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RemoDispBus 协议与接收设计说明

版本：v1.0　日期：2026-09-10 适用工程：STM32F4-Base（STM32F407ZGTx + CH395F 以太网 / LVGL UI） 范围：UI 远程显示（RemoDispBus）的协议设计与接收解析设计—— 帧格式、字段语义、命令集、交互时序、屏幕位图格式，以及服务端逐字节状态机解析的实现。 对应模块：Drivers/BSP/UI/ui_net_sink.c（MCU 与模拟器共用同一份源码，协议与解析一致）； 平台差异仅在网络后端（MCU net_socket.c/CH395F vs 模拟器 net_socket_sim.c/Winsock） 与 LCDMEM/按键注入的平台 backend（ui_net_sink_backend_mcu.c / ui_net_sink_backend_sim.c）。

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0. 速览

项目	内容
协议名	RemoDispBus（UI 远程显示总线）
用途	远端查看设备 UI 画面 + 远端导航按键
传输	TCP，端口 7003（须与 DTU-RemoteLCD 客户端默认端口一致）
连接模型	单连接（服务端 backlog=1，同一时刻一个客户端）
帧格式	[TAG(1)][CMD(1)][LEN_H(1)][LEN_LO(1)][DATA(n)][CRC(1)]
方向标识	TAG 0xAA=客户端→服务端，0xBB=服务端→客户端
命令集	KEEPLIVE(0) / INIT(1) / KEY(2) / LCDMEM(3)
校验	CRC = 数据段逐字节异或（取低 8 位；不含 TAG/CMD/LEN）
字节序	多字节字段大端（网络字节序）
最短帧	5 字节（LEN=0 时）
接收方式	逐字节有限状态机（TAG 定界 + 长度定长 + CRC 校验，自动重同步）

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1. 协议设计

1.1 定位与角色

RemoDispBus 让远端（PC 上的 DTU-RemoteLCD 客户端 / 浏览器页面）实时查看设备 UI 的 1bpp 画面，并下发导航按键。角色：

角色	进程	说明
服务端	ui_net_sink（设备 / 模拟器）	监听 7003，收命令、回送帧缓冲
客户端	DTU-RemoteLCD（PC）	连接服务端，拉取画面、下发按键

请求—响应模型：客户端发请求帧（TAG 0xAA），服务端回应答帧（TAG 0xBB）。

1.2 帧格式

偏移	字段	大小(B)	说明
0	TAG	1	方向标识：0xAA 客户端帧 / 0xBB 服务端帧
1	CMD	1	命令码（见 §1.5）
2	LEN_H	1	数据段长度高字节（大端）
3	LEN_LO	1	数据段长度低字节
4	DATA	LEN	数据段（命令相关，见 §1.5）
4+LEN	CRC	1	数据段逐字节异或（低 8 位）

• 整帧长度 = 4 + LEN + 1；LEN=0 时最短为 5 字节。
• LEN 为 16 位大端，理论最大 65535 数据字节。

图形版（SVG 矢量，字段宽 ∝ 字节数；由 tools/arch_diagram/gen_frame_svg.py 生成，浏览器打开可无损缩放）：

1.3 字段语义

• TAG（方向）：0xAA = 客户端→服务端（服务端只接受此标签的帧）；0xBB = 服务端→客户端。TAG 标识方向，不承载命令。
• CMD（命令）：同一命令在两个方向复用同一编码，靠 TAG 区分方向（见 §1.5）。
• CRC（校验）：CRC = DATA[0] ^ DATA[1] ^ … ^ DATA[LEN-1]（低 8 位）。仅覆盖数据段，不含 TAG/CMD/LEN；LEN=0 时 CRC 为 0。与 DTU-HMI 协议一致。

