STM32F4-Base/docs/测试说明/ADC输入层单元测试说明.md

ADC 输入层单元测试说明（主机侧）

模块：ADC Input Layer（语义取数与预处理，App/algo/adc_input.c） 测试类型：主机侧纯逻辑单元测试——在 PC 上离线验证语义通道映射、 STM32 ADC1 的 DMA 乒乓帧消费（含半区选择）、TPAFE 快照消费与取数守卫，零硬件、零烧录、 毫秒级、不占 MCU 的 RAM。 状态：✅ 已落地（103 用例，/W4 0 告警，已挂 pre-commit 钩子） 日期：2026-10-10 关联文档： ../../AGENTS.md（平台约束 · CubeMX 生成区铁律）、 测试开发标准流程.md（测试分层与门禁总览）、 配置文件单元测试说明.md（同层"强符号桩"范本）、 相量层单元测试说明.md（同批落地的 全周傅氏相量姊妹篇）、 ../硬件平台/ADC通道映射说明.md（语义映射权威口径）、 ../算法/继电保护功能复现规划.md（「STM32 ADC1 启动与扫描」/「通道语义映射」设计依据）、 快照语义约定的历史审计（属主文档已于 2026-10-15 删除）

---

1. 概述

1.1 为什么单独做主机侧单测

adc_input.c 把两片转换器的原始码值按语义统一暴露，其正确性的核心是三者一致：

半边	内容	可测性
纯逻辑（被测）	① 语义通道映射表（「通道语义映射」）：UA/UB/UC/UN/IA/IB/IC/IN/TEMP → (来源, 下标)；② STM32 ADC1 帧消费（「STM32 ADC1 启动与扫描」，v2.0 DMA 模型）：Rank 顺序 ↔ ADC1 通道号 ↔ 语义 + 乒乓半区选择；③ 取数守卫与 poll 契约；④ 状态码与四类故障计数（seq/gap/err/hw）	纯查表 + 状态机，与硬件无关 → 可在 PC 上位穷举
硬件副作用	HAL_ADC_Start_DMA()（挂载）与被测代码自己实现的三个 HAL 弱回调 HAL_ADC_Conv[Half]CpltCallback / HAL_ADC_ErrorCallback；tpafe5160_snapshot()（临界区）	挂载是外部符号 → 主机侧给同名强符号桩；三个回调由被测代码定义 → 测试直接调用它们注入"DMA 完成"

板端套件（test/board/）无法每改必跑地验证本层的核心判据：

• 通道映射：台架只在 2026-10-27 一次性验过映射（万用表注入已知电压 + 逐路短接 AGND，8 路各自塌到 本路，实测记录 → docs/硬件平台/ADC通道映射说明.md §8.1），不占 CI、不能每改必跑；而映射表一旦 写错（本项目 V0.1 有 13/17 路被置换），读到的是另一只脚或恒为陈旧值，且不会有任何报错 ——本层最危险的失效模式，必须由主机侧逐 Rank 钉死。
• HAL 故障路径：HAL_ADC_Start_DMA() 挂载失败、DMA 完成计数不前进（节拍源停摆）、 超拍丢帧、HAL 错误回调在真机上极难稳定复现，且读错乒乓半区这种缺陷在板端只会表现为 "读数偶尔怪"、无法定位。

主机侧的做法：给每个 Rank 注入互不相同的码值（第 i 个 Rank 写成 100+i），把 "Rank 顺序 ↔ ADC1 通道号 ↔ 语义"整条链路逐通道钉死；"DMA 完成"由测试直接调用被测代码 实现的半传输/传输完成回调注入（dma_beat()），故障路径用可注入桩一次覆盖。

⚠ 本单测只覆盖「STM32 ADC1 启动与扫描」与「通道语义映射」。「通道标定（一次系数 + 零漂）」本层不做，故取到的是未标定原始码值； 「周期 CONVST 重触发」与「TPAFE 快照消费」由 adc_task + TPAFE 驱动承担，板端套件覆盖。

