 主循环的**最后进段**。
     *     轨迹槽在 .noinit（scatter UNINIT_CCM），IWDG/引脚复位不清 SRAM →
     *     误复位后开机第一时间可见 `PREVRUN seg=N`，直接指向主循环阻塞点
     *     （round 7 观察"判定分支未执行"经 round 8b 更正：真因是 IWDG 超时被静默
     *     配成复位默认值，见 docs/子系统设计/看门狗设计说明.md 2026-10-02 变更记录）。
     *     裸 UART 直发，且一次复位只报一次（内部清 magic）。 */
    task_wd_seg_report();

    /*
     * 1) 时间子系统初始化（尽早完成，后续所有日志带时间戳）
     *    sd2506_init() 从 RTC 读取初始时间
     *    sys_clock_init() 将 RTC 时间转为 Unix epoch，建立墙钟基准
     *    S10（2026-10-02）：sd2506_init 原先所有失败路径静默返回，是启动段
     *    唯一无日志的初始化；现内部已逐路径打 DBG_ERROR，此处再补一行
     *    带错误码的结果回执，使 I2C 不通时能看到"在哪一步、什么错"。
     */
    {
        bsp_err_t rtc_ret = sd2506_init();
        DBG_INFO("SD2506 init: %s (ret=%d)",
                 (rtc_ret == BSP_OK) ? "OK" : "FAILED", rtc_ret);
    }
    if (sys_clock_init() != 0) {
        syslog_post(SYSLOG_SELFTEST, "clock chip fault");
    }

    /* 2) RS-485 初始化（UART4 + PD0 方向控制），初始化即自动开启接收 */
    rs485_init(&g_rs485, &huart4, ST_DIR4_GPIO_Port, ST_DIR4_Pin);
    DBG_INFO("RS485 init: OK (UART4, DE=PA15)");

    /* 3) GD5F 初始化测试（BBT 全片扫描，启动段最耗时的一步） */
    int ret = gd5f2gq5ue_init();
    DBG_INFO("NAND init: %s",
             (ret == GD5F_OK)           ? "OK" :
             (ret == GD5F_ERROR)        ? "ERROR" :
             (ret == GD5F_WAIT_EXPIRED) ? "BUSY TIMEOUT" :
             (ret == GD5F_ECC_ERROR)    ? "ECC ERROR" :
             (ret == GD5F_PROGRAM_FAIL) ? "PROGRAM FAIL" :
              (ret == GD5F_ERASE_FAIL)   ? "ERASE FAIL" :
              (ret == GD5F_ID_MISMATCH)  ? "ID MISMATCH" : "UNKNOWN");
    if (ret != GD5F_OK) {
        syslog_post(SYSLOG_SELFTEST, "NAND fault");
    }

    /* 4) TPAFE5160 ADC 测试 */
    bsp_err_t tp_ret = tpafe5160_init();
    DBG_INFO("ADC init: %s",
             (tp_ret == BSP_OK) ? "OK" :
             (tp_ret == BSP_ERR_TIMEOUT) ? "TIMEOUT" :
             (tp_ret == BSP_ERR_NO_DEVICE) ? "NO CHIP" : "FAIL");
    if (tp_ret != BSP_OK) {
        syslog_post(SYSLOG_SELFTEST, "ADC fault");
    }

    /* 4b) ADC 输入层（L1）初始化：清原始码值缓冲与统计 + **语义映射表自洽性自检**
     *     （映射指向了不会被扫描的通道 → 返回 -1，避免"读到恒为陈旧值"的静默错）
     *     + 挂载一次 STM32 ADC1 的 DMA（失败返回 -2）。
     *     ADC1 外设已由 MX_ADC1_Init()（main.c）配好 9 通道 / 144 cycles /
     *     **TIM3 TRGO 外部触发 + DMA 连续请求**，本层不重复配置、也不触发转换。
     *     须在启动采样节拍（步骤 6）之前——先挂 DMA 再放节拍，才不会漏第一拍。 */
    {
        int adc_rc = adc_input_init();

        if (adc_rc == -1) {
            DBG_ERROR("ADC input layer: map self-check FAILED");
            syslog_post(SYSLOG_SELFTEST, "ADC map fault");
        } else if (adc_rc != 0) {
            DBG_ERROR("ADC input layer: DMA arm FAILED (rc=%d)", adc_rc);
            syslog_post(SYSLOG_SELFTEST, "ADC dma fault");
        } else {
            DBG_INFO("ADC input layer init: OK");
        }
    }

