STM32F4-Base/docs/算法/采样有效性校验设计说明.md

采样有效性校验设计说明

本文回答的问题：App/algo/adc_health.c 这 200 行为什么长成现在这样——判据是怎么定下来的、 每个设计选择换到了什么、代价与盲区在哪里、改它之前必须一起动什么。 阅读前提：采样节拍与乒乓双缓冲 → docs/子系统设计/ADC采样节拍设计说明.md； 8 路电气量为何分属两片转换器 → docs/硬件平台/ADC通道映射说明.md。 不在本文范围：接口签名与全层约定速览在 docs/算法/采集与算法层设计说明.md，本文不重复其接口表； 需求与验收口径登记在 docs/算法/继电保护功能复现规划.md §3.1（功能项「采样有效性校验」）与同文档 §3.5（动作留痕自检与闭锁）。 配图：三张 SVG 的生成器在 tools/arch_diagram/（改图 = 改脚本顶部数据后重跑，勿手改 .svg）。

目录

• 1. 三分钟建立心智模型
• 2. 它要解决的问题
• 3. 在采集链路里的位置
• 4. 四条设计思想
  • 4.1 判「前进量」，不判「数据合理性」
  • 4.2 差值法：把回绕问题一次解决
  • 4.3 三种位语义：电平 / 锁存 / 事件
  • 4.4 纯逻辑换取免桩单测
• 5. 判定主干走读
• 6. 四类判据逐个说透
  • 6.1 静默 stall：门限 100 ms 是怎么定的
  • 6.2 丢帧 gap：只计数，不告警
  • 6.3 序号倒退 backward：锁存不可自愈，代价是永久闭锁
  • 6.4 错误计数增量：事件 + 锁存，但都不闭锁
• 7. 位图、掩码与告警编排
• 8. 闭锁链路与兜底责任划分
• 9. 状态机视角：静默位的生命周期
• 10. 代价与观测盲区
• 11. 怎么验证
  • 11.1 最容易读错的一处：「未消费的那次 +1」
  • 11.2 台架证据
• 12. 现场判读手册
• 13. 自测问题（读完能不能真的懂）
• 14. 改它之前必读
• 15. 兜底新鲜度门（保护侧独立通道）
• 16. 相关文档

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1. 三分钟建立心智模型

一句话：本模块不看数据、不看寄存器，只回答一个问题——两片转换器还在不在往前吐帧。

维度	内容
输入	7 个 uint32_t 计数快照 adc_health_in_t（两条车道的序号 + 四类错误计数 + 一份 now_ms），由调用方在本拍 adc_input_poll() 之后取好
输出	adc_health_status_t：flags 电平位 / sticky 锁存位 / events 当拍事件位 / tpafe_gaps 累计丢帧点数 / tpafe_stall_ms 当前静默时长
内部状态	12 个 static（1 个基线标志 + 11 个计数、时刻、位图）= 48 B .bss，无堆、无栈上缓冲
依赖	只有 <stdint.h>：不碰 HAL、不取数、不打日志、不建任何内核对象
调用节奏	每拍一次（与 adc_input_poll() 同频，1 kHz），常数次整数运算

它不是（先把边界钉住，后面每节都从这里出发）：

• 不是采集层——取数是 App/algo/adc_input.c 的事，见 docs/算法/采集与算法层设计说明.md §3。
• 不是告警器——日志与留痕的分级编排在 App/task/adc_task.c 的 adc_health_report()（§7）。
• 不是看门狗——它判不了「消费者自己卡死」，那由 IWDG 兜，见 §8 的责任划分表。
• 不是通道自检——码值越界不在本层（V0.1 无标定，判据不成立，见 §4.1）。

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2. 它要解决的问题

故障	现场表现	没有本层时谁来发现	有本层后
节拍源/转换器静默	相量停在最后一帧的数值上，看着完全合理	只能靠人盯 10 s 一条的心跳日志	100 ms 内置电平位 → 保护直接闭锁
消费者超拍丢帧	相量窗出现时间空洞，幅值/相位带系统性偏差	同上（adc1_gap / tgap 在心跳里）	计数 + 当拍事件，不告警（§6.2）
帧序号倒退	序号与数据的对应关系失效，快照可能是两帧混合	无	锁存位 + 永久闭锁（§6.3）
错误计数增量	个别帧不可信（FRSTDATA 无跳变、HAL 报错、语义取数与有效性停摆）	无（驱动只累计不上报）	事件 + 锁存，供事后归因（§6.4）

最关键的是第一行。节拍停而任务照跑时，上层拿到的是旧数据而不是空数据：App/task/adc_task.c 只在 adc_input_poll() 返回 1 时才压环重算，于是 全周傅氏相量保持最后一帧；App/task/protect_task.c 每 20 ms 读到的 rms 数值合理、phasor_get() 返回 0（成功），定时限判据却在这条冻住的 rms 上继续 累计延时——这比「没有数据」危险得多。本层的全部价值就是把「数据是否新鲜」变成一个可以被 保护的消费者直接消费的电平量。

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3. 在采集链路里的位置

层	落点	在本机制里只负责什么
驱动 ISR	Drivers/BSP/TPAFE5160/tpafe5160.c	BUSY EXTI 每读完一帧 s_frame_seq++；无跳变帧只累计 s_frstdata_err
语义取数与有效性采集	App/algo/adc_input.c	DMA 半区/整区完成计数 + 自算丢帧（次数）/停摆（连续 >=2 拍无新帧）/HAL 错误四类计数
快照装配	App/task/adc_task.c	本拍 poll 之后把 6 个计数 + 一份 now_ms 填进 adc_health_in_t
判定	App/algo/adc_health.c	只做判定与位图维护；不知道寄存器、不知道日志
编排	App/task/adc_task.c	按位分级：DBG_ERROR / SYSLOG_SELFTEST / DBG_INFO（恢复）
闭锁	App/task/protect_task.c	每 20 ms 读 adc_health_flags()，命中掩码即复位元件并停判据（「自检失败闭锁」）

