STM32F4-Base
基于 STM32F407ZGTx 的工业级嵌入式平台固件，集成以太网通信、NAND Flash 存储、ADC 采集、RS-485 通信及 FTP 文件服务。
硬件平台
- MCU: STM32F407ZGTx @ 168MHz (HSE 8MHz → PLL M=4/N=168/P=2)
- 封装: LQFP144
- RTOS: FreeRTOS V10.3.1 (CMSIS-RTOS V2)
外设接口
| 外设 | 接口 | 引脚 | 说明 |
|---|---|---|---|
| CH395F 以太网 | SPI2 | PB12 CS, PB13 SCK, PB14 MISO, PB15 MOSI | 10/100M 以太网控制器 |
| GD5F2GQ5UE NAND | SPI1 | PE0 CS, PB3 SCK, PB4 MISO, PB5 MOSI, PB8 WP, PE1 HOLD | 256MB SPI NAND Flash |
| TPAFE5160 ADC | 并行16位 | PG0-PG15 数据, PD3 RD, PD4 CONVST, PD7 BUSY | 高精度 ADC |
| USART1 | 串口 | PA9 TX, PA10 RX | 115200bps 调试串口 |
| 6x LED | GPIO | PC4, PC5, PB1, PB2, PF11, PF12 | 低电平点亮 |
| RS-485 | UART5 | PC12 TX, PD2 RX, PD0 DE | 半双工通信 |
项目架构
flowchart TB
subgraph APP["应用层 (App/)"]
direction LR
A1["app_main.c"] ~~~ A2["net_task.c"] ~~~ A3["ui_task.c"] ~~~ A4["time_sync.c"]
end
subgraph BSP["驱动层 (Drivers/BSP/)"]
direction LR
B1["CH395F"] ~~~ B2["GD5F2GQ5UE"] ~~~ B3["TPAFE5160"] ~~~ B4["SD2506"] ~~~ B5["RS485"] ~~~ B6["UI"]
end
subgraph MW["中间件 (Middlewares/ & Lib/)"]
direction LR
C1["FreeRTOS"] ~~~ C2["FatFs"] ~~~ C3["dhara FTL"] ~~~ C4["LVGL"]
end
subgraph HAL["HAL 层 / CMSIS"]
direction LR
D1["STM32F4xx_HAL_Driver/"] ~~~ D2["CMSIS/"]
end
HW["硬件 (STM32F407ZGTx)"]
APP --> BSP --> MW --> HAL --> HW
更详细的全景架构（六层分层 + 任务与就绪屏障 + 启动时序 + 存储/网络/UI 栈 + 目录组织）见
docs/项目架构总览.md。
启动流程
main.c
├─ HAL_Init()
├─ SystemClock_Config() // 168MHz 系统时钟
├─ MX_GPIO/DMA/UART/SPI/I2C_Init() // CubeMX 外设初始化
├─ app_main_init() // 应用层初始化（时间→RS485→NAND→ADC→诊断）
│ ├─ sd2506_init() + sys_clock_init() // 时间子系统优先
│ ├─ rs485_init()
│ ├─ gd5f2gq5ue_init()
│ ├─ tpafe5160_init()
│ ├─ SD2506 诊断（ID/时间/温度/电池）
│ └─ tpafe5160_start_conv_irq() // 首次 ADC 转换
├─ osKernelInitialize()
├─ MX_FREERTOS_Init() // 创建任务和事件组
└─ osKernelStart() // 启动调度器
FreeRTOS 任务
| 任务 | 栈大小 | 优先级 | 职责 |
|---|---|---|---|
| defaultTask | 2048 words | Normal | FTL + FatFS 挂载（一次性） |
| netTask | 4096 words | Normal | 网络初始化 + CH395F 轮询 |
| ftpTask | 4096 words | Normal | FTP 服务（等待网络+存储就绪） |
| testTask | 4096 words | BelowNormal | 硬件测试入口 |