1.2 被测对象与桩（不改生产代码）

adc_input.c 的全部平台依赖都是外部符号，故测试单元只需提供同名强符号桩， 生产代码零改动（无任何 #ifdef 测试钩子）。

test/host/adc_input/adc_input_test.c
    ├── #include "adc.h"          → stub/adc.h        （HAL_ADC_* 原型 + hadc1 + ADC_CHANNEL_0..15）
    ├── #include "tpafe5160.h"    → stub/tpafe5160.h  （仅 tpafe5160_snapshot 原型）
    └── #include "adc_input.c"    ← 生产源文件（App/algo/），原样纳入

adc_input.h 用真实头：它只依赖 <stdint.h>，不拖 HAL，故接口契约原汁。 adc.h / tpafe5160.h 必须用桩：真实 Inc/adc.h 经 main.h 拖入整套 HAL； 真实 Drivers/BSP/TPAFE5160/tpafe5160.h 拖入 GPIO 宏——主机侧无法编译。 桩目录必须排在 App/algo 之前（include_dirs 顺序敏感，见 run_unit_test.py）。

平台接口	MCU 端	主机侧桩
hadc1 / hadc_other	MX_ADC1_Init() 配置的 ADC1 句柄	两个占位对象：被测代码只比较指针（三个 HAL 回调的 hadc == &hadc1 守卫），从不读字段；hadc_other 专门用来证伪守卫
HAL_ADC_Start_DMA	挂载循环 DMA，长度 2×9（此后每拍由硬件自走）	记录 s_start_dma_calls / s_dma_buf / s_dma_len，返回 s_start_dma_rc（可注入 HAL_ERROR）
HAL_ADC_ConvHalfCpltCallback / HAL_ADC_ConvCpltCallback / HAL_ADC_ErrorCallback	由被测代码实现（覆盖 HAL 弱符号），ISR 上下文	测试用 dma_beat(base) 直接调用：按 seq & 1 决定往哪个半区填 base+i，再触发对应回调——与消费侧的奇偶推导互相证伪
tpafe5160_snapshot	临界区原子快照最新一帧	返回 s_snapshot_rc（1/0/-1）；rc==1 时从 s_fake_tpafe[] 拷贝；记录 count 与 dst

桩里 ADC_CHANNEL_0..15 的宏值等于通道号（F4 HAL 即如此），故 (uint8_t)ADC_CHANNEL_14 == 14 与真机一致——这是"映射判据"能成立的前提。

1.3 测试环境

依赖	版本 / 说明
编译器	本机 MSVC（VS2019/2022/2026 任一），由 run_unit_test.py 自动探测
Python	仓库 .venv 或任意 python3（纯标准库）
硬件	无（不需要开发板 / 串口 / ST-LINK / 信号源）

工具链探测 / INCLUDE-LIB 拼接 / 编译运行 / 退出码判定全部委托通用 harness ../../test/host/common/unit_test_harness.py， 本模块 run_unit_test.py 只声明 TestBuild（源文件 / 桩目录 / 汇总行标记）。

1.4 运行方式

# 仓库根目录（统一用 .venv）
& '.venv\Scripts\python.exe' test/host/adc_input/run_unit_test.py

退出码：0=PASS / 1=测试失败 / 2=环境错误（找不到编译器 / 编译失败 / 无汇总行）。

1.5 回归接入

项	说明
触发范围	App/algo/adc_input.c / adc_input.h，或 test/host/adc_input/**、test/host/common/unit_test_harness.py 变动
门禁层级	主机侧纯逻辑单测（介于静态门禁与板端测试套件之间）：主机侧、秒级、纯逻辑
pre-commit 钩子	adc-input-unit-test（本地钩子，.pre-commit-config.yaml §7e）
汇总行	=== ADC Input Tests: 70/70 PASSED (failed=0) ===
与板端测试的关系	互补：本单测保证映射 / 契约 / 故障路径正确；板端保证 HAL 配置（Rank 顺序、采样时间、引脚） 与真机一致