两条边界是刻意的，破坏它们的代价写在右边：

1. ISR 侧只加计数，不在中断里打日志——FRSTDATA 异常只累计，帧序号只自增。 中断里做重活会直接推后下一拍采样，见 docs/子系统设计/ADC采样节拍设计说明.md §5。
2. 判定层不许出现 HAL / 日志 / 取数——test/host/adc_health/adc_health_test.c 用 #include 原样纳入生产源文件、零桩跑全套。判定层里多一个 DBG_ERROR，主机侧就要为它写一份桩， 「离线穷举故障」这条唯一的验证路径随之失效（§11）。

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4. 四条设计思想

4.1 判「前进量」，不判「数据合理性」

候选判据	为什么不用
码值越界 / 超量程	「通道标定（一次系数 + 零漂）」通道标定未实现（docs/算法/继电保护功能复现规划.md §3.1），码值还没有工程量含义；且两片转换器增益不同（TPAFE 16 位双极性 / STM32 12 位单极性），不存在统一阈值
波形合理性（方差、过零、单调）	这是「信号对不对」，属「采样通道自检」的另一半；空载与零值都是合法工况，判据只能靠猜阈值
序号是否前进	唯一与信号内容无关的新鲜度证据：不管输入是正弦、零值还是断线，正常态就是每拍 +1

于是本层只看 5 个计数器加 1 个时基。这也是它能保持纯逻辑、能被穷举测试的根因——判据越朴素， 可测面越完整。

4.2 差值法：把回绕问题一次解决

两侧序号都是 uint32_t 自由 running 计数，判定只看差值：

d = in->tpafe_seq - s_tpafe_seq;   /* 无符号减，自然吸收 2^32 回绕 */
if ((int32_t)d < 0) { /* 倒退 */ } /* 借符号位区分「倒退」与「前进很多」 */

无符号差值 d	按 (int32_t) 读	判定动作
0	0	没前进：静默计时继续长大（§6.1）
1	1	正常：刷新「最后前进时刻」
2 .. 2^31-1	正	丢帧：生产者活着、消费者没跟上（§6.2）
2^31 .. 0xFFFFFFFF	负	单调性破坏，锁存（§6.3）

任何「先判大小、再判是否跨过 0」的写法都要为「这次跳变是不是回绕」写特例；取有符号差值后， 跨 0 的正常推进天然落在 d = 1 那一格，特例消失。代价是一个对称的放弃面：可判定窗为 ±2^31（1 kHz 下约 ±24.85 天），超过该跨度的倒退会被读成前进。这个场景被有意放弃——它要求 计数器一次性被改写 24 天以上的量，真到那一步，问题已经不在这条判据的职责范围内。

now_ms 同理用 (int32_t) 差值，因此 1 ms tick 的 49.7 天回绕不需要任何特殊分支； TC-ADCHEALTH-009 把「跨 0xFFFFFFFF 扫 512 拍不误报 + 回绕后冻结仍要报」钉成回归。

4.3 三种位语义：电平 / 锁存 / 事件

类别	语义	谁清	典型消费者	如果只留这一种
电平位 flags	当前是否正在故障	条件消失自动清（stall）；倒退位不清	protectTask 每 20 ms 闭锁判定	现场偶发一次 30 ms 停摆后自愈 → 事后查不到任何痕迹
锁存位 sticky	本次开机内是否出现过	只有 adc_health_init()	自检留痕、UI、事后归因	一次瞬态就会把保护永久闭锁
事件位 events	仅本次调用发生	出参，不落内部状态	编排层打日志、去重	20 ms 轮询的消费者大概率错过只活 1 ms 的那一拍

三者不是冗余，而是三种时间尺度：ms 级（事件）/ 拍级持续（电平）/ 开机级（锁存）。 把三种语义塞进一个 uint32_t 的代价是调用方要背注释；分开三张位图后，注释只剩一句 「取哪张位图对应哪种时间尺度」——§7 的掩码表就是照这张表写的。

4.4 纯逻辑换取免桩单测

入参是「值」而不是「指针 + 接口」，因此测试可以把时间与计数任意摆：

in.now_ms    = 0xFFFFFF00u;   /* 直接站在 tick 回绕边界上 */
in.tpafe_seq = 995u;          /* 人为制造倒退 */

这些工况在台架上要靠「拔芯片 / 改驱动」才造得出来，而且造出来也说不清落在哪一拍、 是否恰好跨过门限。故障注入的可复现性 + 边界的可精确性是这一层被单独拆成纯逻辑文件的 直接动因（完整理由见 test/host/adc_health/adc_health_test.c 文件头）。

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5. 判定主干走读

flowchart TD
    IN["本拍 poll 之后的计数快照"] --> NUL{"in 为空 ?"}
    NUL -- "是：本拍整段跳过，out 一个字段都不写" --> NEXT
    NUL -- 否 --> PRIME{"基线已建立 ?"}
    PRIME -- "否：只记基线与两侧最后前进时刻" --> OUT
    PRIME -- 是 --> D1["算 TPAFE 序号差值 d"]
    D1 --> B1{"d < 0 ?"}
    B1 -- "是：置 SEQ_BACKWARD 电平+锁存，并用新值重新对齐基线" --> D2
    B1 -- 否 --> G1{"d > 1 ?"}
    G1 -- "是：tgap += d-1，置当拍丢帧事件" --> A1
    G1 -- 否 --> A1{"d >= 1 ?"}
    A1 -- "是：刷新 TPAFE 最后前进时刻" --> D2["算 STM32 序号差值 d"]
    A1 -- "否：不改任何状态，静默计时继续长大" --> D2
    D2 --> A2{"STM32 侧 d < 0 或 d >= 1 ?"}
    A2 -- "d < 0：同一个 SEQ_BACKWARD 位（两车道共用）" --> ST
    A2 -- "d >= 1：刷新 STM32 最后前进时刻" --> ST
    A2 -- "d = 0：本拍什么都不改" --> ST{"两侧 elapsed >= 100 ms ?"}
    ST -- "是：置 stall 电平位并进 sticky" --> ERR["四类错误计数做增量比较"]
    ST -- "否：清 stall 电平位（自愈路径）" --> ERR
    ERR --> OUT["写 out 四字段与 tpafe_stall_ms"]
    OUT --> RPT["adc_health_report() 编排层分级处置"]
    RPT --> NEXT["等下一拍 TIM3 唤醒"] --> IN

