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STM32F4-Base/test/host/console_log/stub/stm32f4_fake.h
T
wandering1 8a0cb464c0 test(日志): 主机单测桩跟到 UART5
生产源 f5161e15 已把控制台端口收口到 CON_UART(=huart5),桩若还停在
huart1 / MX_USART1_UART_Init,主机单测会因符号缺失编不过;更要紧的是
huart1.Instance = 0 那几组用例会失去"串口未初始化"的原意——改成填一个
生产代码根本不碰的句柄,短路照样命中,但测的已经不是真实那条路径。

- stub/usart.h:暴露 huart5 + MX_UART5_Init,并按真实 Inc/usart.h 校正
  "真实那份还声明哪些"的描述(huart1~4、MX_USART1~3_UART_Init、
  MX_UART4_Init)。
- stub/stm32f4_fake.h:USART1_IRQn -> UART5_IRQn,
  __HAL_RCC_USART1_CLK_DISABLE/ENABLE -> __HAL_RCC_UART5_*;假外设块的
  标题与位注释去掉具体实例号(它本来就是通用模型,不是某个实例)。
- console_log_test.c:huart1 -> huart5(19 处)、
  MX_USART1_UART_Init -> MX_UART5_Init,含一条用例的打印文案。

纯桩与测试改动,不碰生产源;153/153 PASSED。
2026-10-29 18:56:55 +08:00

375 lines
20 KiB
C
Raw Blame History

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/*
* 模块名称:主机侧单测桩 - 假 HAL/CMSIS 寄存器面 + 内核入口(console_log 模块专用)
* 模块功能:让 App/log/console_log.c 在 PC 上编起来,并把它依赖的硬件/内核面做成
* **可脚本控制**的模型:
* ① 假串口外设:TXE/TC 可注入「就绪 / 永远不就绪(僵尸通道)/ 前 N 次不就绪」;
* 写进 DR 的字节被收进一条上线字节日志,并按「一次 TC 就绪 = 一块」记块长。
* ② DWT CYCCNT:每次访问推进 con_dwt_step 个周期(= 给时间定价),
* CTRL 的 CYCCNTENA 可脚本成「写不进去」以走 con_tx_counted 支路。
* ③ HAL_GetTick:显式量 + 每次读自动步进。
* ④ 内核入口:临界区计数、当前任务句柄、vTaskDelay(可挂回调 + 跑飞保险)、
* __get_IPSR、osEventFlagsSet、NVIC/RCC 宏。
* ⚠ 仅供 test/host/console_log/ 使用,不参与 MCU 构建(MCU 走真实 stm32f4xx*.h)。
*
* 为什么必须桩(换机复核依据):真实链是 usart.h -> main.h -> stm32f4xx_hal.h ->
* stm32f4xx.h -> core_cm4.h,里面是 ARMCC 内联汇编与 __IO 寄存器绝对地址
* (0xE0001000 一类),宿主 MSVC 既编不动也访问不了。本桩把同样的位语义搬到普通
* 结构体上,字段名 / 位号 / 枚举值一律照真实头抄,生产代码写法一字不改即可编译:
* USART_TypeDef.SR/DR、USART_SR_TXE=bit7、USART_SR_TC=bit6(stm32f4xx_hal_uart.h)
* DWT_Type.CTRL/CYCCNT + DWT_CTRL_CYCCNTENA_Msk=bit0、CoreDebug_Type.DEMCR +
* CoreDebug_DEMCR_TRCENA_Msk=bit24(core_cm4.h)
* HAL_StatusTypeDef{OK=0,ERROR=1,BUSY=2,TIMEOUT=3}(stm32f4xx_hal_def.h)
* HAL_UART_STATE_RESET=0x00、HAL_UART_ERROR_NONE=0x00、UART5_IRQn=7
* UART_HandleTypeDef 只搬本模块访问的 4 个字段(Instance/gState/RxState/ErrorCode),
* 余下(Init/Lock/...)刻意不搬:抄半份 HAL 结构只会更快与真实头漂移。
*
* ★ 两个手法(本桩唯一的技巧点,改之前先读懂):
* a) 「读寄存器位」没法用结构体成员钩(u->SR 是成员访问,宏替换不了成员名),但生产
* 代码的判据写作 (u->SR & USART_SR_TXE),而 **USART_SR_TXE 是本桩的宏** —— 把它
* 定义成函数调用,于是每次读该位都进 con_uart_read_txe():在这里计数、判跑飞、按
* 脚本决定就绪与否。SR 成员恒为全 1,就绪完全由钩子返回值决定(返回掩码=就绪,