1.4 字节序

多字节字段一律大端（网络字节序）：LEN（u16）、INIT 应答的宽/高（u16）与帧大小（u32）、LCDMEM 的偏移（u32）。

1.5 命令集与数据段

CMD	名称	请求数据段（客户端→服务端）	应答数据段（服务端→客户端）	说明
0	KEEPLIVE	无（LEN=0）	无（LEN=0）	保活/心跳，服务端原样回显
1	INIT	无（LEN=0，查询）	[宽u16][高u16][帧字节数u32]（8B）	客户端查询屏幕几何与显存大小
2	KEY	[按键码u8]（1B）	无（LEN=0，确认）	远端导航按键，服务端注入 UI
3	LCDMEM	[起始偏移u32]（4B）	[偏移u32][1bpp位图 3200B]（3204B）	读取显存（画面）；偏移 0 = 整帧

按键码（KEY 数据段，与 ui_port.h 一致）：UP=0x02、DOWN=0x40、LEFT=0x10、RIGHT=0x08、ENTER=0x20、ESC=0x01。 注意：客户端（如 Python 参考实现）可不使用 INIT（直接按 160×160 处理）；协议保留该命令供需查询几何的客户端使用。

⚠ INIT 应答长度勘误（2026-09-22 M3 台架实测修复，D17）：本表原写"6B"，而字段定义 [宽u16][高u16][帧字节数u32] 合计为 8B。旧实现按 6 发送 → u32 只剩高半字 → 客户端读到的"帧字节数"恒为 0（真机与 PC 模拟器一致复现）。现已改为发满 8B （remo_send_init），客户端按 LEN>=8 读 u32；若需兼容旧固件，可按 LEN==6 时 只取前 4B（宽高）。

1.6 屏幕位图格式（LCDMEM 数据段）

• 1bpp 单色，MSB 优先（每字节 8 像素，bit7 为该字节第一个像素）。
• 像素 (x,y) 定位：byte_i = (y*W + x) / 8，bit_i = 7 - (x % 8)。
• 位值 1 = 白（255），0 = 黑（0）。
• 160×160 → 160*160/8 = 3200 字节。

1.7 典型交互时序

sequenceDiagram
    participant C as 客户端 (DTU-RemoteLCD)
    participant S as 服务端 (ui_net_sink)
    C->>S: TCP 连接 :7003
    opt 查询屏幕参数（可选）
        C->>S: INIT 请求 (0xAA, CMD=1, len=0)
        S-->>C: INIT 应答 (0xBB, CMD=1, 宽/高/帧大小)
    end
    loop 屏幕刷新（约 100ms）
        C->>S: LCDMEM 请求 (0xAA, CMD=3, 偏移=0)
        S-->>C: LCDMEM 应答 (0xBB, CMD=3, 偏移+位图 3200B)
    end
    opt 远端按键
        C->>S: KEY 请求 (0xAA, CMD=2, 按键码)
        S-->>C: KEY 应答 (0xBB, CMD=2, len=0)
    end
    opt 显式保活
        C->>S: KEEPLIVE (0xAA, CMD=0)
        S-->>C: KEEPLIVE (0xBB, CMD=0)
    end

连接后服务端不主动上报 INIT（避免污染客户端首帧读取）；由客户端按需请求（INIT）或按 LCDMEM 轮询拉取。

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2. 接收解析设计（逐字节状态机）

2.1 设计动机

TCP 是字节流，不保留消息边界：一帧可能被拆到多次 recv()，一次 recv() 也可能带多帧或前导噪声。整块解析（假设"一次 recv = 一完整帧"）在这种流上不可靠。因此服务端采用逐字节有限状态机：

关注点	整块解析	逐字节状态机
帧跨多次 recv	✗ 会解析半帧	✓ 状态跨 recv 保持
一次 recv 多帧（粘包）	✗ 只处理首帧	✓ 顺序处理每帧
前导噪声/失步	✗ 从头按帧头假设	✓ 扫描到 0xAA 重新同步
长度字段损坏	✗ 按错误长度读飞	✓ 越界即复位
内存	需容纳整帧	小块暂存 + 单帧重组缓冲