步	条件	动作	关键：不动什么
1 建基线	s_primed == 0	记 6 个计数与 now_ms，两侧前进时刻都设为本拍	不判定、不产生事件——开机首拍没有参照系（此刻 tpafe5160_frame_seq() 已非 0，因为 TIM3 比调度器早约 100 ms 就在生产帧）
2 TPAFE 差值	d < 0 / d > 1 / d >= 1	见图中三个分支	倒退分支只重新对齐序号，不动错误计数基线，避免一次倒退顺手抹掉别的证据
3 STM32 差值	同一口径，但不在此累计丢帧	前进/倒退两态	不重算 gap：语义取数与有效性已有细账 adc_input_stm32_gaps()，两处各算一套就会打架（§6.2）
4 静默判定	elapsed >= 100	置电平位并进 sticky；否则清电平位	判定排在前进更新之后 → 同一拍内「前进」与「静默」互斥，不会出现刚推进又报静默
5 错误增量	四个计数各自 != 基线	事件位 + 锁存位，并更新基线	用 != 不用 >：见 §6.4
6 出参	out != 0	写 4 个字段 + tpafe_stall_ms（非静默态给 0）	事件位只在本次出参里出现，绝不写进 flags/sticky

三条容易被漏掉的行为：

1. in == NULL 提前返回，out 保持原值（不是写全 0）——调用方复用同一个结构体时看不到被抹平的历史。
2. out == NULL 仍照常更新内部状态——支持「只喂状态、不取结果」的调用法（TC-ADCHEALTH-010 钉住）。
3. 首拍也会写 out（全 0）：events 在首拍恒为 0，flags 反映当前电平（首拍必为 0）。

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6. 四类判据逐个说透

四块面板分别是：A 健康对照、B 静默检出与自愈、C 消费者超拍、D 序号倒退。红线 = ADC_HEALTH_STALL_MS = 100 ms；下方两条条带 = 位为 1 的存续区间（上 = flags， 下 = sticky / events）。

6.1 静默 stall：门限 100 ms 是怎么定的

if ((uint32_t)(int32_t)(in->now_ms - s_tpafe_adv_ms) >= ADC_HEALTH_STALL_MS) { 置位并留痕 }
else { 清电平位 }   /* 只有 stall 类有 else 分支，SEQ_BACKWARD 没有 */

门限的三条独立依据（缺一条就不成立）：

依据	内容
判据本身不需要为抖动留余量	d = 0 表示生产者这一拍没有产出新帧。消费者慢只会让 d > 1，永远不会让 d = 0——所以门限不是为了躲抖动，而是为了把「还能解释成别的」的空间压到 0
与工频窗对齐	1 kHz 下 100 拍 = 100 ms = 5 个 50 Hz 周波 = 连续 5 个全周波 DFT 窗没有任何新点 → 此刻相量必然是 5 周波之前的旧值，任何电气量判据都不可信
与兜底层级成阶梯	本层 100 ms → protectTask 20 ms 一拍 → 最坏 120 ms 完成闭锁；再往下是看门狗层级（100 ms 抽样、连续 800 ms 缺席起停喂、IWDG 标称 2498 ms / LSI 偏快约 1701 ms 溢出）。100 ms 既不去抢看门狗的活，也不让保护拿着旧值走进动作时限

• 边界含等号：恰好 100 ms 那一拍即报，检测延迟 = 门限 + 最多 1 拍采样相位； TC-ADCHEALTH-003 把 99 ms 不报 / 100 ms 必报钉成回归。
• 恢复语义：只清电平位，sticky 永久留痕——「曾经停摆过」是自检要的东西。
• 两车道独立判定：一片转换器停而另一片照跑，只报对应那一位（TC-ADCHEALTH-004）。 位号分开正是为了把故障定位到「哪一侧」，合并成一位就只剩「采集坏了」。
• 门限是策略参数不是物理常数：改它只需同步 §11 的三条 TC 与本文，不必动判据结构。

6.2 丢帧 gap：只计数，不告警

d > 1 的语义是「生产者活着，消费者没跟上」：中间那些帧已被双缓冲覆盖。判定层 s_tpafe_gaps += (d - 1) 并发一个当拍事件位。

车道	丢帧证据来源	单位	为什么这样分
TPAFE	判定层自算（驱动只暴露 tpafe5160_frame_seq()）	帧点数：按 d - 1 加权	驱动侧除帧序号外没有别的观测点，判定层手里的 seq 是唯一线索
STM32	语义取数与有效性的 adc_input_stm32_gaps()，判定层只看它的增量	帧点数：按 d - 1 加权	语义取数与有效性在消费点上直接看得到 DMA 完成计数，细账归它；判定层再算一套就是两处判据打架

两条车道同单位（帧点数），心跳里 tgap 与 adc1_gap 可以直接对比（2026-10-21 之前 固件的 adc1_gap 是"次数"口径，跨版本对比要留意：单拍超一帧时两者数值相同，只有 一次跨过 ≥2 帧才会分出差值）。字段口径见 docs/子系统设计/ADC采样节拍设计说明.md §8。

为什么刻意不告警、不锁存、不闭锁：消费者超拍是常态。同一批台架日志里， 启动日志突发期 adc1_gap 已累计 23 次，稳态每 10 s 心跳 +1~2 次（tgap 1 → 2）。 这类事件若进 DBG_ERROR + SYSLOG_SELFTEST，开机噪声会把真故障完全盖掉，还会持续吃掉 32 KB 的 selftest.log 配额。真正要紧张的信号是组合而非事件本身：tgap 持续快速上涨 且 [PROF] 行的整拍耗时超过 1 ms → 相量窗里出现时间空洞（探针字段与基线见 docs/子系统设计/看门狗设计说明.md §11.4）。

6.3 序号倒退 backward：锁存不可自愈，代价是永久闭锁

d < 0 时同时置 flags 与 sticky 的 ADC_HF_SEQ_BACKWARD，然后用新序号重新对齐基线， 且没有清除分支。三个动作各有各的理由：

