wandering1/STM32F4-Base
1
0
Fork 0
Code Issues 30 Pull Requests Actions Packages Projects 2 Releases Wiki Activity
Files
ffd462ef3cd9a1b35752e48a49f253846431174a
STM32F4-Base/App/algo/README.md
T
wandering1 3528644e9d feat(采集标定): 卡2 adc_cal 折算模块 + 卡4 系数落盘 + L5-2 码值贴轨检出 
卡 2（App/algo/adc_cal.*，新增；adc_task.c:335 折算点收口）：
- 模型：工程量 =(code+b)×k（「数据可信」§4.1）；k 以 int32 Q16(µV/码×65536)
  落盘、b 以 int32 码值落盘；ROM 默认 = 卡 1 定死的引脚侧 LSB，Q16 下整除无
  舍入（TPAFE 10,000,000=152.587890625 µV/码；STM32 52,800,000=805.6640625）
- adc_task 每拍 frame[s] 改 adc_cal_apply()（现单位 = ADC 引脚电压 V，eng=0，
  二次值语义等 VALID）；TEMP 透传码值（决策 5）；不缓存 k_f 副本——逐点由
  RAM 现值派生（无回调设计下杜绝陈旧系数；18k flops/s 可忽略）
- 三态 flags（§4.2）：VALID = 文件位图 ∧ k 在合法带；CLIPPED 按来源运行期
  派生（V0.2/N-18 后自动恒 0）；消费者判可用性只查 adc_cal_flags()
- 合法带哨兵：k∉ROM×[0.5,2.0] 或 |b|>8192 → 折算回退 ROM + 每通道每开机
  一条 [ERR] + VALID 压制（位图说谎也兜住）——同时挡坏文件与坏标定
- 两点标定公式 adc_cal_two_point() 算术核齐备（int64、±舍入界、斜率/零点
  守卫 -1/-2 分档）；台架两点标定（卡 12）按用户指示未跑，留台架注入口径：
  心跳新增 cal: 行（ua/un/ia_mv 定点 + vl/cl/rail 位图，未标定 vl 应恒 0x00、
  cl 应恒 0xE6，注入饱和电平 rail 位应起）

卡 4（[adc_cal] k_ua..k_in+valid / [adc_cal_ofs] b_ua..b_in，§4.4 布局）：
- 两段注册进 cfg 引擎（data_size 33/32，不挂回调——RAM 副本即生效值）；
  adc_cal_init() 落 app_main_init 内核前（注册必须先于 defaultTask 的
  cfg_file_load；跨任务读走 4 字节对齐字，µs 级混窗为「数据可信」§4.4 明载
  设计）；文件缺失/损坏 = 引擎回退工厂默认 = ROM 表本体（默认即理论系数）
- adc_cal_set()：整定写入口（属主上下文），越带拒绝 RAM 不动
- 单测走真实 cfg_file 引擎集成：文件值生效 / 越界 k 哨兵兜住且不报 VALID /
  超长损坏文件回退默认且 flags 无 VALID（卡 4 DoD 原句）/ 段缺失默认

L5-2（adc_health v1.2，越界门限按 FS 百分比、码值域与标定正交）：
- adc_health_rail_watch()：连续 20 拍（=一周波）贴同侧轨带（TPAFE±98%半量程、
  STM32 顶 98%/底 2%，门限由 adc_cal_rail_ths 供）且此前见过中带释放沿才
  锁存——空载恒 0 / 开机恒 0 合法工况不误报（短板评测 §6.2 判据①）；
  adc_task 编排：边沿 DBG_ERROR + SYSLOG 每开机一次 + 心跳 rail/edge 位图
- 健康用例 60/60（+13）：释放沿/清零/交替/双侧/init 复位/越界通道守卫

测试与注册：新套件 test/host/adc_cal（89/89，8 通道×≥3 码点期望值由 LSB
常数独立推导、Q16 无舍入、set 边界含端点、两点还原合成 k/b 往返）；
编号形态返工一轮：TC-ADCCAL-00A~00D 改 014~017、注释 FS-1 字样改写、
id_registry 族 pattern 转义修正、族游标登至 017；coding-standard 返工：
公开实现函数补齐函数头注释块（CODE-RULE-09）
uvprojx 仅增 adc_cal.c 一条挂载（diff 已核零抖动）；SIM_EXEMPT/id_registry
(TC-HOST-ADCCAL 族)/adc-cal-unit-test 钩子行按 new-source-file 与 B 层口径