2.2 状态机

6 个状态，逐字节推进：

stateDiagram-v2
    [*] --> TAG
    TAG --> CMD : 0xAA
    TAG --> TAG : 其他字节(丢弃,重同步)
    CMD --> LEN_H : 任意字节
    LEN_H --> LEN_L : 任意字节
    LEN_L --> DATA : 0 < plen <= 256
    LEN_L --> CRC : plen == 0
    LEN_L --> TAG : plen > 256 (失步复位)
    DATA --> DATA : 未收满
    DATA --> CRC : 收满 plen
    CRC --> TAG : 校验通过→分发 / 校验错→丢弃

状态	含义	收到字节动作	迁移
TAG	等帧头	仅收 0xAA，否则丢弃	→CMD（命中）/ 停留（未命中）
CMD	等命令码	存入帧	→LEN_H
LEN_H	等长度高字节	存入帧	→LEN_L
LEN_L	等长度低字节	存入帧，算 plen	→DATA / CRC / TAG(越界)
DATA	等数据段	存入帧，计数	收满 → CRC
CRC	等校验字节	存入帧，校验	→TAG（分发或丢弃）

2.3 各状态处理要点

• TAG：只认 TAG_CLIENT(0xAA)。非帧头字节一律丢弃并停留在 TAG——这是重同步的核心：任意噪声后，下一个真帧头 0xAA 即恢复。
• LEN_L：plen = (LEN_H<<8) | LEN_LO。若 plen > RM_MAX_RX_PAYLOAD(256) 判为长度损坏/失步，立即复位回 TAG（防止按错误长度"读飞"吞掉后续帧）；否则进入 DATA（plen>0）或 CRC（plen==0）。
• DATA：逐字节存入并按 didx 计数；didx 达到 plen 转 CRC。数据段内的 0xAA 只当数据（长度定界保证不误判为帧头）。
• CRC：存入校验字节后，重算 XOR(数据段) 与收到的 CRC 比较；相等才回调 remo_handle 分发，随后复位回 TAG（半帧/坏帧均丢弃）。

2.4 重同步与健壮性

机制	作用
TAG 门控	非 0xAA 字节在 TAG 态丢弃，噪声后自动重新锁定帧头
长度越界复位	plen 超上限 → 判损坏，丢弃半帧回 TAG，不被坏长度带偏
CRC 校验	只有校验通过的整帧才分发，坏帧静默丢弃
长度定界	数据段内的 0xAA 不误判为帧头，避免假重同步

2.5 状态持久化（跨 recv）

解析器状态（g_rm：当前状态 + 帧缓冲 + plen/didx）是全局常驻，跨 poll() 调用保持——一帧可跨多次 recv() 收齐。复位点：新连接 accept、连接断开、长度越界失步。

2.6 缓冲设计

缓冲	大小	用途
g_rx[RM_RX_BUF]	64 B	net_recv() 暂存区（每次 poll 的到达字节，喂入后即弃）
g_rm.frame[]	4+256+1=261 B	帧重组缓冲（任一时刻只装一帧，分发后复位）
RM_MAX_RX_PAYLOAD	256	接收数据段上限（客户端命令帧都很小，此为防损坏护栏 + 定缓冲尺寸）

客户端→服务端 的命令帧数据段都很小（KEY=1、LCDMEM 请求=4、其余=0），256 上限有充足余量，同时把重组缓冲压到最小。

2.7 与轮询循环集成

int n = net_recv(g_client, g_rx, sizeof(g_rx), NET_MSG_DONTWAIT);   /* 非阻塞 */
if (n > 0) {
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        rm_parser_feed(g_rx[i]);                 /* 逐字节喂入状态机 */
    }
}

全程非阻塞，不拖慢 LVGL 刷新；recv 无数据（WOULDBLOCK）时直接返回。

2.8 边界情况

场景	状态机行为
一帧拆到多次 recv	状态跨 recv 保持，收齐后分发
一次 recv 含多帧	顺序解析、逐帧分发
前导噪声/垃圾字节	TAG 态丢弃，直到下一个 0xAA
数据段内含 0xAA	当数据处理，不误判帧头
长度字段损坏（超大）	判失步，复位回 TAG 重新扫描
CRC 校验失败	整帧丢弃，复位回 TAG
LEN=0 的空数据段	跳过 DATA 态，期望 CRC=0