---

2. 测试用例

命名 TC-AI-NNN（AI = Adc Input；主机侧单测自定前缀，与板端套件缩写表互不影响）。 全部在 adc_input_test.c 内，主机侧运行。被测源文件被 #include 纳入同一编译单元， 故静态函数（map_check / stm32_take）亦可直接调用（白盒）。

2.1 初始化与复位（adc_input_init）

用例	断言	验证的设计点
TC-ADCIN-001	前置：注入 HAL_ADC_Start 失败 → poll 后失败计数 = 1	统计可见性（前置构造）
TC-ADCIN-002	前置：注入 TPAFE 有效帧 → poll 后 UA 可取数且值正确	取数通路（前置构造）
TC-ADCIN-003	adc_input_init() 返回 0	映射表自检通过
TC-ADCIN-004	init 后 adc_input_stm32_rc() == ADC_INPUT_RC_NOT_RUN	状态码复位
TC-ADCIN-005	init 后 adc_input_stm32_errs() == 0	失败计数归零
TC-ADCIN-006	init 后 TPAFE / STM32 两侧 adc_input_raw() 均返回 -2	有效标志被清（不会取到上一轮陈旧值）

2.2 语义映射表（adc_input_desc）

用例	断言（语义 → 来源 / 下标）	权威口径
TC-ADCIN-010	UA → TPAFE buf[6]	docs/硬件平台/ADC通道映射说明.md
TC-ADCIN-011	UB → STM32 CH14	同上
TC-ADCIN-012	UC → STM32 CH3	同上
TC-ADCIN-013	UN → TPAFE buf[5]	同上
TC-ADCIN-014	IA → TPAFE buf[2]	同上
TC-ADCIN-015	IB → STM32 CH6	同上
TC-ADCIN-016	IC → STM32 CH1	同上
TC-ADCIN-017	IN → STM32 CH2	同上
TC-ADCIN-018	TEMP → STM32 CH5（V_ZL2）	同上
TC-ADCIN-019	adc_input_desc(ADC_SEM_COUNT) → NULL	越界防御
TC-ADCIN-01a	adc_input_desc((adc_semantic_t)-1) → NULL	无符号比较兜底

2.3 映射表自检（map_check，静态）

用例	断言	验证的设计点
TC-ADCIN-020	map_check() == 0	真实映射表自洽：TPAFE 下标 < 8；每个 STM32 映射通道都出现在扫描 Rank 内

