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16 KiB
C++
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C++
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/**
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* @file ethercat_can_bridge.cpp
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* @brief EtherCAT PDO ↔ CAN 转发桥实现（1.5.56）。
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*/
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#include "comm/ethercat_can_bridge.h"
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#include "device/canfd.h"
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#include "device/motor_state.h"
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#include "RTE_Components.h"
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#include CMSIS_device_header /* __DMB()：seqlock 的编译器/总线屏障 */
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#include <cstring>
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volatile uint8_t EthercatCanBridge::s_lastSeq = 0U;
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volatile bool EthercatCanBridge::s_seqPrimed = false;
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volatile uint8_t EthercatCanBridge::s_lastTxResult = 0U;
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volatile uint16_t EthercatCanBridge::s_txCount = 0U;
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volatile uint16_t EthercatCanBridge::s_dropCount = 0U;
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volatile uint8_t EthercatCanBridge::s_winBase = 0U;
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volatile bool EthercatCanBridge::s_rxValid = false;
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volatile uint32_t EthercatCanBridge::s_xrxSeq = 0U;
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volatile uint8_t EthercatCanBridge::s_rxCh = 0U;
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volatile uint8_t EthercatCanBridge::s_rxDlc = 0U;
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volatile bool EthercatCanBridge::s_rxTruncated = false;
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volatile uint32_t EthercatCanBridge::s_rxId = 0U;
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volatile uint32_t EthercatCanBridge::s_rxCount = 0U;
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uint8_t EthercatCanBridge::s_rxData[kEcatCanXRxDataMax] = {0};
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EthercatCanBridge::RxRingItem
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EthercatCanBridge::s_rxRing[kEcatRxRingSlots] = {};
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volatile uint8_t EthercatCanBridge::s_rxRingHead = 0U;
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volatile uint8_t EthercatCanBridge::s_rxRingTail = 0U;
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volatile uint8_t EthercatCanBridge::s_rxRingLost = 0U;
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namespace {
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/** 小端读写：PDO 字节序按 EtherCAT 惯例固定小端，不依赖编译器结构体布局。 */
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inline uint32_t rd32le(const uint8_t *p)
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{
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return (uint32_t)p[0] | ((uint32_t)p[1] << 8) |
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((uint32_t)p[2] << 16) | ((uint32_t)p[3] << 24);
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}
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inline void wr32le(uint8_t *p, uint32_t v)
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{
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p[0] = (uint8_t)(v); p[1] = (uint8_t)(v >> 8);
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|
p[2] = (uint8_t)(v >> 16); p[3] = (uint8_t)(v >> 24);
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}
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inline void wr16le(uint8_t *p, uint16_t v)
|
|||
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|
{
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|
|
p[0] = (uint8_t)(v); p[1] = (uint8_t)(v >> 8);
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|
}
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} // namespace
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uint8_t EthercatCanBridge::sendBatch(const uint8_t *out)
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{
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uint8_t want = out[ECAT_TXB_OFF_COUNT];
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if (want == 0U) {
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return 0U; /* 未使用批量区：行为与 1.5.55 完全一致 */
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|
}
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if (want > kEcatTxBatchMax) {