动作	理由
同时置电平位	让 protectTask 立刻闭锁——单调性破坏意味着帧序号与缓冲内容的对应关系不再可信，快照可能是两帧混合，此时任何电气量判据都不可信
置位后重新对齐	若不重新对齐，基线永远大于当前序号，之后的正常推进会长期被读成异常，tgap 与静默计时同时被污染
不做自愈清除	「后面恢复正常」不能证明计数器已经可信；能证明它可信的只有重启或显式 adc_health_init()。取舍方向与保护一致：宁拒动不误动

现实里造成倒退的三条路径：驱动改了自增时机；计数器被别的代码写坏；运行期重跑了会清零 计数的 *_init() 而没有同时 adc_health_init()——App/algo/adc_input.c 的 init 会把 s_dma_seq 归零，判定层看到的就是从大值跳回小值，第一拍即判倒退并永久闭锁。当前启动 序列里两个 init 都只执行一次（驱动在内核前、判定在任务入口），因此撞不上；改这条链时它是 头号陷阱（§14）。

倒退还有一条必须知道的可判定窗边界：(int32_t) 解读只在 ±2^31 内单调，1 kHz 下约 ±24.85 天；倒退幅度超过这个跨度会被读成前进（§4.2 已说明这是有意放弃的场景）。

6.4 错误计数增量：事件 + 锁存，但都不闭锁

计数（快照字段）	生产者	正常增量	出现增量意味着	事件位	锁存位	闭锁
tpafe_frst_err	TPAFE BUSY EXTI	0	该帧 8 个通道不可信（FRSTDATA 无跳变）	ADC_HE_FRSTDATA	ADC_HF_FRSTDATA	否
stm32_errs	语义取数与有效性消费侧	0	连续 >=2 拍无新帧，或 DMA 挂载失败	ADC_HE_STM32_ERR	ADC_HF_STM32_ERR	否
stm32_gaps	语义取数与有效性消费侧	少量	超拍丢帧（§6.2）	ADC_HE_STM32_GAP	不入锁存	否
stm32_hw_errs	HAL ADC/DMA 错误回调	0	硬件层面报过错	ADC_HE_HW_ERR	ADC_HF_HW_ERR	否

• 用 != 而不是 >：① 驱动侧一次 +N 的跳变不会因为「已经大于基线」被吞掉； ② 计数器被归零（例如重跑 init）也能立刻看到，而不是等它慢慢爬回原值。
• uint16 → uint32 的放宽：tpafe5160_frstdata_err() 是 uint16_t 且在 0xFFFF 饱和， 快照字段放宽到 uint32_t 是为了不让「截断」变成一条假增量。
• 为什么不闭锁：一次性事件痕迹不等于「当前测量不可信」；闭锁权只交给电平类 （判据见 App/task/protect_task.c 的 PROT_HF_LOCK_MASK）。
• 两层如何互补：HAL 报错本身不足以停保护，但它之后大概率紧跟 STM32_STALL —— 锁存位负责事后把「先是 hw 报错、随后静默」这条因果链复原出来。

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7. 位图、掩码与告警编排

位	名称	类别	置位条件	清除条件
0	ADC_HF_TPAFE_STALL	电平	TPAFE 车道 elapsed >= 100 ms	elapsed < 100 ms
1	ADC_HF_STM32_STALL	电平	STM32 车道 elapsed >= 100 ms	elapsed < 100 ms
2	ADC_HF_SEQ_BACKWARD	电平 + 锁存	任一侧 (int32_t)d < 0	仅 adc_health_init()
3	ADC_HF_FRSTDATA / ADC_HE_FRSTDATA	锁存 + 事件	tpafe_frst_err 有变化	仅 adc_health_init()
4	ADC_HF_STM32_ERR / ADC_HE_STM32_ERR	锁存 + 事件	stm32_errs 有变化	仅 adc_health_init()
5	ADC_HF_HW_ERR / ADC_HE_HW_ERR	锁存 + 事件	stm32_hw_errs 有变化	仅 adc_health_init()
6	ADC_HE_TPAFE_GAP	仅事件	本次 TPAFE d > 1	出参，不落状态
7	ADC_HE_STM32_GAP	仅事件	stm32_gaps 有变化	出参，不落状态
8	ADC_HF_STALE	电平（由 protectTask 置位，判定层不写）	帧年龄 >= 120 ms（§15）	序号恢复前进
9..31	保留	—	未使用	—

位号对齐是刻意设计：bit3 / bit4 / bit5 在 events 与 sticky 里编号相同，编排层因此可以 拿事件位直接去操作「已留痕位图」，一行搞定每类每次开机只留痕一次：

if (((serious | rise) & ~s_health_logged) != 0u) {   /* 位图当去重键 */
    (void)syslog_post(SYSLOG_SELFTEST, "adc sampling fault");
    s_health_logged |= (serious | rise);
}

代价也随之而来：新增一个故障位必须一次想清楚三张位图 + 编排层记忆位图的归属， 漏一格就可能出现「事件报了但永远不去重」或「锁存位与事件位串位」。规则写在 §14。

编排层的三级策略（adc_health_report()，App/task/adc_task.c）：

级别	触发	动作	为什么这样分
严重事件	events 命中 bit3/bit4/bit5	每次都 DBG_ERROR（带 events 与 sticky）	这三类计数增量恒应为 0，出现即故障，且不会连续刷屏
电平上升沿	flags & ~prev	DBG_ERROR（带 stall_ms 与 tgap）	只报一次沿，持续 5 s 的停摆也只有一条错误行；stall_ms 直接回答「停多久」
电平下降沿	prev & ~flags	DBG_INFO（恢复）	「恢复」必须可见，否则只看到一次错误、无法判断现在还在不在故障
自检留痕	上述两类首次出现	SYSLOG_SELFTEST 一条，按位去重	持续故障若逐条写会把 32 KB selftest.log 写满，并淹没别的模块
丢帧	bit6 / bit7	不处置	§6.2 的实测理由