| uiTask | 16384 words | BelowNormal | LVGL UI 界面 |
| timeSyncTask | 2048 words | Normal | 墙钟时间同步 |
任务启动顺序管理
使用 CMSIS-RTOS v2 Event Flags 实现就绪屏障（readiness barrier）：
SYS_EVT_NET_READY(bit 0): netTask 置位SYS_EVT_STORAGE_READY(bit 1): defaultTask 置位SYS_EVT_FTP_READY(bit 2): ftpTask 置位（预留）SYS_EVT_TIMESYNC_READY(bit 3): timeSyncTask 置位（预留）
消费者通过 osEventFlagsWait() 阻塞等待，零占用，取代魔法延时和全局变量轮询。
目录结构
STM32F4-Base/
├── Src/ # CubeMX 生成的源文件（USER CODE 区域可编辑）
│ ├── main.c # 程序入口
│ ├── freertos.c # FreeRTOS 任务创建
│ ├── gpio.c / dma.c / spi.c / i2c.c / usart.c
│ └── stm32f4xx_hal_msp.c / stm32f4xx_it.c
├── Inc/ # CubeMX 生成的头文件
│ ├── main.h / FreeRTOSConfig.h / stm32f4xx_hal_conf.h
│ └── gpio.h / dma.h / spi.h / i2c.h / usart.h
├── App/ # 应用层代码
│ ├── app_main.c/h # 应用初始化入口
│ ├── app_cfg.h # 功能模块编译开关
│ ├── sys_events.h # 系统就绪事件定义
│ ├── sys_clock.c/h # 墙钟时间管理
│ ├── time_sync.c/h # 时间同步任务
│ ├── task/ # FreeRTOS 任务实现
│ │ ├── net_task.c/h # 网络任务
│ │ ├── ui_task.c/h # UI 任务
│ │ ├── adc_task.c/h # ADC 任务
│ │ └── rs485_task.c/h # RS-485 任务
│ ├── protocol/ # 通信协议（预留）
│ └── util/ # 工具函数（CRC、环形缓冲等）
├── Drivers/
│ ├── BSP/ # 板级驱动（手工编写）
│ │ ├── CH395F/ # 以太网控制器驱动
│ │ ├── GD5F2GQ5UE/ # NAND Flash 驱动 + FTL
│ │ ├── TPAFE5160/ # ADC 驱动
│ │ ├── SD2506/ # RTC 驱动
│ │ ├── RS485/ # RS-485 通信驱动
│ │ ├── NET/ # BSD Socket API 网络抽象层
│ │ │ ├── net_socket.c/h # Socket API
│ │ │ ├── net_select.c/h # select/poll 多路复用
│ │ │ └── lftpd/ # 轻量 FTP 服务器
│ │ ├── UI/ # LVGL UI 组件
│ │ └── dbg_log.h / dbg_cfg.h # 调试日志（DBG_INFO 等）
│ ├── STM32F4xx_HAL_Driver/ # ST HAL 库
│ └── CMSIS/ # ARM CMSIS
├── Lib/ # 第三方库
│ ├── dhara/ # NAND FTL 算法
│ ├── FatFs/ # FAT 文件系统
│ └── lvgl/ # 图形库
├── Middlewares/
│ └── Third_Party/FreeRTOS/ # FreeRTOS 内核
├── MDK-ARM/ # Keil 工程
│ ├── STM32F407-Demo.uvprojx # 工程文件
│ ├── build.bat # 命令行编译脚本
│ ├── download.bat # 烧录脚本
│ └── startup_stm32f407xx.s # 启动文件
├── test/ # 测试代码与脚本
│ ├── run_boot_test.ps1 # 自动化启动测试
│ ├── verify_log.ps1 # 日志校验脚本
│ ├── serial_capture.ps1 # 串口捕获脚本
│ ├── test_config.c/h # 测试任务配置
│ ├── ch395f_test_task.c/h # CH395F 硬件测试