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want = kEcatTxBatchMax;
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|
}
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const bool stopOnError = (out[ECAT_TXB_OFF_FLAGS] & 0x01U) != 0U;
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uint8_t sent = 0U;
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uint16_t off = ECAT_TXB_OFF_ITEMS;
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for (uint8_t i = 0U; i < want; ++i) {
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/* 不信任主站给的 count/dlc：每步都验证头与数据都完整落在 PDO 内。
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* 越界即停 —— 这是唯一的边界判据，count 只是上限提示。 */
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if ((uint16_t)(off + ECAT_FRM_HDR_SIZE) > kEcatPdoOutBytes) {
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break;
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}
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const uint8_t *f = &out[off];
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uint8_t dlc = f[ECAT_FRM_OFF_DLC];
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if (dlc > kEcatCanFdDataMax) {
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dlc = kEcatCanFdDataMax;
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}
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|
if ((uint16_t)(off + ECAT_FRM_HDR_SIZE + dlc) > kEcatPdoOutBytes) {
|
|||
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|
break;
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|
}
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const uint8_t ch = f[ECAT_FRM_OFF_CH];
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CanFd::CanTxResult r;
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|
if (!CanFd::isChannelEnabled(ch)) {
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|
r = CanFd::CanTxResult::kErrInvalid;
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} else {
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/* 与单帧路径同样用 enqueueTx：批量下发必然连续打同一通道，
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|
* transmitFrame 的 allow_abort 会让后帧顶掉前帧（历史上 7 帧
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|
|
* 只发出 3 帧的根因），队列语义才不静默丢帧。 */
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|||
|
|
r = CanFd::enqueueTx(ch, rd32le(&f[ECAT_FRM_OFF_ID]),
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|
|
&f[ECAT_FRM_HDR_SIZE], dlc);
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|||
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|
}
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if (r == CanFd::CanTxResult::kOk) {
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++s_txCount;
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++sent;
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} else {
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s_lastTxResult = (uint8_t)r;
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if (stopOnError) {
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|
break;
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|
}
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|||
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|
}
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|
off = (uint16_t)(off + ECAT_FRM_HDR_SIZE + dlc);
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|||
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|
}
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|
return sent;
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|
|
}
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void EthercatCanBridge::fillRxBatch(uint8_t *in)
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{
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uint8_t count = 0U;
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uint16_t off = ECAT_RXB_OFF_ITEMS;
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uint8_t tail = s_rxRingTail;
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const uint8_t head = s_rxRingHead; /* 快照一次：生产者可能边填边推进 */
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while (tail != head && count < kEcatRxBatchMax) {
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const RxRingItem &it = s_rxRing[tail];
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uint8_t dlc = it.dlc;
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if (dlc > kEcatCanFdDataMax) {
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dlc = kEcatCanFdDataMax;
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|
}
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|
|
/* 装不下就停，**且不推进 tail** —— 该帧留到下个周期，不丢。 */
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|
if ((uint16_t)(off + ECAT_FRM_HDR_SIZE + dlc) > kEcatPdoInBytes) {
|
|||
|
|
break;