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3. 双端共用实现

协议两端一致（线格式相同，可互通），且服务端实现已统一：MCU 与模拟器编译同一份 Drivers/BSP/UI/ui_net_sink.c（§2 逐字节状态机 + remo_handle 分发）。平台差异被隔离到两处 backend：

关注点	MCU（Keil / CH395F）	模拟器（CMake / Winsock）	说明
帧收发	net_socket.c（CH395F 中断 + 消息队列）	net_socket_sim.c（Winsock 非阻塞）	同一套 net_* BSD API（socket/bind/listen/accept/recv/send/close），仅底层不同；模拟器以 NET_NO_OS 剥离 FreeRTOS 部分
LCDMEM 取帧	ui_net_sink_backend_mcu.c → ui_port_get_framebuffer()	ui_net_sink_backend_sim.c → sim_port_get_screen_mono()	同一 ui_net_sink_get_lcdmem() 接口，各端提供 1bpp 帧缓冲来源
KEY 注入	ui_net_sink_backend_mcu.c → ui_port_queue_key()	ui_net_sink_backend_sim.c → lv_group_send_data()	同一 ui_net_sink_inject_key() 接口，各端注入 UI

要点：

1. 单一解析实现：两端均用 §2 的逐字节状态机（rm_parser_feed），对"帧跨 recv / 粘包 / 前导噪声"统一具备重同步能力，消除旧 MCU"整块解析"的脆弱性。
2. 最小帧长判据统一：remo_handle 以 n < 5 拦截（最短合法帧 5 字节），两端一致——旧 MCU n < 6 会丢 5 字节 KEEPLIVE/INIT 帧的隐患已随统一消除。
3. 断线重连统一：ui_net_sink_poll 在客户端断开后用 net_get_sock(g_listen) == NULL 判监听是否失效（MCU 单连接模型下监听随客户端一起失效），失效即 bind_listen() 重建——两端一致，并修复了 MCU 单连接模型断线后无法重连的隐患。
4. 协议兼容：线格式与命令语义不变，任一端都能与 DTU-RemoteLCD 参考客户端互通；双端行为一致已由 e2e 回归（simulator/tests/check_remo_sink.py，0/25600 位差异）与双端构建（Keil + CMake 均 0 错误 0 警告）验证。
5. 驱动者是宿主，不是协议自己：ui_net_sink_poll() 由宿主周期调用——MCU 端目前 = uiTask 主循环 10 ms，模拟器 = main.c 主循环。协议本身不含节拍、不阻塞。

✅ 门控已落地（2026-10-10）：ui_net_sink_poll() 现在先查后动——net_can_accept() / net_can_read() 纯 RAM 读控制块判"有没有活"，无活直接返回，不再每 10 ms 发一次 net_accept（原 100 msg/s 队列压力，与 FTP 抢深度 8 的队列）。门控判"无数据"时仍 每 32 轮无条件 recv 一次兜底（readable 只由 RECV_OK 中断置位，事件未收到时纯门控 会把数据永久藏住）。模拟器后端恒返回"就绪"，行为逐位不变。

⚠ 残留暴露（已知，刻意不处理）：门控只消除"无谓的往返"，消除不了"往返本身无上界"—— 客户端在连且 netTask 拥塞时，3204 B 的 LCDMEM 应答仍可能让宿主任务等最长 ≈4 s。 "把推流搬出 uiTask（独立任务 + 帧 seqlock）"已完整评估并决定不做：实测刷新最坏周期 （uip ≈61 ms）是 LVGL 帧周期地板、与网络无关，搬任务不会让刷新变快；成本却含 必改 .ioc 的重生成与全套回归，收益只剩极端并发下的观感隔离。若日后它成为实际问题， 正确方向是先治 netTask 排队公平性（见 ../网络/Net层阻塞模型架构设计.md），不是把 UI 搬走。 观测手段：[PROF] 的 uis（往返最坏）与 uisn（此刻仍在推流段内多久）—— uisn 持续非 0 就是这一格真发生的铁证；字段语义与判读见 ../子系统设计/看门狗设计说明.md §11.4。