│ ├── gd5f_test_task.c/h # NAND Flash 测试
│ ├── net_test_task.c/h # 网络层测试
│ ├── sd2506_test_task.c/h # RTC 测试
│ ├── storage_test_task.c/h # 存储性能测试
│ ├── ch395f_socket_test.py # Socket 通信测试（主机端）
│ ├── ftp_test.py # FTP 服务器测试（主机端）
│ ├── ftp_up_dl_test.py # FTP 上传下载测试（主机端）
│ ├── ftp_speed_test.py # FTP 传输速度测试（主机端）
│ ├── ftp_capture.py # FTP 流量抓取（主机端）
│ └── time_sync_server.py # 时间同步推送服务（主机端）
├── docs/ # 项目文档
│ ├── UI 设计/ # LVGL UI：架构 / 菜单页面 / 制作流程 / 字体 / 模拟器 / 自动化测试 + mockups 样机
│ ├── 代码规范/ # C 代码规范、pre-commit / cppcheck 使用说明
│ ├── 问题记录/ # 已知陷阱与解决方案
│ ├── 测试说明/ # 测试指南
│ ├── 芯片手册/ # 硬件数据手册
│ ├── 测试开发标准流程.md # 测试开发标准流程
│ ├── 测试文档模板规范.md # 测试文档模板规范
│ ├── 图形绘制流程.md # 文档配图绘制流程（SVG 生成器 / Mermaid 选型 / 约定 / 检查清单）
│ └── *.md # 存储架构 / 墙钟时间 / 启动顺序等（UI 相关文档在 UI 设计/）
├── scripts/ # pre-commit 本地钩子脚本
│ ├── check_coding_standard.py # 代码规范机械检查
│ └── check_mojibake.py # U+FFFD 乱码检查
├── simulator/ # LVGL PC 模拟器（CMake + SDL2，与 MCU 共用 UI 源码）
│ ├── CMakeLists.txt # 模拟器构建脚本
│ ├── main.c # 模拟器入口（SDL → LVGL → 菜单 → 主循环）
│ ├── sim/ # 平台层（sim_port 显示/输入、net_socket_sim、推流/网口配置 backend）
│ ├── lv_conf.h # LVGL 配置（1bpp + SDL）
│ ├── i1_to_png.py # 截图 I1(1bpp) → PNG 转换工具
│ ├── tests/ # 无头回归脚本 + 黄金参考（菜单像素回归 / 内容页黄金参考）
│ └── SDL2/ # SDL2 2.32.10 预编译库
├── tools/ # 开发工具
│ └── font_gen/ # 中文字体生成工具
├── ui_cn_chars.txt # 中文字体字符集
├── requirements.txt # Python 依赖清单（统一 .venv 环境，见 AGENTS.md「Python 环境」）
├── STM32F407-Demo.ioc # CubeMX 工程文件
├── .pre-commit-config.yaml # pre-commit 钩子配置
├── .gitlint # commit message 检查规则
├── opencode.json # opencode 配置
├── .opencode/ # opencode 本地配置（串口等）
└── AGENTS.md # AI 开发规范
构建系统
环境要求
- Keil MDK-ARM v5 (ARMCC 编译器)
- Python 3（统一入口为仓库内
.venv，依赖见requirements.txt，重建方法见 AGENTS.md「Python 环境」） - ST-Link 或兼容调试器
编译
# 方式一：命令行编译（推荐）
MDK-ARM\build.bat
# 方式二：Keil IDE
# 打开 MDK-ARM\STM32F407-Demo.uvprojx → Build (F7)
退出码：0 = 成功 | 1 = 有警告 | 2+ = 错误
编译日志：MDK-ARM/build_log.txt
烧录
MDK-ARM\download.bat
LVGL PC 模拟器
PC 端 UI 开发调试（无需烧录 MCU，与 MCU 共用 Drivers/BSP/UI/ 源码），详见 docs/UI 设计/LVGL模拟器部署与使用说明.md：
cd simulator
