wandering1/STM32F4-Base
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dd8210867aefe6f3bc7d8063b994f2be7a76e825
STM32F4-Base/App/algo
T
History
wandering1 dd8210867a adc_input: 失败拍清 s_stm32_valid，杜绝超时沿用上一拍旧值（单测 70->79） 
缺陷（真机实测发现）：本层只有一份 s_stm32_raw[]，有效标志此前只在成功时
置 1、失败时从不清零 -> 超时拍消费侧照样取数、照样压入采样环（且超时前
几个 Rank 已写本拍新值、后面几个是上一拍旧值 = 半新半旧混合帧），直接污
染 20 点 DFT 相量窗；adc_input_poll() 返回值只由 TPAFE 决定，s_frames_skip
也抓不到它。

修复：stm32_scan() 两条失败支路（HAL_ADC_Start 失败 / 轮询超时）都清
s_stm32_valid -> 本拍 adc_input_raw() 对 STM32 语义通道返 -2 -> adc_task
走既有 skip 整帧跳过路径；下一拍扫描成功自动置回 1（自愈）。

测试：新增 TC-AI-070..078（70 -> 79 用例）。旧用例 TC-AI-034/039b 都是
init 后立刻失败（valid 本就是 0），照不出成功过之后再失败这条路径，故新
用例先成功一拍进入有效态再注入失败。**反向验证已做**：把支路改回旧行为 ->
TC-AI-039b/073/074 立即 FAIL（76/79），证明用例有效。

验证：主机单测 79/79 PASS；@build 0 错 0 警（Code 256868 -> 256872）；
@test PASS（本轮无超时：adc1_err=0、skip=0、idle=0、frames=20001）；
18 钩子全绿。文档同步 4 处（停摆分析 4.4 / ADC采样节拍 10.4 / ADC输入层
单测说明 / test-host README）。

遗留：2 ms 忙等本身未消（硬化 2 = DMA，方案 B2 待 CubeMX 配置）。
2026-10-10 23:08:01 +08:00
..
adc_input.c
adc_input: 失败拍清 s_stm32_valid，杜绝超时沿用上一拍旧值（单测 70->79）
2026-10-10 23:08:01 +08:00
adc_input.h
feat(adc): L1 采集层落地——STM32 ADC1 扫描 + 语义通道映射
2026-10-10 16:06:31 +08:00
phasor.c
L2 相量层：采样环缓冲 + 全周傅氏 + 主机单测（台架间歇复位待查）
2026-10-10 17:39:37 +08:00
phasor.h
L2 相量层：采样环缓冲 + 全周傅氏 + 主机单测（台架间歇复位待查）
2026-10-10 17:39:37 +08:00
README.md
adcTask 事件驱动消费（P1-5 方案 a）+ 补 F4 ADC 上电自校准 + 修正 2 ms 忙等过期表述
2026-10-10 22:41:19 +08:00
sample_ring.c
L2 相量层：采样环缓冲 + 全周傅氏 + 主机单测（台架间歇复位待查）
2026-10-10 17:39:37 +08:00
sample_ring.h
L2 相量层：采样环缓冲 + 全周傅氏 + 主机单测（台架间歇复位待查）
2026-10-10 17:39:37 +08:00

README.md

App/algo/ — 采集与算法层（L1 / L2）

自研代码，属 docs/算法/继电保护功能复现规划.md §2.1 分层中的 L1（采集与预处理） 与 L2（相量计算）。原则：算法与 I/O、与调度分离——本层不建任务、不做保护判据、 不碰寄存器（唯一例外见 §3.1），只做"数"（原始码值 → 语义通道）与"相量" （采样序列 → 复相量），因而可被主机侧单元测试（L0.5）离线全覆盖（落实登记簿 A-4）。