补齐；覆盖率 34/34 套件 89.6%，adc_cal.c 99.2%（baseline --update 属共享
台账文件，留 lead done 后统一回填）

gate：@build 0 错 0 警（Code=215440 RO=19780 RW=1220 ZI=131980）；
RAM 增量 +144 B（RW+16/ZI+128：贴轨 9×6B + 两段 RAM 副本，IRAM1 57.7%→
约 57.8%）；Flash +1336B/+920B RO。adcTask 栈 worst=1344B margin 1216B
(47%) PASS（stack_report 实测）。staged 门禁除 mem-numbers/mem-budget 外
全绿（该两条 = 台账漂移，回填 --write 落 docs/内存管理/** 单写者区，按
Lead 既定例外归 lead done 后处理）：
gate: only mem-budget/mem-numbers pending lead ledger backfill
BOM/CR/U+FFFD/字面量 ASCII 已逐文件自查（本次未触碰任何带 BOM 文件）
2026-10-25 04:21:12 +08:00

156 lines
13 KiB
Markdown
Raw Blame History

This file contains ambiguous Unicode characters
This file contains Unicode characters that might be confused with other characters. If you think that this is intentional, you can safely ignore this warning. Use the Escape button to reveal them.
# App/algo/ — 采集与算法层（L1 / L2 / L3）
> 本目录的**索引**：文件清单、依赖、逐文件的"改代码必须知道"、构建与测试入口、新增模块动作。
> **详细设计——机制、契约、判据、为什么这样设计 → `docs/算法/采集与算法层设计说明.md`**（本文不复制其内容）。
> 分层归属与功能项状态 → `docs/算法/继电保护功能复现规划.md` §2.1；
> 通道映射唯一权威 → `docs/硬件平台/ADC通道映射说明.md`；采样节拍 → `docs/子系统设计/ADC采样节拍设计说明.md`。
## 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` / `.c` | L1 | 统一语义取数：两片转换器的码值按语义（`UA…IN` / 温度）暴露，并消费 STM32 ADC1 的 DMA 乒乓缓冲 | `adc_input_init()` `adc_input_poll()` `adc_input_raw()` | L1-2 / L1-3 / L1-4 |
| `adc_health.h` / `.c` | L1 | 采样有效性判定：吃计数快照，产出静默 / 丢帧 / 单调性 / 错误增量故障位（判定与告警编排分离）；L5-2 残余的码值贴轨观察器同层 | `adc_health_check()` `adc_health_flags()` `adc_health_rail_watch()` | L1-6 / L5-2（残余） |
| `adc_cal.h` / `.c` | L1.5 | 通道标定折算（「数据可信」卡 2/卡 4）：工程量 =(code+b)×k，Q16 系数/零点两段落盘 + 三态 flags + 合法带哨兵 + 两点公式 | `adc_cal_apply()` `adc_cal_flags()` `adc_cal_set()` | L1-5（M4 半边） |
| `sample_ring.h` / `.c` | L2 输入 | 按语义通道存最近 2 周波（40 点），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 供数） |
| `phasor.h` / `.c` | L2 | 全周傅氏：一周波 20 点 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 |
| `freq.h` / `.c` | L2 派生量 | 频率测量：相邻两拍基波相量共轭乘积取角 + 自适应窗滑动平均 + 假值钳制 + 幅值门（UA→IA 源回退） | `freq_run()` `freq_get()` `freq_valid()` | L3-5 测量侧（测频范围 → `docs/算法/继电保护功能复现规划.md` §4.2） |