cmake -B build -G "Visual Studio 16 2019" -A x64
cmake --build build --config Debug
# 运行 simulator\build\Debug\lvgl_sim.exe
UI 改动回归门禁（菜单像素回归 + 内容页黄金参考 + 池水位校验）：
.venv\Scripts\python.exe simulator/tests/check_menu_rows.py
.venv\Scripts\python.exe simulator/tests/check_content_pages.py
详见 docs/UI 设计/UI_自动化测试流程.md。
驱动开发指南
CH395F 以太网
- 单连接模式：Socket 0 复用监听和数据通道
- 中断统一处理：所有中断在
net_poll()中通过GET_GLOB_INT_STATUS集中读取清除 - SPI 事务必须用
ch395f_spi_begin()/ch395f_spi_end()包裹 - SPI 分频系数必须为 8（PCB 设计限制）
GD5F2GQ5UE NAND Flash
- 三层软件栈：FatFS → dhara FTL → NAND 驱动
- FTL 提供 LBA 映射、磨损均衡、坏块管理、垃圾回收
- 物理分区：全部 2048 块用于 FTL + FatFS
网络层 (NET)
- BSD Socket API 抽象：
net_socket.h/c - select/poll I/O 多路复用：
net_select.h/c - 线程安全通过消息队列（
netMsgQueue）实现 - 所有 CH395F 操作在 netTask 中串行处理
时间子系统
- SD2506 RTC 提供初始时间
- sys_clock 将 RTC 时间转为 Unix epoch 墙钟基准
- timeSyncTask 通过 TCP 同步墙钟时间
自动化测试
启动测试
# 一键测试：构建 → 串口捕获 → 烧录 → 日志校验
powershell -ExecutionPolicy Bypass -File test\run_boot_test.ps1
退出码：0 = PASS | 1 = FAIL | 2 = 错误
测试模块
| 模块 | 测试文件 | 说明 |
|---|---|---|
| CH395F 硬件 | ch395f_test_task.c |
SPI 通信、寄存器读写 |
| NAND Flash | gd5f_test_task.c |
页读写、块擦除、ECC |
| 网络层 | net_test_task.c |
BSD Socket、TCP/UDP |
| RTC | sd2506_test_task.c |
时间读写、温度、电池 |
| 存储性能 | storage_test_task.c |
FTL/FatFS 读写速度 |
主机端测试脚本（Python）
| 脚本 | 说明 |
|---|---|
ch395f_socket_test.py |
Socket 通信测试 |
ftp_test.py |
FTP 服务器基础测试 |
ftp_up_dl_test.py |
FTP 上传/下载测试 |
ftp_speed_test.py |
FTP 传输速度测试 |
ftp_capture.py |
FTP 流量抓取 |
time_sync_server.py |
时间同步推送服务（PC → 板子） |
串口调试
通过 serial-mcp-server 自主读取 USART1 串口打印：
- 端口配置：
.opencode/serial_config.json - 详见
docs/测试说明/serial-mcp-server_串口调试.md
开发规范
源码编辑安全
铁律：绝不用 Get-Content / Set-Content / cmd 重写含中文的源码文件，会导致不可逆乱码。
- 改代码只用 Edit 工具（精确子串替换）
- 发现乱码先评估能否用 Edit 修复，不要急着
git checkout
CubeMX 生成文件
Inc/和Src/中的文件带有USER CODE BEGIN/END标记- 自定义代码必须写在这些区域之间
Drivers/BSP/下的驱动文件为纯手工代码，不受 CubeMX 保护
编译验证
所有代码修改后必须编译通过（0 错误 0 警告）才能提交。
新增文件
新文件需手动添加到 Keil MDK 工程才能编译。
自动化代码审查（pre-commit）
每次 git commit 自动执行检查，任一失败即拦截提交：
- 行尾空格 / 文件尾换行（自动修复）
- 大文件 / 冲突标记 / YAML 语法（拦截）