任务侧（App/task/adc_task.c）只做消费与编排；任何新算法一律落在本目录，勿塞进 App/task/。

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 / adc_input.c L1 统一语义取数层：把两片转换器的原始码值按语义（UA…IN/温度）暴露，并驱动 STM32 ADC1 9 通道顺序扫描 adc_input_init() adc_input_poll() adc_input_raw() L1-2 / L1-3 / L1-4
sample_ring.h / sample_ring.c L2 输入 采样环缓冲：按语义通道保存最近 2 个周波（40 点）采样值，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 滑动窗供数）
phasor.h / phasor.c L2 全周傅氏相量计算：一周波 20 点单频 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

依赖关系（自下而上，无环）：adc_input.h（纯枚举 + 声明）← sample_ring ← phasor。 sample_ring.c / phasor.c 零平台依赖（只用 math.h / stddef.h 与本目录头）； adc_input.c 另依赖 adc.h（hadc1）与 tpafe5160.h（快照），主机侧以桩头替身。

2. 数据流（一拍 = TIM6 1 kHz 节拍）

flowchart TD
    TIM6["TIM6 更新中断 1 kHz<br/>Src/main.c → tpafe5160_start_conv_irq()<br/>+ adc_tick_irq_notify()"] --> TPAFE["TPAFE5160 转换<br/>BUSY EXTI 收帧"]
    TIM6 -. "ADC_WAKE_FLAG<br/>osThreadFlagsWait" .-> TASK
    TPAFE --> POLL
    TASK["adcTask（事件驱动唤醒，非定时轮询）<br/>App/task/adc_task.c"] --> POLL["adc_input_poll()<br/>TPAFE 快照 + STM32 ADC1 9 通道扫描"]
    POLL --> RAW["adc_input_raw(ch) × 9<br/>按语义取原始码值"]
    RAW --> RING["sample_ring_push_frame()<br/>整帧入环（40 点窗）"]
    RING --> RUN["phasor_run()<br/>逐实例 20 点重算 + 双区切换"]
    RUN --> GET["phasor_get(idx)"]
    GET --> CONS["消费者：adcTask 日志（现状）<br/>UI / 自检 / L3 保护任务（待接）"]

初始化落点：adc_input_init() 与 phasor_init() 由 App/app/app_main.c 的 app_main_init() 在内核启动前调用（三者 *_init() 均无 RTOS 依赖、幂等）； phasor_init() 内部会连带 sample_ring_init()，等价于"刚上电"。

3. 逐文件说明

3.1 adc_input.c / adc_input.h — L1 ADC 输入层

解决的问题：V0.1 上 8 路电气量被两片转换器分片（硬件缺陷 N-18），且网名 AINn ≠ 板级 ADCn ≠ 转换器通道号（13/17 路置换）。若消费侧直接索引驱动缓冲，改版即全线错位。 本层把"哪一路"收进一张表，上层按语义取数、不写死下标。

API 干什么 注意
adc_input_init() 清缓冲与统计 + 映射表自检（每个 STM32 语义通道必须落在扫描 Rank 序列内） 内核启动前调用；返回 -1 = 映射指向了从不扫描的通道（会恒读陈旧值）
adc_input_poll() 采一拍：tpafe5160_snapshot() 原子快照（8 通道）+ STM32 ADC1 9 通道软件触发顺序扫描 仅任务上下文（快照走临界区）；只搬码值，不做标定/运算
adc_input_raw(ch, &out) 按语义读原始码值（TPAFE 16 位补码 / STM32 0..4095） 消费侧取数唯一入口；须先成功 poll()；-2 = 该来源尚无有效数据
adc_input_desc(ch) 语义 → 物理通道描述（来源 + 下标/通道号） 供自检注入、UI 通道序；返回静态地址，勿改
adc_input_stm32_rc() / adc_input_stm32_errs() STM32 侧最近扫描状态码 / 累计失败次数 心跳日志观测面（adc1_rc / adc1_err）