两个容易忽略的细节：

• 控制台日志受 dbg_console_writer_ready() 门控（写者注册前直发会与 defaultTask 的存储初始化 日志字节级交错），但 SYSLOG_SELFTEST 不受门控——内核前有 s_preboot 缓冲， 开机窗口里的故障痕迹不能丢。
• 每条 DBG_* 约 90 B Flash + 216 B 栈（每个调用点内联行缓冲与时间戳缓冲，见根 AGENTS.md 平台约束）。「判定层不打日志」不只为了可测性，也因为日志在 1 kHz 判定路径上是奢侈品： 编排把成本集中到少数几个沿上。

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8. 闭锁链路与兜底责任划分

App/task/protect_task.c 每 20 ms 读一次电平位：

#define PROT_HF_LOCK_MASK  (ADC_HF_TPAFE_STALL | ADC_HF_STM32_STALL | ADC_HF_SEQ_BACKWARD)

时刻	事件
t = 0	生产者最后一次让序号前进（此后无新帧）
t = 100 ms	判定层置 stall 电平位并进 sticky；编排层打一条 DBG_ERROR + 一条自检留痕
t <= 120 ms	protectTask 下一拍命中掩码 → prot_elm_init() 复位全部元件 + 本拍不跑判据；SOE_T_SAMPLE_BLOCK（value = hf & PROT_HF_LOCK_MASK，能反查是哪一位）
恢复时	序号重新前进 → 电平位清 → 下一拍自动复归，SOE_T_SAMPLE_RESUME + DBG_INFO

谁兜住什么——这张表是本层与看门狗的分界，也是最常见的误读点：

故障位置	谁先发现	多久	结果
TIM3 节拍源停	本层看不见（adcTask 永久阻塞，没人跑判定）→ 由 §15 兜底门判老	§15：120 ms；看门狗：100 ms 抽样 + 连续 800 ms 停喂	§15 闭锁保护（≤140 ms）；IWDG 溢出复位（标称 2498 ms，LSI 偏快约 1701 ms）
TPAFE BUSY EXTI 停	本层 ADC_HF_TPAFE_STALL	100 ms	闭锁保护（任务仍活着，不复位）
ADC1 / DMA 停	本层 ADC_HF_STM32_STALL，语义取数与有效性的 stm32_errs 增量同时给出事件	100 ms	闭锁 + 留痕
HAL 报错	语义取数与有效性计数 → 本层 HE_HW_ERR	下一拍	事件 + 锁存，不闭锁
adcTask 超拍	本层 HE_TPAFE_GAP + 语义取数与有效性 adc1_gap	当拍	只计数
帧序号倒退	本层 SEQ_BACKWARD	当拍	闭锁且不自愈，直到复位

一句话概括本层的能力边界：它判的是「生产者相对消费者是否前进」，因此判不了消费者自己 是否还活着。过去只能靠 IWDG 兜命——它判的是"任务还在不在"，不是"数据新不新"；现在另有一条与本层 完全解耦的兜底门专门管这件事（§15）。三者不可互相替代，也别指望把本层门限调小来顶班。

这条盲区已闭合（原已知窗口）：TIM3 停摆到 IWDG 复位之间，原本最坏约 800 ms + 2498 ms（标称）内 protectTask 仍在 20 ms 轮询、而电平位还没人置——相量冻在最后一帧继续参与判据。现在 §15 的兜底门 在同一工况下 120 ms 判老并闭锁。

台架实测（一次性停 TIM3 探针，验完即撤）：

[+5410ms] [STACK] protect peak_used=620/2048 free_min=1428 (69%)
[+5462ms] [ERR][PROT] sampling FAULT -> protection blocked (hf=0x00000100)
[+5555ms] MISS start snap=0x000001B7 req=0x000001F7 t=5656
[+5757ms] [PROT] sampling recovered -> protection resumed

三条证据同时成立才算闭合：hf 只有 bit8、没有 stall 位（闭锁由兜底门独立给出）；同一次开机里 [ADC_TASK] health: 行出现 0 次（判定层确实全程失明）；snap 相对 req 缺的正是 bit6 = TASK_WD_ADC（0x1F7 − 0x1B7 = 0x40，实证 adcTask 当时真的阻塞，而不是"还在跑但没报"）； reset cause: 仅 1 次——300 ms 停摆被看门狗的 800 ms 容忍吸收，闭锁不靠复位。 证据文件 docs/测试说明/boot_log_data/20261021_probe_stale_gate_boot_log.txt。

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9. 状态机视角：静默位的生命周期

stateDiagram-v2
    ADVANCING : elapsed = 0，flags 为 0
    TIMING : 0 < elapsed < 100 ms，仍不报
    STALLED : TPAFE_STALL = 1（同时进 sticky）
    [*] --> ADVANCING : 首拍建基线
    ADVANCING --> TIMING : 本拍 d = 0
    TIMING --> ADVANCING : 序号重新前进
    TIMING --> STALLED : elapsed 达 100 ms（含等号）
    STALLED --> ADVANCING : 序号重新前进<br/>电平位清，sticky 永久留痕
    STALLED --> STALLED : 继续无前进，elapsed 每拍 +1
    note right of STALLED
        SEQ_BACKWARD 不在这台状态机里：
        它是前进 -> 已破坏的终态，无自愈路径
    end note

状态	flags	sticky	编排层可见动作
前进中	0	不变	若上一拍为 1 → 打一条恢复 DBG_INFO
计时中	0	不变	无
停摆	1	1（首次置位时留痕一次）	上升沿 DBG_ERROR + 自检一条

倒退位是另一台状态机：前进 → 已破坏（终态），没有任何路径回到前进——这正是 §6.3 的取舍。 把两台机器画在一张图上是常见的误读来源（会让人以为 SEQ_BACKWARD 也会自愈）， 所以 §14 的清单要求：任何新位都必须先写明它属于哪一类。