* 返回 0=不就绪,(全1 & 0)==0 让生产代码继续等)。TC 同理。
* b) DWT 同理:#define DWT (con_dwt_touch(), &g_con_dwt) —— 每次 DWT-> 访问先走一遍
* touch()(CYCCNT += step、计数判跑飞、按需让 CYCCNTENA 位落不住),再把地址给出去。
* 真实硬件 CYCCNT 每周期 +1,这里「每次访问 +step」是同一个模型、只是步长交给测试。
* 于是 CON_TX_TIMEOUT_CYC = SystemCoreClock/10 这类编译期表达式**不必改生产代码**
* 就能在 1 次自旋内成立(step 取 = 上界值即可)。
* c) DR 的写不做钩子(写就是写进真成员)。「哪个字节真正上线了」由 a) 的就绪事件推定:
* 生产代码每写一个 DR 之前必然刚读到一次就绪的 TXE(两个发送循环都是这个结构),
* 所以「上次就绪之后写进 DR 的那个字节」= 此刻离开发送寄存器上线的字节 ——
* 与真实「TXE 空 -> 装载 -> 移位」时序一致,不是桩自己发明的规则。
* 由此还能照出超时路径的真实后果:TXE 卡死时最后那个字节**没有**被写进 DR,
* 也就不会出现在上线日志里(半个块丢失、丢在哪个字节可查)。
*
* 创建日期:2026-10-24
*/
#ifndef STM32F4_FAKE_H
#define STM32F4_FAKE_H
#include <stddef.h>
#include <stdint.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
/* ===== 与真实头同值的位 / 枚举(来源见文件头) ===== */
#define USART_SR_TXE_Msk (0x0080U) /* SR bit7 发送寄存器空 */
#define USART_SR_TC_Msk (0x0040U) /* SR bit6 发送完成 */
#define DWT_CTRL_CYCCNTENA_Msk (0x00000001U)
#define CoreDebug_DEMCR_TRCENA_Msk (0x01000000U)
#define UART5_IRQn 7
#define HAL_UART_STATE_RESET 0x00U
#define HAL_UART_STATE_READY 0x20U
#define HAL_UART_ERROR_NONE 0x00U
typedef enum {
HAL_OK = 0x00U,
HAL_ERROR = 0x01U,
HAL_BUSY = 0x02U,
HAL_TIMEOUT = 0x03U
} HAL_StatusTypeDef;
/* 主机没有真周期钟。CON_TX_TIMEOUT_CYC = SystemCoreClock/10 与
* CON_APPEND_WAIT_CYC = SystemCoreClock/5 都是编译期表达式,取值原样保留
* 168 MHz(与 MCU 端 SystemCoreClock 一致),时间快慢由 con_dwt_step 决定。 */
extern uint32_t SystemCoreClock;
/* ------------------------------------------------------------------ */
/* ① 假串口外设 */
/* ------------------------------------------------------------------ */
typedef struct {
volatile uint32_t SR;
volatile uint32_t DR;
} USART_TypeDef;
typedef struct {
USART_TypeDef *Instance;
volatile uint32_t gState;
volatile uint32_t RxState;
volatile uint32_t ErrorCode;
} UART_HandleTypeDef;
extern USART_TypeDef g_con_uart; /* 寄存器实体(单 TU,非 static) */
#define CON_UART_TX_MAX 20000U /* 上线字节日志容量 */
#define CON_UART_BLOCK_MAX 64U /* 块长记录容量 */
extern uint32_t con_uart_tx_n; /* 已上线字节数 */
extern uint8_t con_uart_tx[CON_UART_TX_MAX];
extern uint32_t con_uart_block_n; /* 已完成的块数 */
extern uint32_t con_uart_block_len[CON_UART_BLOCK_MAX];
extern uint32_t con_uart_cur_len; /* 当前块已上线字节数 */
extern uint32_t con_uart_txe_reads;