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|
}
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uint8_t *p = &in[off];
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p[ECAT_FRM_OFF_CH] = it.ch;
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p[ECAT_FRM_OFF_DLC] = dlc;
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|
p[ECAT_FRM_OFF_FLAGS] = 0x01U;
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|
wr32le(&p[ECAT_FRM_OFF_ID], it.id);
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|
|
memcpy(&p[ECAT_FRM_HDR_SIZE], it.data, dlc);
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|||
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|
off = (uint16_t)(off + ECAT_FRM_HDR_SIZE + dlc);
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|||
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|
tail = (uint8_t)((tail + 1U) % kEcatRxRingSlots);
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|||
|
|
++count;
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|
}
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|
__DMB(); /* 槽位读取先于 tail 发布落地：否则生产者可能提前覆写还没读完的槽 */
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s_rxRingTail = tail; /* 只在这里推进：消费者独占写 tail */
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|
const uint8_t pending = (uint8_t)((head + kEcatRxRingSlots - tail) % kEcatRxRingSlots);
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|
in[ECAT_RXB_OFF_COUNT] = count;
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|
|
in[ECAT_RXB_OFF_LOST] = s_rxRingLost;
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|||
|
|
in[ECAT_RXB_OFF_PENDING] = pending;
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|
|
s_rxRingLost = 0U; /* 回填后清零：lost 是"自上次回填以来"的增量 */
|
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|
}
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|
void EthercatCanBridge::processOutput(const uint8_t *out)
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{
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if (out == nullptr) {
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|
return;
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|
}
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const uint8_t seq = out[ECAT_CAN_TX_OFF_SEQ];
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|
/* 电机状态窗口下标每周期都取（与 seq 沿无关）：主站靠移动这个值滚动扫表，
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|
* 不该被「有没有新 CAN 帧要发」耦合。越界值钳到 0，避免读到槽数组外。 */
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|||
|
|
const uint8_t win = out[ECAT_CAN_TX_OFF_WIN];
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|
|
s_winBase = (win < kMotorSlotCount) ? win : 0U;
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|
/* 上电/重连后第一次看到输出数据时只记录基准，不发送：否则主站残留的
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|
|
* 非零 seq 会被当成一次新请求，在进 OP 的瞬间凭空发出一帧。 */
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|||
|
|
if (!s_seqPrimed) {
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|
s_seqPrimed = true;
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|
s_lastSeq = seq;
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|
|
return;
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|
}
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|
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|
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|
|
/* flags bit0：清零统计（一次性，不依赖 seq 沿，便于主站随时归零） */
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|
|
if ((out[ECAT_CAN_TX_OFF_FLAGS] & 0x01U) != 0U) {
|
|||
|
|
s_txCount = 0U;
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|||
|
|
s_dropCount = 0U;
|
|||
|
|
s_rxCount = 0U;
|
|||
|
|
}
|
|||
|
|
|
|||
|
|
if (seq == s_lastSeq) {
|
|||
|
|
return; /* 没有新的发送请求 */
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|
|
}
|
|||
|
|
s_lastSeq = seq;
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|
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|
const uint8_t ch = out[ECAT_CAN_TX_OFF_CH];
|
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|
|
uint8_t dlc = out[ECAT_CAN_TX_OFF_DLC];
|
|||
|
|
if (dlc > kEcatCanTxDataMax) {
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|
|
dlc = kEcatCanTxDataMax;
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|
|
}
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|
|
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|
|
/* 单帧区先发（保持 1.5.55 语义），再发批量区。
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|
|
* dlc==0 表示本次只用批量区，不发单帧 —— 否则会凭空发出一帧 0 长度报文。 */
|
|||
|
|
if (dlc > 0U) {
|
|||
|
|
/* isChannelEnabled 内含越界检查，是"通道号合法且可用"的唯一判据 */
|
|||
|
|
if (!CanFd::isChannelEnabled(ch)) {
|
|||
|
|
s_lastTxResult = (uint8_t)CanFd::CanTxResult::kErrInvalid;
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|||
|
|
} else {
|
|||
|
|
/* 用 enqueueTx 而非 transmitFrame：PDO 是周期性场景，可能连续多帧打到