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4. 关键常量与文件索引

常量 / 文件	值 / 职责
UI_NET_SINK_PORT	7003（ui_net_sink.h，须与客户端默认端口一致）
UI_REMO_TAG_CLIENT / UI_REMO_TAG_DEVICE	0xAA / 0xBB
UI_REMO_CMD_KEEP / INIT / KEY / LCDMEM	0 / 1 / 2 / 3
RM_MAX_RX_PAYLOAD	256（接收数据段上限，防长度字段损坏引发失步）
RM_RX_BUF	64（net_recv 暂存区）
Drivers/BSP/UI/ui_net_sink.c	双端共用服务端（§2 逐字节状态机；MCU/CH395F 与模拟器/Winsock 共同编译）
Drivers/BSP/UI/ui_net_sink.h	共享头：协议常量 + ui_net_sink_start/poll 声明
Drivers/BSP/UI/ui_net_sink_backend.h	平台 backend 接口：ui_net_sink_get_lcdmem() / ui_net_sink_inject_key()
Drivers/BSP/UI/ui_net_sink_backend_mcu.c	MCU 实现：ui_port_get_framebuffer()（LCDMEM）/ ui_port_queue_key()（KEY）
simulator/sim/ui_net_sink_backend_sim.c	模拟器实现：sim_port_get_screen_mono()（LCDMEM）/ lv_group_send_data()（KEY）
simulator/sim/net_socket_sim.c	模拟器网络后端（Winsock 实现 net_* BSD API，NET_NO_OS 剥离 FreeRTOS）
Drivers/BSP/NET/net_socket.c	MCU 网络后端（CH395F 中断 + 消息队列实现 net_*）
DTU-RemoteLCD remo_disp_server.py	参考客户端（Flask + WebSocket，协议编解码）

对外 API（ui_net_sink.h）：ui_net_sink_start(port) / ui_net_sink_poll()（无 stop；监听随网络代次变化 / 客户端断线自动重建）。

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5. 陷阱

1. CRC 只覆盖数据段：不含 TAG/CMD/LEN；LEN=0 时 CRC 恒为 0。收发两端必须一致，否则校验必败。
2. TAG 是方向标识：服务端只接受 0xAA（客户端帧）；收到 0xBB 视为非法（状态机在 TAG 态丢弃）。
3. 大端字节序：LEN 及 payload 内 u16/u32 均大端；MCU（小端核）收发须显式转换（put_u16/put_u32）。
4. 位图 MSB 优先：bit_i = 7 - (x%8)；搞反则画面左右镜像/错位。
5. 连接后不主动发 INIT：避免污染客户端首帧读取（客户端按 LCDMEM 轮询或显式 INIT 获取）。
6. 平台须齐备两个后端：ui_net_sink.c 依赖 net_* BSD Socket API 与 ui_net_sink_backend（ui_net_sink_get_lcdmem / ui_net_sink_inject_key）；接入新平台时二者缺一不可（MCU：net_socket.c + ui_net_sink_backend_mcu.c；模拟器：net_socket_sim.c + ui_net_sink_backend_sim.c）。
7. 单连接：backlog=1，同一时刻仅一个客户端；新连接需旧连接先断开。

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6. 相关文档

主题	文档
网口配置（含远程显示服务自愈）	docs/子系统设计/网络配置说明.md
项目分层架构	docs/架构设计/项目架构总览.md
启动顺序 / 就绪屏障	docs/架构设计/项目启动顺序管理.md
UI 设计架构	docs/UI设计/UI_设计架构.md
LVGL 模拟器部署	docs/UI设计/LVGL模拟器部署与使用说明.md
CH395F 网络测试	docs/测试说明/CH395F_Test_Guide.md