extern uint32_t con_uart_tc_reads;
extern int con_uart_txe_stuck; /* 1 = TXE 永不就绪(僵尸通道) */
extern int con_uart_txe_after; /* 前 N 次 TXE 读**不**就绪,之后就绪 */
extern int con_uart_txe_ready_left; /* >=0 = 只准就绪 N 次,之后卡死 */
extern int con_uart_tc_after; /* 前 N 次 TC 读不就绪,之后就绪 */
extern int con_uart_tc_stuck; /* 1 = TC 永不就绪 */
extern int con_uart_pending; /* 1 = 有个字节已进 DR 待收 */
/* 前置声明:con_uart_tx_put 要看当前临界区深度(定义在本文件下方的④内核入口段,
* 这里必须先声明,否则 C89 隐式声明在 ARMCC/MSVC 上都是错误或告警) */
uint32_t con_crit_depth(void);
uint32_t con_pm_depth(void); /* PRIMASK 版关中断窗口深度(前置声明理由同上) */
/* —— 道G task-23 新增的两个把手(判据说明见 con_uart_tx_put 内注释)—— */
extern uint32_t con_uart_tx_hook_at; /* 第 N 个字节上线后触发一次(0=不触发) */
extern void (*con_uart_tx_hook)(void); /* 触发时跑的函数(测试装填) */
extern uint32_t con_uart_crit_at_tx_max; /* 所有上线字节里见过的最大临界区深度 */
extern uint32_t con_pm_at_tx_max; /* 同上,但量的是 PRIMASK 关中断窗口深度
* (道G task-26 之后裸发路径用它,这里先
* 声明:con_uart_tx_put 在本文件上方) */
void con_uart_reset(void);
/*
* 上线一个字节 = 记进字节日志,并在此处给测试两个观察/介入点(道G task-23):
* ① con_uart_crit_at_tx_max:本字节上线时的临界区深度水位。整行所有权只能靠一次
* 几条指令的 test-and-set 取得,**绝不允许把 7.8 ms 的发送包进关中断区**(那等于
* 把中断延迟与最坏喂狗抖动塞进启动窗口,比交错本身更糟)——本水位恒 0 就是这条
* 硬红线的机器证据(判据见 console_log_test.c 的 M 族 TC-CONLOG-170 至 TC-CONLOG-179)。
* ② con_uart_tx_hook/_at:在"第 N 个字节上线之后"跑一遍测试装填的函数,用来精确
* 模拟**发送任务在两个字节之间被抢占**。行级所有权是"拿不到就当场让路"的非阻塞
* 设计,所以既有 con_delay_hook(vTaskDelay 时才跑)在这条路径上永远不会触发,
* 必须另有塞入点,否则"两个生产者并发时不得出现另一条行的字节"这条判据没法做
* 成必然失败的断言(只能靠静态论证,那不算交付)。
* 钩子一次性:进入即摘钩,防递归;钩子里再发的字节照常记账。
*/
static void con_uart_tx_put(uint8_t b) {
uint32_t depth;
if (con_uart_tx_n + 1U >= CON_UART_TX_MAX) {
printf("[FATAL] fake uart: wire log overflow (>=%u bytes)\n", (unsigned)CON_UART_TX_MAX);
exit(2);
}
con_uart_tx[con_uart_tx_n++] = b;
/* NUL 结尾(tx 是二进制缓冲,但让 CHECK 的 %s 打印能读) */
con_uart_tx[con_uart_tx_n < CON_UART_TX_MAX ? con_uart_tx_n : (CON_UART_TX_MAX - 1U)] = 0U;
con_uart_cur_len++;
depth = con_crit_depth();
if (depth > con_uart_crit_at_tx_max) {
con_uart_crit_at_tx_max = depth;
}
/* 换用 PRIMASK 窗口之后,"发送不许被关中断包住"这条红线由这个水位证明:
* 任一上线字节看到的屏蔽深度必须恒 0。内核临界区水位 + PRIMASK 水位**两个都
* 为 0**,才叫"整行独占没把 @115200 约 7.8 ms 的发送关进中断"。 */
if (con_pm_depth() > con_pm_at_tx_max) {
con_pm_at_tx_max = con_pm_depth();
}
if ((con_uart_tx_hook != 0) && (con_uart_tx_hook_at != 0U)
&& (con_uart_tx_n == con_uart_tx_hook_at)) {