- cppcheck 静态分析：warning / performance / portability / style 四类，发现问题即拦截
- 代码规范检查：头文件保护宏、命名（宏大写/
_t后缀）、函数注释、default 分支、禁用 strcpy/sprintf/goto/Tab 等（规范 V1.0 可机械校验项） - U+FFFD 乱码（拦截，不可逆损坏）
- commit message 格式（gitlint，拦截）
本地钩子脚本：scripts/check_coding_standard.py、scripts/check_mojibake.py（由 .pre-commit-config.yaml 引用）。
# 新机器启用钩子
pre-commit install
# 全库扫描（配置变更后验证）
pre-commit run --all-files
详见 docs/代码规范/pre-commit使用说明.md 与 docs/代码规范/cppcheck使用说明.md。
关键文件索引
| 文件 | 说明 |
|---|---|
Src/main.c |
程序入口，CubeMX 生成 + USER CODE 区域 |
Src/freertos.c |
FreeRTOS 任务创建 |
App/app_main.c |
应用初始化流程编排 |
App/task/net_task.c |
网络任务主循环 |
App/sys_events.h |
系统就绪事件定义 |
App/app_cfg.h |
功能模块编译开关 |
Drivers/BSP/CH395F/ch395f.c |
以太网控制器驱动 |
Drivers/BSP/GD5F2GQ5UE/gd5f2gq5ue.c |
NAND Flash 驱动 |
Drivers/BSP/NET/net_socket.c |
BSD Socket API |
MDK-ARM/build.bat |
编译脚本 |
test/run_boot_test.ps1 |
自动化测试脚本 |
已知问题
详见 docs/问题记录/ 目录：
CH395F_Trap_Records.md— 以太网控制器已知陷阱GD5F2GQ5UE_Trap_Records.md— NAND Flash 已知陷阱SD2506_Trap_Records.md— RTC 已知陷阱
文档
| 文档 | 说明 |
|---|---|
docs/项目架构总览.md |
项目全景架构（六层分层 + 任务/就绪屏障 + 启动时序 + 存储/网络/UI 栈 + 目录组织） |
docs/STM32F4-Base存储架构说明.md |
三层存储软件栈详解（FatFS → dhara FTL → NAND） |
docs/项目启动顺序管理.md |
Event Flags 就绪屏障设计 |
docs/系统墙钟时间维护说明.md |
RTC + 墙钟时间子系统 |
docs/网络配置说明.md |
网口设置页配置（UI 可改的 IP/掩码/网关/MAC：持久化 + 立即生效 + 页面操作） |
docs/UI 设计/UI_设计架构.md |
LVGL UI 系统架构（菜单 / 内容页 / 内存预算） |
docs/UI 设计/菜单页面设计.md |
菜单导航行为、数据流与内容页设计 |
docs/UI 设计/UI_界面制作流程.md |
参考图 → HTML 样机 → LVGL 代码管线（P0~P5 门禁） |
docs/UI 设计/UI_中文字体生成与配置.md |
中文字体生成与配置 |
docs/UI 设计/LVGL模拟器部署与使用说明.md |
LVGL PC 模拟器部署 |
docs/UI 设计/UI_自动化测试流程.md |
UI 回归门禁（脚本 + 池水位常量 + 黄金参考更新） |
docs/代码规范/嵌入式C语言代码规范（V1.0）.md |
C 语言代码规范 |
docs/代码规范/pre-commit使用说明.md |
自动化代码审查部署与使用 |
docs/代码规范/cppcheck使用说明.md |
cppcheck 规则、配置与误报抑制 |
docs/测试说明/自动化测试流程.md |
构建 → 烧录 → 串口校验闭环 |
docs/测试说明/ |
各模块测试指南（CH395F / NAND / FTP / RTC / 串口调试） |
docs/测试开发标准流程.md / docs/测试文档模板规范.md |
测试开发流程与文档模板 |
docs/问题记录/ |
已知陷阱与解决方案（CH395F / NAND / RTC） |
docs/芯片手册/ |
硬件数据手册 |
许可证
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