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10. 代价与观测盲区

项	实测/核算	说明
静态 RAM	48 B（11 个 uint32_t = 44 B + 1 个 uint8_t 与对齐 4 B）	判定层的全部驻留成本；无堆分配（自研代码禁 malloc，见根 AGENTS.md 平台约束）
每拍 CPU	约 20 条以内的整数加减与比较；无乘除、无浮点、无数组访问	与 1 kHz 节拍同频，量级远小于一次 adc_input_poll()（实测 8 us）
栈	判定本体只有 3 个局部量；最坏链在编排层的日志调用尾	判定层的日志尾是 adcTask 这条链加深的起点，曾直接触发抬栈一档；当前值与余量台账见 docs/内存管理/RAM使用分析与优化方案.md §2.3（配置与实测峰值）与 §4.0.6（静态最坏链与判定）
Flash	主要花在编排层的日志调用点，判定层本身很小	每条 DBG_* 约 90 B Flash，故新增位不要顺手加日志

观测盲区（如实登记，别在别处再假设它们存在）：

1. adc_health_status_t 只给 tpafe_stall_ms，STM32 侧没有对应的停滞时长字段—— 只知道「STM32 静默了」，不知道「静默多久」。
2. tpafe_stall_ms 只在电平位置位时给值，正常态恒为 0，因此它不能当「距上次前进的时间」趋势量用。
3. 观察者死亡本层不可自证（§8 责任矩阵）：判定层的存活依赖 adcTask。该盲区由 §15 的兜底门 闭合（保护不再吃陈旧数据），但本层自身仍然报不出"我没在跑"这件事。
4. tgap 与 adc1_gap 现已同为帧点数口径（§6.2）；但换版前的历史日志里 adc1_gap 是次数，跨版本对比前先确认固件版本。
5. 倒退的可判定窗是 ±2^31 拍（约 ±24.85 天），窗口外的倒退读作前进（§6.3）。

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11. 怎么验证

验证分工先说清：台架 @test 只能证明「健康时不误报」（要求零 [ERR]）， 证不了「故障时必报」——静默与倒退在健康台架上不可复现（复现 = 拔芯片或改驱动）。 「必报」这一半完全由主机侧单测承担，这就是本层必须是纯逻辑的原因（§4.4）。

判据	用例	钉住的具体边界
首拍只建基线	TC-ADCHEALTH-001	开机时序号已非 0 也不误报；随后 1 ms 无前进不算静默
健康不误报	TC-ADCHEALTH-002	1 kHz 连扫 2000 拍，flags / events / sticky 全程为 0
TPAFE 静默	TC-ADCHEALTH-003	99 ms 不报 / 100 ms 必报（门限含等号）；sticky 留痕；恢复只清电平位
STM32 静默	TC-ADCHEALTH-004	两车道独立：TPAFE 正常时只报 STM32 位
TPAFE 丢帧	TC-ADCHEALTH-005	d = 3 → tpafe_gaps 恰好 +2；事件只活一拍；计数是累计量
STM32 丢帧	TC-ADCHEALTH-006	计数增量 → 事件；不进锁存（超拍不是故障）
序号倒退	TC-ADCHEALTH-007	电平 + 锁存同时置位；随后 50 拍正常推进仍不清
三类错误增量	TC-ADCHEALTH-008	事件位与锁存位位号一致；计数不变则不重复触发
tick 回绕	TC-ADCHEALTH-009	跨 0xFFFFFFFF 扫 512 拍不误报；回绕后冻结仍能检出
空指针守卫	TC-ADCHEALTH-010	in == NULL 不动 out；out == NULL 仍更新内部状态
幂等复位	TC-ADCHEALTH-011	故障后 adc_health_init() 全清，且重新建基线干净
帧年龄：首拍只建基线	TC-ADCHEALTH-012	第一次观测只记参照系并返回 0（开机窗口不得误锁保护）
帧年龄：健康与超拍	TC-ADCHEALTH-013	2000 拍扫描恒不判老，其中每 7 拍造一次 d = 3 的超拍
帧年龄：门限含等号	TC-ADCHEALTH-014	差 1 ms 不判、到点即判；重新前进立刻不判老
帧年龄：回绕	TC-ADCHEALTH-015	tick 与序号一起跨 0xFFFFFFFF 不误判；回绕后冻结仍判老
帧年龄：倒退分工	TC-ADCHEALTH-016	倒退按「有变化」不判老并重对齐（此后 119 ms 不判、120 ms 判）
帧年龄：多观察者	TC-ADCHEALTH-017	两个 age 对象并行观测互不污染；空参数返回 0（宁可不锁）

合计 17 组用例 / 45 条断言（用例清单与被测源文件同一处： test/host/adc_health/adc_health_test.c 文件头）。跑法：

# 直接跑（MSVC 离线编译真实源文件，毫秒级）
& '.venv\Scripts\python.exe' test/host/adc_health/run_unit_test.py
# 走门禁（改动被测源、头、编排文件或测试用例时自动触发）
& '.venv\Scripts\python.exe' -m pre_commit run adc-health-unit-test --all-files

门禁的触发文件集是 App/algo/adc_health.* + App/task/adc_task.c + test/host/adc_health/， 即改判定层或改编排层都会跑这套单测——编排层的位图语义也是它的被保护对象之一。

11.1 最容易读错的一处：「未消费的那次 +1」

测试里普遍写成 for (...) { check(&in); seq++; now++; }：递增发生在 check 之后， 于是本轮循环末尾那次 +1 还没被任何一次 check 看过。下一段（冻结场景）的第一拍会先 消费掉它，看见 d = 1 → 顺带把静默计时起点重置为该拍的 now_ms。结果：

用例	表面写法	实际含义
TC-ADCHEALTH-003	100 拍不报，再一拍报	冻结后 elapsed 依次是 0..99（不报），下一拍正好 100（报）
TC-ADCHEALTH-004 / 009	需要 101 拍才报	同样先吃掉那 1 拍，elapsed 从 0 起算，第 101 次 check 才是 100 ms

读这些 TC 不要按循环次数理解门限，要按「本次 check 传入的 now_ms 与当时的 *_adv_ms 之差」理解。真实系统里消费者每拍一次、生产者每拍前进一帧 → elapsed 恒为 0； 生产者停摆后 elapsed 从 1 开始每拍 +1，第 100 拍置位。