void (*h)(void) = con_uart_tx_hook;
con_uart_tx_hook_at = 0U; /* 一次性:先摘钩再跑,钩子内部的发送不再触发 */
h();
}
}
/* 收走「上次就绪之后写进 DR 的字节」:它此刻才真正上线 */
static void con_uart_take_byte(void) {
if (con_uart_pending == 0) {
return;
}
con_uart_pending = 0;
con_uart_tx_put((uint8_t)(g_con_uart.DR & 0xFFU));
}
static uint32_t con_uart_read_txe(void) {
con_uart_take_byte();
con_uart_txe_reads++;
if (con_uart_txe_reads > 200000U) {
printf("[FATAL] fake USART: TXE read %lu times (runaway)\n",
(unsigned long)con_uart_txe_reads);
exit(2);
}
if ((con_uart_txe_stuck != 0) || (con_uart_txe_after > 0)) {
if (con_uart_txe_after > 0) {
con_uart_txe_after--;
}
return 0U;
}
if (con_uart_txe_ready_left >= 0) {
if (con_uart_txe_ready_left == 0) {
return 0U; /* 配额用尽 -> 从这一字节起通道卡死 */
}
con_uart_txe_ready_left--;
}
con_uart_pending = 1;
return USART_SR_TXE_Msk;
}
static uint32_t con_uart_read_tc(void) {
con_uart_take_byte();
con_uart_tc_reads++;
if (con_uart_tc_reads > 200000U) {
printf("[FATAL] fake USART: TC read %lu times (runaway)\n",
(unsigned long)con_uart_tc_reads);
exit(2);
}
if (con_uart_tc_stuck != 0) {
return 0U;
}
if (con_uart_tc_after > 0) { /* TC 抖动:等几轮才置位 */
con_uart_tc_after--;
return 0U;
}
if (con_uart_block_n >= CON_UART_BLOCK_MAX) {
printf("[FATAL] fake USART: block log overflow (>=%u)\n", CON_UART_BLOCK_MAX);
exit(2);
}
con_uart_block_len[con_uart_block_n++] = con_uart_cur_len;
con_uart_cur_len = 0U;
return USART_SR_TC_Msk;
}
/* ★手法 a):判据里的掩码宏定义成函数调用 -> 每次读该位都进钩子 */
#define USART_SR_TXE (con_uart_read_txe())
#define USART_SR_TC (con_uart_read_tc())
/* ------------------------------------------------------------------ */
/* ② 假 DWT / CoreDebug */
/* ------------------------------------------------------------------ */
typedef struct {
volatile uint32_t CTRL;
volatile uint32_t CYCCNT;
} DWT_Type;
typedef struct {
volatile uint32_t DEMCR;
} CoreDebug_Type;
extern DWT_Type g_con_dwt;
extern CoreDebug_Type g_con_core_debug;
extern uint32_t con_dwt_step; /* 每次 DWT 访问推进的周期数 */
extern int con_dwt_ctrl_sticky; /* 0 = CYCCNTENA 写不进去 */
extern uint32_t con_dwt_reads;
void con_dwt_reset(void);
/* ★手法 b):每次访问先「花时间」,再决定是否让使能位落得住 */
static void con_dwt_touch(void) {
con_dwt_reads++;
if (con_dwt_reads > 200000U) {
printf("[FATAL] fake DWT: accessed %lu times (runaway)\n",