| `prot_set.h` / `.c` | L3 输入 | 保护定值模型：Q10 定点 RAM 表 + 范围校验 + 校验和封存 / 自检 / 闭锁 + 持久化 blob 纯逻辑 | `prot_set_load_raw()` `prot_set_get_f()` `prot_set_selfcheck()` | L5-1 载体 |
| `prot_elm.h` / `.c` | L3 | 保护元件框架：通用"越限 + 返回系数滞回 + 定时限"核 + 数据驱动实例表（过流三段 / 过负荷 / 过压 / 欠压 / 零序过压 / 过频 / 低频） | `prot_elm_run()` `prot_elm_eval()` `prot_elm_active_mask()` | L3-1 / L3-3 / L3-4 / L3-5 / L3-6（软件侧） |
依赖（自下而上、无环）：`adc_input.h`（纯枚举 + 声明）← `adc_cal`（另依赖 `cfg_file.h` 接口，
纯头文件级）← `sample_ring` ← `phasor` ← `freq`；
`prot_set` **独立**；`prot_elm` ← `prot_set` + `phasor` + `freq`。
`adc_health` 只吃调用方喂进来的计数 / 码值，不反向依赖 L1 实现（L5-2 贴轨门限由调用方
从 `adc_cal_rail_ths()` 取，本层仍零算法依赖）。
**除 `adc_input.c` 外全部零平台依赖**（只用 `stdint.h` / `math.h` / `stddef.h` 与本目录头）
→ 可被主机单测 `#include` 原样纳入、免桩跑。`adc_input.c` 另依赖 `adc.h`（`hadc1`）与
`tpafe5160.h`（快照），主机侧以桩头替身。
## 2. 一拍的数据流（一眼版）
`adc_input_poll()` → `adc_input_raw()` ×9 → `adc_cal_apply()` ×9（L1.5 折算，现口径 =
ADC 引脚电压 V）+ `adc_health_rail_watch()` ×9（L5-2，码值域）→ `sample_ring_push_frame()`
→ `phasor_run()` → `freq_run()` → 消费者（`adcTask` 心跳与 L1 健康判定；`protectTask` 每 20 ms 取相量 / 频率跑
`prot_elm_run()`）。节拍 = TIM3 1 kHz 更新事件，两片转换器同源触发。
完整数据流图与初始化落点 → `docs/算法/采集与算法层设计说明.md` §2。
## 3. 逐文件要点（只留"改代码时必须知道"的；机制与理由见设计文档）
> **改本目录前先记五条红线**：① 取数只经 `adc_input_raw()`，不写死下标；② **禁止跨转换器**做
> 相位 / 功率 / 矢量运算（N-18）；③ 帧值已是 L1.5 工程量，但 **未标定（`adc_cal_flags()` 无
> VALID）时单位只是 ADC 引脚电压**，不是端子二次值——下游消费精度判据见「数据可信」§4.2 三态
> 表；④ 工程量 → 帧的唯一折算点是 `adc_cal_apply()`，禁止旁路再乘系数；⑤ 本层不建任务、
> 不等事件、不写日志（`adc_cal` 的 `[ERR]` 哨兵留痕是唯一例外，且每通道每开机一次），
> `*_init()` 才可在内核前调。
> 全文 → `docs/算法/采集与算法层设计说明.md` §10。
### 3.1 `adc_input.c` / `adc_input.h` — L1 语义取数
- 语义映射表 `k_adc_map[]` 的**内容**唯一权威是 `docs/硬件平台/ADC通道映射说明.md`；V0.2 改版只改表内容，API 不动。
- `adc_input_poll()` **仅任务上下文**（TPAFE 快照是临界区）；STM32 侧固定滞后 1 拍。
- 四类 STM32 计数（`adc1_seq` / `adc1_gap` / `adc1_err` / `adc1_hw`）成因不同，**勿混读**。
- 本目录**唯一**允许出现 HAL 调用的文件。→ `docs/算法/采集与算法层设计说明.md` §3。
### 3.2 `sample_ring.c` / `.h` — L2 输入采样环
- 整帧写入后才推进写指针 → 取到的窗永远落在整帧边界。
- 本拍取数失败 → **整拍跳过入环**（`adc_task.c` 的 `skip`），**绝不补 0 点**。
- 不做跨通道运算、不做丢帧判定（只出 `frames()` 计数）。→ `docs/算法/采集与算法层设计说明.md` §5。
### 3.3 `phasor.c` / `.h` — L2 相量计算
- 系数表预乘 √2/N → `fAmSQ` **直接是有效值**（口径 `docs/算法/傅氏算法详解.md` §2.3）。
- 实例表 `k_inst[]` 数据驱动：**新增实例只在表尾加一行**。