11.2 台架证据

docs/测试说明/boot_log_data/20261011_prod_adc_health_boot_log.txt：两条心跳行 （adc1_err=0 adc1_hw=0 adc1_gap=23 → 25、tgap=1 → 2、frames 每 10 s +10000； 该日志出自换版前固件，其中的 adc1_gap 是次数口径） 加上全程零 [ERR] —— 即「健康不误报」+「gap 常态被正确压住」。

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12. 现场判读手册

日志行（原样）	含义	下一步查什么
[ADC_TASK] health: flags=0x1 stall_ms=137 tgap=2	TPAFE 静默上升沿，本拍已停 137 ms	先看 seq 是否还在涨（10 s 心跳）：不涨 = 生产者侧；再确认 TIM3 与 CONVST
[ADC_TASK] health: flags=0x2 ...	STM32 静默上升沿	看 adc1_seq / adc1_hw：adc1_hw 有增量 → DMA/ADC 报错在先
[ADC_TASK] health: flags=0x4 ...	序号倒退	直接找谁改了计数器（§6.3 三条路径）；此位不会自愈，只能复位
[ADC_TASK] sampling fault: events=0x18 sticky=0x18	错误计数增量（这里 = bit4 + bit3）	sticky 与 events 同值 = 首次出现；sticky 更大 = 之前还出过别的类
[ADC_TASK] health: recovered flags=0x0 sticky=0x3	静默自愈	别把「恢复」读成「没问题」：sticky=0x3 说明两侧都停过
[PROT] sampling FAULT -> protection blocked (hf=0x00000001)	闭锁真的生效了	括号里就是命中位；此后保护不判据，元件状态全复位
[PROT] sampling recovered -> protection resumed	闭锁解除	与上一条配对看时长
…protection blocked (hf=0x00000100)	判定层失明时的兜底：只有 bit8、stall 位一个都没报	查节拍源与 adcTask：同次开机 [ADC_TASK] health: 是否 0 次、MISS 快照是否缺 bit6（§15）
心跳 tgap= 持续上涨	消费者超拍	看 [PROF] 的 adcm 是否 > 1 ms（docs/子系统设计/看门狗设计说明.md §11.4）

两个必须记住的读法：

• sticky 是「曾经」，flags 是「现在」。只看 sticky 会把历史故障读成当前故障； 只看 flags 会漏掉「已经自愈但其实停过」。SOE 反查同理：类型 5 的 value 是触发瞬间的 hf & PROT_HF_LOCK_MASK，解码用 test/host/soe/decode_soe.py。
• 看到 IWDG 复位就不要再看 sticky：复位后全部状态清零，sticky 只覆盖本次开机。

三个典型剧本：

剧本	判定路径	结论
现场报「保护退出」	查 [PROT] sampling FAULT 的 hf → 回到 flags 上升沿行看 stall_ms	hf=0x4 → 计数器被动过，查软件；hf=0x1/0x2 → 采样侧真停，查节拍与转换器供电
心跳里 idle / skip 在涨但无 health 行	那不是本层的判据（本层只看序号）	属 语义取数与有效性相位伪影或通道首次未就绪，见 docs/子系统设计/ADC采样节拍设计说明.md §8
偶发一条 health + 一条 recovered	一次瞬态静默（几十 ms 到几百 ms）	查同窗口的日志突发、NAND 擦写、FTP 传输等长耗时窗口（docs/子系统设计/看门狗设计说明.md §4.3）

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13. 自测问题（读完能不能真的懂）

问题	答案要点
为什么 d > 1 绝不能算静默？	它证明生产者还在产出，只是被覆盖了；算静默就会把「自己慢」误判成「硬件坏」并闭锁保护
为什么 stall 闭锁而 FRSTDATA 增量不闭锁？	前者是「当前测量不可信」的电平条件，后者是一次性事件痕迹；闭锁权只给电平类
为什么 SEQ_BACKWARD 不自愈，代价是什么？	恢复正常不能证明计数器可信；代价是永久闭锁直到复位，IWDG 也不会救（任务都活着）
tick 回绕要不要特殊处理？	不要，(int32_t) 差值天然吸收；被放弃的只有 ±2^31 之外的倒退
判定层能不能顺手加一条日志？	不能，见 §4.4：免桩单测立刻失效，且每条约 90 B Flash + 216 B 栈
消费者自己卡死谁能发现？	不是本层；adcTask 缺席 → 看门狗 800 ms 起停喂 → IWDG 复位
首拍为什么不判定？	此刻序号已非 0（TIM3 早于调度器约 100 ms 启动），没有「上一拍」就没有参照系

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14. 改它之前必读

想改什么	必须一起动
ADC_HEALTH_STALL_MS	TC-ADCHEALTH-003 / 004 / 009 的拍数假设、本文 §6.1 的推导与 §8 的闭锁时间预算、docs/算法/采集与算法层设计说明.md §4 的门限描述
新增一个故障位	一次定清四件事：① 电平还是锁存还是仅事件；② 是否与事件位位号对齐；③ 进不进 PROT_HF_LOCK_MASK；④ 编排层 s_health_logged 去重位段够不够（bit0..bit5 已被占用）
改判定顺序	§5 的走读表与流程图；尤其「前进更新必须在静默判定之前」，反过来会出现同一拍既刷新又报静默
动驱动侧计数器（自增时机、清零点、位宽）	必须同时复核 §6.3 的倒退路径与 §6.4 的 != 增量口径；位宽一变就可能造出假增量
把任何 *_init() 挪到运行期重跑	必须同时 adc_health_init()——App/algo/adc_input.c 的 init 会把 s_dma_seq 归零，不配套就第一拍报 SEQ_BACKWARD 并永久闭锁
在判定层引入 HAL / 日志 / 内核 API	先回答「主机单测怎么免桩跑」；答不上来就别改
动兜底门（§15）	同步 PROT_HF_LOCK_MASK、§7 位表 bit8 行、§8 责任矩阵、§11 的 TC-ADCHEALTH-012..017、配图生成器 tools/arch_diagram/gen_adc_health_bitmap_svg.py；两条车道的 primed 必须各一份