要点

  • 语义映射表 k_adc_map[] 的唯一权威口径是 docs/硬件平台/ADC通道映射说明.md： UA/UN/IA → TPAFE buf[6]/[5]/[2]；UB/UC/IB/IC/IN/TEMP → ADC1 CH14/3/6/1/2/5。 V0.2 改版只改这张表的内容，本层 API 与上层语义不动。
  • STM32 侧是顺序扫描（Rank1..8 = CH0..CH7、Rank9 = CH14，与 MX_ADC1_Init() 严格一致）， 9 个通道不是同一时刻；单通道轮询超时 2 ms，超时判失败、绝不拖垮消费节拍。
  • 本文件是本层唯一允许出现 HAL 调用的地方（它必须驱动 ADC1）；新增模块若不需要外设， 请保持 sample_ring / phasor 那种零依赖形态，才能免桩单测。

3.2 sample_ring.c / sample_ring.h — L2 输入采样环

解决的问题：相量计算要"以当前时刻为终止的一周波"，而 L1 每次只给最新一帧。 本层按语义通道存最近 SAMPLE_RING_CYCLES = 2 个周波（SAMPLE_RING_DEPTH = 40 点）， 与参考系统 CN_BUFSAM_CYCLE = 2 一致，并为后续加长数据窗（1.5~2 周波抗衰减直流）预留空间。

API 干什么 返回
sample_ring_init() 清全部通道历史与计数（幂等，内核启动前可调） —
sample_ring_push_frame(values, n) 整帧压入（长度须 = ADC_SEM_COUNT） 0 / -1 参数错
sample_ring_window(ch, n, out) 取该语义通道最近 n 点，按时间序旧 → 新（out[n-1] 最新） 0 / -1 参数错 / -2 点数不足
sample_ring_filled() 已累积点数（饱和于 40）——判"够不够一周波" 0..40
sample_ring_frames() 累计入环帧数（不饱和，1 kHz 下约 49.7 天回绕） 帧数

要点

  • 整帧写入后统一推进写指针 → 单帧内不可能"半新半旧"，消费侧取到的窗永远落在整帧边界。
  • 本层只做按时序存/取，不做任何跨通道运算：同刻性由上游 L1 负责，本层既不保证也不假设。
  • frames() 与 L1 的 tpafe5160_frame_seq() 对照即可判丢帧（L1-6 的判据之一）； 本层只提供计数，判定不在这里。
  • 上层若某通道本拍取数失败，应整拍跳过入环（现 adc_task 的 s_frames_skip 即此）， 切勿补 0 点——0 会污染相量窗。

3.3 phasor.c / phasor.h — L2 相量计算

算法：全周傅氏（单频 DFT），N = PHASOR_N = 20（1 kHz @ 50 Hz）。系数表 k_fft_sin/k_fft_cos 离线生成并预乘 √2/N（口径 docs/算法/傅氏算法详解.md §2.3）， 故 fAmSQ = √(fRe²+fIm²) 直接就是有效值，fAm = √2·fAmSQ 为峰值。运行期不调 sinf/cosf。

API 干什么 注意
phasor_init() 双区清零 + 使用区/就绪复位 + sample_ring_init() 幂等；内核启动前调用
phasor_inst_count() / phasor_inst(idx) 遍历实例表（{name, sem, harm}） 返回静态地址，勿改；越界 NULL
phasor_run() 逐实例取 20 点窗 → 重算 → 写计算区 → 一次性切换使用区 仅任务上下文；须先 push_frame()
phasor_get(idx, &out) 读使用区结果 0 / -1 参数错 / -2 未攒满一周波
phasor_calc(x, n, harm, &out) 对给定窗口算 harm 次相量 纯函数，可脱离采样环独立单测