反向路径（表不自洽 → -1）结构上不可达，见 §4.1。

2.4 STM32 ADC1 帧消费（stm32_take，静态；v2.0 DMA 模型）

用例	断言	验证的设计点
TC-ADCIN-021	有新帧 → 返回 0	正常路径
TC-ADCIN-022	adc_input_stm32_rc() == RC_OK	状态码
TC-ADCIN-023	成功不计入失败计数	统计语义
TC-ADCIN-024	HAL_ADC_Start_DMA 只在 init() 挂一次	外设生命周期（每拍不重启）
TC-ADCIN-025	DMA 完成计数 seq = 1	计数只由 HAL 回调推进
TC-ADCIN-026	⭐ Rank → 通道号映射：UB = CH14 / rank9 = 108	本层核心判据（板端无法验）
TC-ADCIN-027	UC = CH3 / rank4 = 103	同上
TC-ADCIN-028	IB = CH6 / rank7 = 106	同上
TC-ADCIN-029	IC = CH1 / rank2 = 101	同上
TC-ADCIN-02a	IN = CH2 / rank3 = 102	同上
TC-ADCIN-02b	TEMP = CH5 / rank6 = 105	同上
TC-ADCIN-02c	取帧后 UA（TPAFE）仍为 -2	两来源互相独立
TC-ADCIN-080..085	⭐ 乒乓双缓冲：往"正在被 DMA 写的另一半区"填 900/800 系干扰值，stm32_take() 仍必须读到刚完成那一半（108 / 208）	撕裂帧防线（读错半区 = 半新半旧混合帧）
TC-ADCIN-086..089	两档超拍：连投 2 帧不消费 → 取到最新帧（408）且 gaps() = 1；再连投 3 帧不消费（一次跨 2 帧）→ gaps() 累计到 3，把单位钉成丢掉的帧点数（2026-10-21 由「次数」改来，与判定层 tgap 同单位）；errs() 始终 = 0	丢帧与停摆分开计数（消费者超拍 ≠ 节拍源停）；两档并列才分得出「次数 vs 点数」
TC-ADCIN-090..09A	HAL_ADC_ErrorCallback(&hadc1) ×2 → hw_errs() = 2；用别的句柄调三个回调 → seq / hw_errs 均不动	三个 HAL 弱回调的 hadc == &hadc1 句柄守卫
TC-ADCIN-030..034	HAL_ADC_Start_DMA 返回 HAL_ERROR → init() 返回 -2、状态码 RC_START、计数 +1、STM32 侧无有效数据	挂载失败（一次性，非每拍）
TC-ADCIN-035..039	无任何 DMA 完成 → RC_STALL、单拍不计故障、seq 不前进、STM32 侧无有效数据	无新帧路径 + 相位伪影不误报
TC-ADCIN-03a..03e	连续两拍无新帧 → errs() = 1；第三拍 → 2；恢复拍成功且 gaps() 仍 0	停摆判据 = 连续 ≥2 拍；跨次单调累计
TC-ADCIN-070..078	⭐ 停摆拍不得沿用上一拍旧值：先成功一拍让 STM32 侧进入有效态（UB=108），再注入无新帧拍 → adc_input_raw() 必须返 -2；恢复拍重新可取数	陈旧帧（2026-10-10 真机实测发现的缺陷，见下注）

⚠ 为什么 TC-ADCIN-034 照不出这条缺陷：它是"adc_input_init() 后立刻失败"，此时 s_stm32_valid 本来就是 0，断言 -2 恒成立。真正的缺陷路径是成功过之后再失败： 本层只有一份 s_stm32_raw[]，而有效标志此前只在成功时置 1、失败时从不清零 → 消费侧照样取数、照样压入采样环（adc_input_poll() 返回值只由 TPAFE 决定， s_frames_skip 抓不到），直接污染 20 点 DFT 窗。 修复 = 失败支路清 s_stm32_valid（App/algo/adc_input.c）。 这组用例在轮询版与 DMA 版都保留：触发条件从"轮询超时"变成"本拍无新帧"， 同一条缺陷、同一个防线。 反向验证已做（v2.0）：把停摆支路改回 valid=1 → TC-ADCIN-039 / 073 / 074 / 074B 四条立即 FAIL（89/93 时点）；把半区奇偶取反 → 11 条 FAIL；STALL_RUN_MAX 改 1 → 6 条 FAIL； gap 阈值改 >2 → 1 条 FAIL → 证明这些用例真的咬得住。

2.5 取数与参数守卫（adc_input_raw）

用例	断言	验证的设计点
TC-ADCIN-040	out == NULL → -1	参数防御
TC-ADCIN-041	ch == ADC_SEM_COUNT → -1	越界防御
TC-ADCIN-042	ch == (adc_semantic_t)-1 → -1	负数兜底
TC-ADCIN-043	参数错时不写 *out	无副作用
TC-ADCIN-044	TPAFE 无有效帧 → -2	有效标志语义
TC-ADCIN-045	STM32 无有效扫描 → -2	有效标志语义
TC-ADCIN-049	UA → buf[6] 的值（注入 3006）	按下标取数（非按枚举序）
TC-ADCIN-04a	UN → buf[5] 的值（注入 2005）	同上
TC-ADCIN-04b	IA → buf[2] 的值（注入 -1234）	16 位补码负值原样保留（不截断 / 不取绝对值）