- 任一实例不足一周波 → **本拍整体不产出**（不切使用区）；每拍 20 点**全部重算**（不做增量递推）。
- → `docs/算法/采集与算法层设计说明.md` §6。
### 3.4 `adc_health.c` / `.h` — L1 有效性判定
- 三类位**严格分开**：电平（可自愈）/ 锁存（必留痕）/ 边沿事件（仅当拍）；**静默 ≠ 丢帧**。
- **gap 不告警**（消费者超拍是已知现象）；告警编排在 `adc_task.c`，不在本层。
- 首拍 `check()` 只建基线。→ `docs/算法/采集与算法层设计说明.md` §4。
### 3.5 `prot_set.c` / `.h` — 保护定值模型（L5-1 载体）
- 装载 **all-or-nothing**：任一项越界整表不装载，越界项由 `prot_set_bad_mask()` 指认。
- 批量 `prot_set_set()` 后**必须** `prot_set_seal()`；单项原子写用 `prot_set_set_sealed()`。
- 定值项 / 实例**只许尾部追加**（枚举序 = 数组序 = 校验和覆盖序）。
- blob **换代（返回 2）≠ 损坏（返回负）**：前者打 INFO、不记自检。→ `docs/算法/采集与算法层设计说明.md` §8、§12.3。
### 3.6 `prot_elm.c` / `.h` — L3 保护元件框架
- 数据缺失两种处理**刻意不同**：相量类任一未就绪 → 整拍跳过；频率类无有效读数 → 按方向填"必不启动"值，**不整拍跳过**。
- `prot_set_locked()` 或投退 = 0 → 元件整体复位不判据；跨上下文复归走 `prot_elm_request_reset()`。
- 零序过流（IN 走 STM32）**故意不在实例表**；OF / UF 无独立 104 遥信点，只经 YX15 总聚合可见。
- `prot_elm_init()` 须在 `phasor_init()` 之后。→ `docs/算法/采集与算法层设计说明.md` §9。
### 3.7 `freq.c` / `.h` — 频率测量（L3-5 的测量输入）
- `freq_run()` **仅 adcTask 上下文**，须在 `phasor_run()` 之后同拍调；保护口径 =
`freq_get() == 0 && freq_valid() == 1`。
- 精度靠**自适应窗长**（窗长 = 泄漏纹波周期的整数倍）；定长平均压不到 0.02 Hz，
换窗长 = 换精度，二者不是独立旋钮。
- 源切换即废相位基准重建（UA / IA 无共同相位基准，N-18）。
- 判据 **J1~J6** 与实测口径 → `docs/算法/采集与算法层设计说明.md` §7.2（与 `test/host/freq/freq_test.c` 文件头同源）。
### 3.8 `adc_cal.c` / `.h` — L1.5 通道标定折算（「数据可信」卡 2 / 卡 4）
- 折算模型：工程量 = (code + b) × k；**k 落盘用 int32 Q16（µV/码 × 65536）**、b 用
int32 码值（负零点靠 `CFG_VAL_INT`）——单位与定点格式的选型依据见
`docs/任务规划/数据可信.md` §4.1，勿改回 V/码 直存（Q16 只剩 20 个刻度）。
- **ROM 默认 = 卡 1 定死的引脚侧 LSB**（TPAFE 152.59 / STM32 805.66 µV/码，
`docs/硬件平台/ADC通道映射说明.md` §7.1）；表下标 = 语义枚举（UA0…IN7），
V0.2 改版与本目录 `adc_input` 映射表同步改。
- 三态可用性 `adc_cal_flags()`：VALID（已按变比标定，二次值成立——卡 0b/12 前恒 0）
/ CLIPPED（运行期按来源派生，V0.2 后自动清零）。**消费者判「能不能信」只许查它**，
`adc_cal_apply()` 不返回可用性（「数据可信」§8 风险表）。
- 合法带哨兵：k ∉ ROM×[0.5,2.0] 或 |b| > 8192 → 折算回退 ROM + 每通道每开机一条
`[ERR]` + VALID 被压制（**即便文件位图说已标定**）；这层兜底同时挡坏文件与坏标定。
- `adc_cal_set()` / `adc_cal_two_point()`：整定与两点公式的算术核已齐备（单测还原合成
k/b）；**台架两点标定（卡 12）待实测**，本层不含注入。
- cfg 两段 `[adc_cal]` / `[adc_cal_ofs]` **不挂回调**（RAM 副本即生效值，引擎 load/poll
原地改写，逐点现读）；注册在 `app_main_init()` 内核前完成，必须先于 `cfg_file_load`。