要点

  • 实例表数据驱动（k_inst[]，现 5 行）：C01-IA-F1（过流/过负荷）、C02-UA-F1（过压/欠压/频率）、 C03-UN-F1（零序过压）、C04-IA-F2（二次谐波制动）、C05-IA-F5（五次谐波选线）。 新增实例只在表尾加一行，遍历/日志/单测自动适配。
  • 双区（计算区 / 使用区）：结果先写非使用区，全部实例写完后单字节 volatile store 切换 s_use_zone（Cortex-M 上原子）→ 消费侧无锁、无撕裂。今日唯一消费者是 adcTask 自身， 该机制为后续独立 L3 保护任务预留。
  • 任一实例数据不足一周波 → 本拍整体不产出（不切换使用区），避免"部分新部分旧"的混合结果。
  • 每拍 20 点全部重算（暴力法，无累积误差；迭代加减首尾项会累积）。相量刷新周期 = 1 ms。
  • 相位（L2-4）未常驻结构体，需要时自行 atan2f(fIm, fRe)。

4. 关键约定

  • 语义映射唯一权威口径：docs/硬件平台/ADC通道映射说明.md。取数一律经 adc_input_raw()， 禁止在消费侧直接索引驱动缓冲或写死下标。
  • 禁止跨转换器运算（V0.1 硬件缺陷 N-18）：UA/UN/IA 在 TPAFE、UB/UC/IB/IC/IN 在 STM32 ADC1， 两者无共同采样触发 → 无同一时刻性、相位不确定。故本层不做跨转换器的相位 / 功率 / 功率因数 / 负序零序类矢量运算（V0.2 把 8 路电气量全接 TPAFE 后方可解禁）。
  • 标定（L1-5）尚未实现（缺标准源）：现以原始码值充当工程量（系数 = 1）， 因此相量读数只证明链路通，不可作幅值精度判据。
  • 本层不建任务、不等事件、不写日志之外的副作用；日志由调用侧（adcTask）打。
  • 内核启动前只允许调 *_init()；adc_input_poll() / phasor_run() 仅任务上下文。

5. 静态足迹（BSS，供栈/RAM 预算参考）

位置 量
sample_ring.c s_ring[9][40] float 1440 B
phasor.c s_zone[2][5] phasor_t 160 B
adc_input.c s_stm32_raw[16] + s_tpafe_raw[8] 48 B
运行期栈：phasor_run() 的 win[20] 80 B/帧

改容量（SAMPLE_RING_CYCLES / 实例数 / ADC_SEM_COUNT）前后各跑一次 & '.venv\Scripts\python.exe' scripts/stack_report.py（口径见 mem-budget skill）。

6. 构建与测试

  • 挂载：三个 .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）。

  • 主机侧单测（L0.5）——生产源文件以 #include 原样纳入，无需改产品代码：

    套件 命令 pre-commit 钩子
    相量层（57 用例：系数表逐项复核 / 幅值·相位 / 谐波抑制与提取 / 频偏 / 采样环 / 双区交换） & '.venv\Scripts\python.exe' test/host/phasor/run_unit_test.py phasor-unit-test
    ADC 输入层（逐 Rank 注入互异码值钉死映射 + HAL 启动失败/超时分支） & '.venv\Scripts\python.exe' test/host/adc_input/run_unit_test.py adc-input-unit-test

    改本目录任一 .c/.h，提交时对应钩子自动跑；详见 docs/测试说明/相量层单元测试说明.md。

  • 板端：@build 0 错误 0 警告 → @test 看 [ADC_TASK] 首拍/心跳日志（phasor(...) 行、 ring / skip 计数、adc1_rc / adc1_err）。

7. 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（目录已在 IncludePath， 若新建子目录则必须补 IncludePath）。
  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"；跨转换器运算的禁令见 §4。

8. 相关文档

  • 通道映射权威口径：docs/硬件平台/ADC通道映射说明.md
  • 分层与路线图（L1/L2 清单与状态）：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（TIM6 1 kHz）：docs/子系统设计/ADC采样节拍设计说明.md
  • 相量层单测细则：docs/测试说明/相量层单元测试说明.md
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