2.6 采集一拍（adc_input_poll）

用例	断言	验证的设计点
TC-ADCIN-046	快照返回 1 → poll() 返回 1	返回码透传
TC-ADCIN-047	快照被请求 8 通道	与 ADC_INPUT_TPAFE_CH_NUM 一致
TC-ADCIN-048	快照目的缓冲非空	不传 NULL 给驱动
TC-ADCIN-050	快照返回 0（无新帧）→ poll() 返回 0	无新帧语义
TC-ADCIN-051	无新帧时 TPAFE 侧无效	不置有效标志
TC-ADCIN-052	同拍 STM32 扫描照常执行（rc == RC_OK）	两侧独立
TC-ADCIN-053	快照返回 -1（参数错）→ poll() 返回 -1	错误透传
TC-ADCIN-054	参数错时 TPAFE 侧无效	不置有效标志
TC-ADCIN-055	已有有效帧后再"无新帧" → 保持上次有效值	有效标志只置不清
TC-ADCIN-056	STM32 失败不影响 poll() 返回值（仍为 1）	两侧解耦
TC-ADCIN-057	STM32 失败不影响 TPAFE 取数	同上
TC-ADCIN-058	STM32 失败另由 adc_input_stm32_rc() 暴露	故障通道分离

2.7 状态码与失败计数观测

用例	断言
TC-ADCIN-060	init 后未取帧 → RC_NOT_RUN(-3)
TC-ADCIN-061	init 后各计数 = 0
TC-ADCIN-062	一次成功后 rc == OK 且 errs 不变
TC-ADCIN-063	连续两拍无新帧 → errs == 1（单拍伪影不计）
TC-ADCIN-064	rc = 最近一次（RC_STALL）
TC-ADCIN-065	恢复成功后 rc == OK
TC-ADCIN-066	errs 单调不回退（不因成功回落）
TC-ADCIN-067	seq 只由 DMA 完成回调推进（消费动作不改它）

当前结果：103/103 PASSED（failed=0）。

---

3. 如何扩展用例

1. 在 adc_input_test.c 加一个 static void tc_xxx(void)；
2. 用例开头调 fakes_reset()（把全部桩复位到"健康"初值 + 复位观测计数）；
3. 用 s_start_rc / s_poll_fail_at / s_poll_vals[] 注入 HAL 行为； 用 s_snapshot_rc / s_fake_tpafe[] 注入 TPAFE 帧；
4. CHECK(cond, "描述") 断言；在 main() 里注册（并同步更新本文档 §2）。

⚠ fakes_reset() 必须在新用例开头调用：桩计数器（s_poll_calls / s_rank_idx / s_start_calls / s_stop_calls / s_snapshot_calls）跨用例共享，不复位会互相污染。

⚠ 模块静态态（s_stm32_raw / s_tpafe_raw / s_*_valid / s_stm32_rc / s_stm32_errs） 由 adc_input_init() 复位；每个用例开头都应调一次 adc_input_init()（等价"刚上电"）。

---

4. 已知边界与设计取舍

4.1 map_check() 反向路径结构上不可达

map_check() 的失败分支要求"映射表指向 TPAFE 下标 ≥8，或 STM32 通道号不在扫描 Rank 内"。 但 k_adc_map[] 与 k_stm32_rank_ch[] 都是编译期 static const，没有任何运行时输入 能使其不自洽（曾尝试用 #define 重定向表名，会与生产文件内的定义撞成重复定义）。 因此本单测只覆盖正向路径（map_check() == 0）；反向路径的等效保障是 adc_input_init() 的返回值——它在开机时自检并留痕（见 app_main.c）。

4.2 本层不做标定（「通道标定（一次系数 + 零漂）」待办）

adc_input_raw() 返回的是未标定原始码值（TPAFE = 16 位补码，STM32 = 0..4095）。 一次系数 / 零漂标定属 「通道标定（一次系数 + 零漂）」，尚未实现，故本单测不对"物理量换算"做任何断言。

4.3 不覆盖 V0.1 的硬件缺陷（双转换器无共同采样触发）

V0.1 上 8 路电气量分属两片转换器且无共同采样触发（登记簿条目「双转换器无共同采样触发」），本层只做逐通道独立监视。 "跨转换器相量合成"（线 / 负序 / 零序）不得在本层或 全周傅氏相量上做——属「线/负序/零序合成」且 V0.1 受限 （见 docs/算法/继电保护功能复现规划.md §1.6）。