    /* 4c) 相量层（L2）初始化：清双区结果与有效标志 + 复位采样环缓冲。
     *     纯算法层（无外设 / 无 RTOS 依赖，见 docs/算法/继电保护功能复现规划.md
     *     §3.2），须在启动采样节拍（步骤 6）之前。幂等、当前无失败路径
     *     （返回值保留供后续自检扩展）。 */
    (void)phasor_init();
    DBG_INFO("phasor layer init: OK (inst=%u)", (unsigned)phasor_inst_count());

    /* 4c-2) 测频层（L2 派生量，B8）初始化：清平均窗/相位基准/有效标志。
     *     纯算法（输入 = phasor 使用区），消费在 adcTask（freq_run 每拍）
     *     与 protectTask（OF/UF 判据经 prot_elm_run 取数）。 */
    (void)freq_init();
    DBG_INFO("freq layer init: OK");

    /* 4c-3) 通道标定层（L1.5，「数据可信」卡 2/卡 4）初始化：RAM 系数副本置
     *     ROM 默认（卡 1 定死的引脚侧 LSB，docs/硬件平台/ADC通道映射说明.md §7.1）
     *     + 向配置引擎注册 [adc_cal] / [adc_cal_ofs] 两段。注册必须先于
     *     defaultTask 的 cfg_file_load（「先注册后 load」契约）→ 只能落内核前；
     *     折算消费在 adcTask 每拍（adc_cal_apply），标定文件值随 load/poll 原地
     *     生效，无回调。 */
    adc_cal_init();
    DBG_INFO("adc cal init: OK (k_q16 tpafe=%ld stm32=%ld)",
             (long)ADC_CAL_K_Q16_TPAFE, (long)ADC_CAL_K_Q16_STM32);

    /* 4d) 保护定值 + 元件层初始化（B5）：出厂默认定值封存校验和 + 元件状态
     *     复位并解析相量索引（须在 phasor_init 之后）。内核前完成 → iec104
     *     定值读/protectTask 首拍前定值必已装载。判据消费在 protectTask。 */
    prot_set_init();
    prot_elm_init();
    DBG_INFO("protection init: OK (set=%u elm=%u)",
             (unsigned)PS_ID_COUNT, (unsigned)PE_COUNT);

    /* 5) SD2506 RTC 诊断信息 */
    {
        /* 读取 ID */
        uint8_t sd_id[8];
        sd2506_get_id(sd_id);
        DBG_INFO("SD2506 ID: %02X%02X%02X%02X%02X%02X%02X%02X",
                 sd_id[0], sd_id[1], sd_id[2], sd_id[3],
                 sd_id[4], sd_id[5], sd_id[6], sd_id[7]);

        /* 读取当前时间 */
        sd2506_time_t sd_time;
        sd2506_get_time(&sd_time);
        DBG_INFO("SD2506 time: %04d-%02d-%02d %02d:%02d:%02d (week %d)",
                 sd_time.year, sd_time.month, sd_time.day,
                 sd_time.hour, sd_time.minute, sd_time.second,
                 sd_time.week);

        /* 读取温度 */
        int8_t sd_temp;
        sd2506_get_temperature(&sd_temp);
        DBG_INFO("SD2506 temp: %d C", sd_temp);

        /* 读取电池电压 */
        uint16_t sd_vbat;
        sd2506_get_battery_voltage(&sd_vbat);
        DBG_INFO("SD2506 battery: %d.%02d V",
                 sd_vbat / 1000, (sd_vbat % 1000) / 10);
    }

    /* 6) 启动 1 kHz 采样节拍：TIM3 更新事件 → ① ISR 内脉冲 CONVST（Src/main.c）
     *    ② 同一事件经 TRGO 硬件触发 STM32 ADC1 一轮 9 通道转换（DMA 自动搬运）。
     *    ⚠ 必须在 tpafe5160_init() 成功之后启动，否则 ISR 会在驱动首帧自检
     *    （E-44 有效性探针）期间乱发 CONVST。消费端 adcTask 退化为纯消费者。
     *    ⚠ 节拍源必须能触发 ADC1，故用 **TIM3**：F4 上 ADC1 的外部触发只认
     *    TIM1/TIM2/TIM3/TIM4/TIM5/TIM8 的 CC 或 TRGO，**TIM6/TIM7 的 TRGO 只接
     *    DAC**（查 CubeMX DB 与本仓库 stm32f4xx_hal_adc.h 的 EXTSEL 表证实）
     *    → 要让两片转换器由同一个硬件事件驱动，节拍源必须换成 TIM3。 */
    (void)HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3);

    DBG_INFO("App init OK");
    return 0;
}

/*
 * 函数功能：应用主循环
 * 入口参数：无
 * 返 回 值：无
 * 限定条件：FreeRTOS 调度器启动后不再返回
 * 函数说明：空闲任务可调用的应用层处理入口
 */
void app_main_run(void) {
    for (;;) {
        /* 应用层空闲处理 */
    }
}