## 4. 构建与测试
### 4.1 挂载与模拟器边界
- 八个 `.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）：八个文件全部登记在
`scripts/check_registration.py` 的 `SIM_EXEMPT`（附理由），`registration-check` 钩子反向校验（N-23）。
### 4.2 主机侧单测（L0.5）——生产源文件以 `#include` 原样纳入
| 模块 | 命令 | pre-commit 钩子 |
|---|---|---|
| 相量 / 采样环 | `& '.venv\Scripts\python.exe' test/host/phasor/run_unit_test.py` | `phasor-unit-test` |
| ADC 输入层 | `& '.venv\Scripts\python.exe' test/host/adc_input/run_unit_test.py` | `adc-input-unit-test` |
| 有效性校验 | `& '.venv\Scripts\python.exe' test/host/adc_health/run_unit_test.py` | `adc-health-unit-test` |
| 定值模型 | `& '.venv\Scripts\python.exe' test/host/prot_set/run_unit_test.py` | `prot-set-unit-test` |
| 元件框架 | `& '.venv\Scripts\python.exe' test/host/prot_elm/run_unit_test.py` | `prot-elm-unit-test` |
| 频率测量 | `& '.venv\Scripts\python.exe' test/host/freq/run_unit_test.py` | `freq-unit-test` |
| 通道标定（含真实 cfg_file 引擎集成） | `& '.venv\Scripts\python.exe' test/host/adc_cal/run_unit_test.py` | `adc-cal-unit-test` |
改本目录任一 `.c/.h`，提交时对应钩子自动跑。**用例清单与判据数字的属主**是各
`test/host/<模块>/` 与 `docs/测试说明/` 下的单测说明，本文不复制（三处抄数字必然打架）。
### 4.3 板端
`@build` 0 错误 0 警告 → `@test` 看 `[ADC_TASK]` 首拍 / 心跳（`phasor(...)`、`freq(...)`、
`cal: ua_mv=… vl=0x00 cl=0xE6 rail=…`、`ring` / `skip` / `adc1_*` / `tgap`）；
健康判据 = **零 `[ERR]`**（健康告警与标定哨兵全以 `[ERR]` 开头，误报会被闭环直接抓住；
`vl` 在未标定默认构建必须为 0x00，卡 5 闭锁落地后 `cal:` 行就是台架期望的直接证据）。
→ `docs/算法/采集与算法层设计说明.md` §12。
## 5. 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`（新建子目录还要补 `<IncludePath>`）。
模拟器侧二选一：有消费路径 → 加 `simulator/CMakeLists.txt`；纯算法无消费路径 → 加
`scripts/check_registration.py` 的 `SIM_EXEMPT`（照本目录既有七条写理由），否则 `registration-check` 拦。
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"；跨转换器禁令见 §3 开头四条红线。
5. 在本 README §1 清单加一行，并在 `docs/算法/采集与算法层设计说明.md` 里写清该模块的契约与理由。
## 6. 相关文档
- **本层设计与判据**：`docs/算法/采集与算法层设计说明.md`
- 通道映射权威口径：`docs/硬件平台/ADC通道映射说明.md`
- 分层与功能项清单：`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（TIM3 1 kHz + TRGO 触发 ADC1 / DMA）：`docs/子系统设计/ADC采样节拍设计说明.md`
- 相量层 / ADC 输入层单测细则：`docs/测试说明/相量层单元测试说明.md`、`docs/测试说明/ADC输入层单元测试说明.md`
- RAM 与栈台账：`docs/内存管理/RAM使用分析与优化方案.md`
Reference in New Issue View Git Blame Copy Permalink