(unsigned long)con_dwt_reads);
exit(2);
}
g_con_dwt.CYCCNT += con_dwt_step;
if (con_dwt_ctrl_sticky == 0) {
g_con_dwt.CTRL &= ~DWT_CTRL_CYCCNTENA_Msk;
}
}
#define DWT (con_dwt_touch(), &g_con_dwt)
#define CoreDebug (&g_con_core_debug)
/* ------------------------------------------------------------------ */
/* ③ HAL 时基(真实原型 uint32_t HAL_GetTick(void),stm32f4xx_hal.c) */
/* ------------------------------------------------------------------ */
extern uint32_t con_tick_now;
extern uint32_t con_tick_step; /* 每次读之后自动推进的 ms(0 = 不动) */
extern uint32_t con_tick_reads;
uint32_t HAL_GetTick(void);
/* ------------------------------------------------------------------ */
/* ④ 内核入口 */
/* ------------------------------------------------------------------ */
typedef void *TaskHandle_t;
typedef uint32_t TickType_t;
typedef long BaseType_t;
typedef unsigned long UBaseType_t;
extern TaskHandle_t con_task_self; /* xTaskGetCurrentTaskHandle 的返回值 */
TaskHandle_t xTaskGetCurrentTaskHandle(void);
extern uint32_t con_delay_calls; /* vTaskDelay 次数 = 真的等过 */
extern void (*con_delay_hook)(void); /* 每次 delay 跑一遍(可模拟别的任务排空) */
void vTaskDelay(TickType_t ticks);
extern uint32_t con_crit_enter;
extern uint32_t con_crit_exit;
void con_crit_push(void);
void con_crit_pop(void);
uint32_t con_crit_depth(void);
/* 进区回调:环空位竞态那条正向用例靠它把"第二个生产者"精确塞进第一个生产者的临界区里
* (旧写法里判据在区外,塞进去的写入不会被复核到;新写法复核在区内,必然看到)。
* 只在 con_crit_push 记完深度之后调用,不改任何深度值。 */
extern void (*con_crit_hook)(void);
#define taskENTER_CRITICAL() con_crit_push()
#define taskEXIT_CRITICAL() con_crit_pop()
/* —— PRIMASK 版关中断窗口(生产侧 CON_CRIT_ENTER/EXIT 展开后落到这三个原语)——
* "关没关中断"不许靠人嘴说、也不许靠我保证,这三个把手让用例能机器断言:
* ① 取环写环 / 清属主确实发生在关中断窗口内(环探针 + 深度水位);
* ② 整条裸发路径 0 次内核临界区调用(con_crit_enter == 0)——这条同时是
* "taskEXIT_CRITICAL ⇒ vPortExitCritical ⇒ configASSERT ⇒ 断言钩子 ⇒ 回本模块"
* 那条环**不成立**的证据(那条环在静态调用图上会被算进每一条含临界区的任务链,
* 实测三条链各 +80 B,见 console_log.c 的 CON_CRIT_ENTER 注释);
* ③ 每个上线字节看到的屏蔽深度恒 0(发送绝不关中断)。
* 深度按"成对 push/pop"建模:生产侧保存的是**局部** PRIMASK 副本并成对写回,
* 所以嵌套时深度自然回升,注入钩子看到的也是"已在区内"。 */
extern uint32_t con_pm_enter; /* __disable_irq 次数 */
extern uint32_t con_pm_exit; /* __set_PRIMASK 次数 */
extern uint32_t con_pm_max_depth; /* 曾达到的最大嵌套深度 */
extern uint32_t con_pm_at_tx_max; /* 任一上线字节所见屏蔽深度水位(必须恒 0) */