三条禁令（都对应已写死的机制，不是风格问题）：

1. 判定层不取数、不打日志、不碰寄存器——否则 §11 的整条验证路径作废。
2. 判定层不用浮点、不做除法——它在 1 kHz 路径上，且主机侧要能逐拍精确复现每个分支。
3. 位图不复用已冻结位号：bit0..bit7 已分配，新位从 bit8 起；events 与 sticky 若要共享 语义就必须共享位号（§7 的去重写法依赖这点）。

启动路径事实：adc_health_init() 由 adc_task_init() 调用，而 adc_task_init() 由 adc_task_func() 在进入循环之前自己调用（在「开闸」s_consumer_ready = 1 之前，所以 init 与 首拍之间不存在被抢占的窗口）。三点设计含义：

• 判定层的正确性不依赖这次调用——状态全在 .bss（复位即 0），加上首拍只建基线， 漏调一次只是「少清一次」。这正是把 init 设计成幂等 + 首拍建基线换来的韧性。
• 但入口必须真的存在并被调用：否则函数头的「限定条件」就是假的，而下一个人（或 agent） 会照着它推理。运行期要重建参照系（例如重新跑了会清零计数的驱动 *_init()），调用的就是它。
• 该入口禁止加日志：它在 adcTask 的静态最坏调用链上（栈预算口径见本节表末与 docs/内存管理/RAM使用分析与优化方案.md §4.0.6）。

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15. 兜底新鲜度门（保护侧独立通道）

本节补的是本层的结构性盲区（§8 责任矩阵第一行）：判定层的每一次判定都要有人替它跑，而那个 人是 adcTask。节拍源一停，adcTask 就永久阻塞在 osThreadFlagsWait（刻意的 fail-safe）， adc_health_check() 不再执行，flags 冻结在 0，而 protectTask 仍每 20 ms 拿冻住的相量判据。

观测点为什么只能是那两个计数器（整套方案的地基，选错就还是自证）：

候选证据	写者	依赖 adcTask 存活	能否当兜底证据
phasor_get() / 采样环的最后计算时刻	adcTask	是	❌ 自证
adc_health_flags()	adcTask（每拍 check()）	是	❌ 就是它漏的
tpafe5160_frame_seq()	BUSY EXTI 中断	否	✅
adc_input_stm32_seq()（s_dma_seq）	DMA2 Stream4 中断	否	✅

状态归属是设计要点，不是风格：adc_health_age_stale() 是无模块状态的纯函数，参照系 adc_health_age_t 由调用方自存。adc_health_check() 用的模块级状态是「每拍一次、单写者」的 契约——若让 protectTask 也去调它，两个上下文会互相刷新差值基线，把现有判定层一起弄坏。状态放 调用方之后，「多个观察者各判各的」在结构上不可能互相污染（TC-ADCHEALTH-017 钉这条）。

门限 120 ms = PROT_STALE_AGE_MS（ADC_HEALTH_STALL_MS + PROTECT_TASK_CYCLE_MS）。本门 每 20 ms 才观测一次，最坏比判定层晚一整周期；这 20 ms 买的是时序阶梯：判定层活着时它先报 （0x1/0x2，带日志与自检留痕），本门随后补 0x100；判定层死了则只出现 0x100。排查时两类 位的先后本身就是「判定层当时活着吗」的免费答案。闭锁最迟时刻 = 120 ms + ≤20 ms 观测相位 = ≤140 ms， 仍远小于保护最小动作延时（OF/UF 默认 1000 ms）。

三条实现细节（每一条都对应一次误锁风险）：

• primed 必须两条车道各一份。共用一个标志时，先被观测的车道把它置 1，另一条首拍就拿 adv_ms = 0 去算年龄 → 开机即误锁保护。
• 倒退按「有变化」处理并重对齐参照系，不判老：单调性破坏归 ADC_HF_SEQ_BACKWARD，两条判据 不互相顶班（TC-ADCHEALTH-016 把「重对齐后计时起点跟着走」钉住）。
• 参数错返回 0（不判老）——兜底门宁可漏锁一次，也不能因为一个空指针把保护永久锁掉。

与留痕体系的关系：本位不进 sticky、不进编排层的 logged 位图、判定层也不写它；留痕走 protectTask 既有的闭锁边沿日志与 SOE 类型 5/6（value 里直接带 0x100，见 §12 判读）。

边界与残余：TIM3 停 → ADC1 无触发 → 无 DMA 请求 → s_dma_seq 也停（节拍源是唯一上游，别 以为「DMA 还在循环所以计数会涨」）。开机不误锁的前提是 TIM3 在 app_main_init() 就启动、远早于 osKernelStart()（docs/子系统设计/ADC采样节拍设计说明.md §3.4），protectTask 首拍时计数器已在 前进。残余风险：protectTask 自己被饿死时无人判老，此时退回 IWDG（它在 required_mask = 0x1F7 内）。

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16. 相关文档

• docs/算法/采集与算法层设计说明.md §4 —— 本模块在全层中的位置与接口速览（本文不重复）
• docs/子系统设计/ADC采样节拍设计说明.md §8 —— 心跳字段全表与判读（tgap 所在行）
• docs/子系统设计/看门狗设计说明.md §4.3 —— 长耗时窗口的三类处置（瞬态静默的候选来源）
• docs/子系统设计/看门狗设计说明.md §11.4 —— [PROF] 探针字段与耗时基线（判「超拍」要看它）
• docs/硬件平台/ADC通道映射说明.md —— 语义映射唯一权威口径（与「哪一侧静默」直接相关）
• docs/算法/继电保护功能复现规划.md §3.1 —— 语义取数与有效性功能项与验收口径（本层 = 「采样有效性校验」行）
• docs/算法/继电保护功能复现规划.md §3.5 —— 动作留痕自检与闭锁（本层供数的「自检失败闭锁」在此登记）
• docs/内存管理/RAM使用分析与优化方案.md §2.3 与 §4.0.6 —— adcTask 栈配置、最坏链与余量台账
• App/algo/README.md —— 目录级文件清单与构建测试入口
• docs/子系统设计/ADC采样节拍设计说明.md §3.4 —— TIM3 启动位置与顺序（兜底门开机不误锁的前提）