extern void (*con_pm_hook)(void); /* 进窗回调:把"第二个生产者"塞进关中断窗口里 */
void con_pm_push(void);
void con_pm_pop(void);
#define __get_PRIMASK() ((uint32_t)(con_pm_depth() != 0U ? 1U : 0U))
#define __disable_irq() con_pm_push()
#define __set_PRIMASK(v) con_pm_pop()
/* 环形缓冲实体改由测试持有:生产代码里的 s_con_ring 被宏名成 (*con_ring_cell()),
* 于是**每一次对环的取址访问都进这个钩子** —— 这是本轮唯一能把"整行拷贝发生在
* 临界区内、而读环发送发生在临界区外"这件事直接断言出来的办法(生产侧的空位判据
* 与拷贝之间没有任何函数调用可插桩,靠调用深度而不是靠时序观察来钉结构性事实)。
* 钩子只记事实不改行为:返回的就是那块 4096B 存储。 */
/* 注意:**不要**在这里定义 DBG_CON_RING_SIZE(那是生产 console_log.c 的宏,
* 重复定义会撞 C4005);环形存储用字面量 4096U,与生产的数组维度一致即兼容。 */
extern uint8_t con_ring_store[4096U];
extern int con_ring_probe_on; /* 只在被测那一次调用期间开启 */
extern uint32_t con_ring_probe_hits; /* 探针开启期间被索引取址的次数(证明真碰了环) */
extern uint32_t con_ring_zero_depth_hits;/* 其中发生在临界区之外(深度 0)的次数 */
/* 写者读环发本来就在临界区外(正确行为),探针不该把它算成违规:由测试在进入
* drain 的前后翻转这个标志(等价于把生产侧的 s_con_draining 递进来) */
extern int con_ring_draining;
/* 用老式无原型定义,与生产那行 static 声明展开后的形态一致(避免 C4255/C4273) */
static uint8_t (*con_ring_cell())[4096U] {
if (con_ring_probe_on != 0) {
con_ring_probe_hits++;
/* 两种关中断窗口都算"在区内":内核临界区(BASEPRI;写者 drain 推 tail 那一处
* 仍是它)与本模块自己的 PRIMASK 窗口(入环拷贝 / 取还所有权)。换原语之后
* 判据含义不变:**生产者绕过任何关中断窗口碰环**才算竞态回来了。 */
if ((con_crit_depth() == 0U) && (con_pm_depth() == 0U) && (con_ring_draining == 0)) {
con_ring_zero_depth_hits++; /* 生产者绕过临界区碰环 = 竞态回来了 */
}
}
return &con_ring_store;
}
#define s_con_ring (*con_ring_cell())
/* 真实 __get_IPSR 是 core_cmFunc.h 的静态内联;这里做成宏读一个可控量 */
extern uint32_t con_ipsr; /* 0 = 线程模式;!=0 = 中断/异常上下文 */
#define __get_IPSR() (con_ipsr)
/* 事件组:原型与真实 cmsis_os2.h 逐字一致 */
typedef void *osEventFlagsId_t;
typedef uint32_t osStatus_t;
#define osFlagsWaitAny 0x00000000u
#define osFlagsNoClear 0x00000001u
extern uint32_t con_evt_sets;
extern uint32_t con_evt_flags;
osStatus_t osEventFlagsSet(osEventFlagsId_t ef_id, uint32_t flags);
/* NVIC / RCC:真实版是寄存器写。自愈路径的判据 = 重初始化做了几回、次序对不对 */
extern uint32_t con_nvic_clears;
extern uint32_t con_rcc_disables;
extern uint32_t con_rcc_enables;
#define __NVIC_ClearPendingIRQ(irqn) do { (void)(irqn); con_nvic_clears++; } while (0)
#define __HAL_RCC_UART5_CLK_DISABLE() do { con_rcc_disables++; } while (0)
#define __HAL_RCC_UART5_CLK_ENABLE() do { con_rcc_enables++; } while (0)
#endif /* STM32F4_FAKE_H */