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|
|
* 同一通道。transmitFrame 默认 allow_abort=true 会在邮箱满时顶掉已装载
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|||
|
|
* 的旧帧（历史上 7 帧突发只发出 3 帧的根因）；enqueueTx 队列空时直通、
|
|||
|
|
* 满时排队，不静默丢帧。 */
|
|||
|
|
const CanFd::CanTxResult r =
|
|||
|
|
CanFd::enqueueTx(ch, rd32le(&out[ECAT_CAN_TX_OFF_ID]),
|
|||
|
|
&out[ECAT_CAN_TX_OFF_DATA], dlc);
|
|||
|
|
s_lastTxResult = (uint8_t)r;
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|||
|
|
if (r == CanFd::CanTxResult::kOk) {
|
|||
|
|
++s_txCount;
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|||
|
|
}
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|||
|
|
}
|
|||
|
|
}
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|||
|
|
|
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|
/* 批量区：同一个 seq 沿里一次性发 N 帧，供多轴同步下发。 */
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|
(void)sendBatch(out);
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|||
|
|
}
|
|||
|
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|
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void EthercatCanBridge::buildInput(uint8_t *in)
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|
{
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|
if (in == nullptr) {
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|||
|
|
return;
|
|||
|
|
}
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|
|
/* 必须按新的全长清零。旧代码写死 memset(in,0,32)，扩容后会把 32 字节以后
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|||
|
|
* 的槽区留成上一周期的残留数据，主站读到的是"看起来合法但已过期"的电机状态。 */
|
|||
|
|
memset(in, 0, kEcatPdoInBytes);
|
|||
|
|
|
|||
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|
/* ── 段 1（0..31）：桥状态 + 短快照，布局与 1.5.53 逐字节兼容 ── */
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|
|
in[ECAT_CAN_RX_OFF_ACK] = s_lastSeq;
|
|||
|
|
in[ECAT_CAN_RX_OFF_TXRES] = s_lastTxResult;
|
|||
|
|
wr16le(&in[ECAT_CAN_RX_OFF_TXCNT], s_txCount);
|
|||
|
|
wr16le(&in[ECAT_CAN_RX_OFF_DROP], s_dropCount);
|
|||
|
|
wr32le(&in[ECAT_CAN_RX_OFF_RXCNT], s_rxCount);
|
|||
|
|
|
|||
|
|
/* seqlock 判稳（见 onCanFrame）：奇数=生产者正在写这组快照。单核下 ISR
|
|||
|
|
* 执行期间生产者冻结，读一次即可定性；本周期跳过段 1/段 3（开头已清零，
|
|||
|
|
* 语义=无有效快照），下周期自愈。批量区（段 4）走环形队列，不受影响。 */
|
|||
|
|
const bool xrxStable = ((s_xrxSeq & 1U) == 0U);
|
|||
|
|
|
|||
|
|
if (xrxStable && s_rxValid) {
|
|||
|
|
uint8_t flags = 0x01U;
|
|||
|
|
if (s_rxTruncated) {
|
|||
|
|
flags |= 0x02U;
|
|||
|
|
}
|
|||
|
|
in[ECAT_CAN_RX_OFF_CH] = s_rxCh;
|
|||
|
|
in[ECAT_CAN_RX_OFF_DLC] = s_rxDlc;
|
|||
|
|
in[ECAT_CAN_RX_OFF_FLAGS] = flags;
|
|||
|
|
wr32le(&in[ECAT_CAN_RX_OFF_ID], s_rxId);
|
|||
|
|
/* 段 1 只放前 8 字节（兼容），完整 payload 见段 3 */
|
|||
|
|
memcpy(&in[ECAT_CAN_RX_OFF_DATA], s_rxData, kEcatCanRxDataMax);
|
|||
|
|
}
|
|||
|
|
|
|||
|
|
const uint8_t ch = s_rxValid ? s_rxCh : 0U;
|
|||
|
|
const uint32_t backlog = CanFd::isChannelEnabled(ch) ? CanFd::txQueueBacklog(ch) : 0U;
|
|||
|
|
in[ECAT_CAN_RX_OFF_BACKLOG] = (backlog > 255U) ? 255U : (uint8_t)backlog;
|
|||
|
|
|
|||
|
|
/* ── 段 2（32..319）：电机状态窗口 ──
|
|||
|
|
* 直接读 MotorState 聚合表，不再依赖"最近一帧 CAN"。窗口起点由主站通过
|
|||
|
|
* 输出 PDO 的 WIN 字节指定，主站每周期 +7 即可 4 周期扫完 27 个槽。
|
|||
|
|
*
|
|||
|
|
* 上下文安全：buildInput 在主循环（free-run）或 Sync0_Isr 里跑，而状态表由
|
|||
|
|
* 主循环的 taskCanRxParse 写。单字段撕裂最坏是某槽的 seq 与 data 不同步一拍，
|
|||
|
|
* 主站按 seq 变化判新旧、下一周期即自愈，故不加临界区（与本文件既有约定一致）。 */
|
|||
|
|
const MotorStateTable &mt = MotorState::table();
|
|||
|
|
const uint8_t base = (s_winBase < kMotorSlotCount) ? s_winBase : 0U;
|
|||
|
|
|
|||
|
|
in[ECAT_MOTW_OFF_ACTIVE] = mt.active_count;
|
|||
|
|
in[ECAT_MOTW_OFF_BOOT] = mt.boot_active;
|
|||
|
|
in[ECAT_MOTW_OFF_WIN_BASE] = base;
|
|||
|
|
wr32le(&in[ECAT_MOTW_OFF_GLOBAL_SEQ], mt.global_seq);
|
|||
|
|
|
|||
|
|
uint8_t count = 0U;
|
|||
|
|
for (uint8_t i = 0U; i < kEcatMotSlotsPerPdo; ++i) {
|
|||
|
|
const uint8_t idx = (uint8_t)(base + i);
|
|||
|
|
if (idx >= kMotorSlotCount) {
|
|||
|
|
break; /* 窗口尾部越界即停，不回绕：主站据 win_count 判断 */
|
|||
|
|
}
|
|||
|
|
const MotorSlot &s = mt.slots[idx];
|
|||
|
|
uint8_t *p = &in[ECAT_MOTW_OFF_SLOTS + (uint16_t)i * kEcatMotSlotSize];
|
|||
|
|
|
|||
|
|
p[ECAT_MOT_OFF_NODE] = s.node_id;
|
|||
|
|
p[ECAT_MOT_OFF_CH] = s.channel;
|
|||
|
|
p[ECAT_MOT_OFF_ONLINE] = s.online;
|
|||
|
|
p[ECAT_MOT_OFF_DLC] = s.dlc;
|
|||
|
|
wr32le(&p[ECAT_MOT_OFF_SEQ], s.seq);
|
|||
|
|
memcpy(&p[ECAT_MOT_OFF_STATUS], s.data, kMotorStatusDlc);
|
|||
|
|
++count;
|
|||
|
|
}
|
|||
|
|
in[ECAT_MOTW_OFF_WIN_COUNT] = count;
|
|||
|
|
|
|||
|
|
/* ── 段 3（320..359）：最近一帧完整快照 ──
|
|||
|
|
* 版本帧(0x00FF)/CONFIG 帧(0x0101) 都是 DLC 24，段 1 的 8 字节装不下。
|
|||
|
|
* 与段 1 共用 xrxStable 门控：两段必须来自同一帧，否则 ecat.html 的短快照
|
|||
|
|
* 和电机页的长快照会各自解出半新半旧的 ID/数据。 */
|
|||
|
|
if (xrxStable && s_rxValid) {
|
|||
|
|
in[ECAT_XRX_OFF_CH] = s_rxCh;
|
|||
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in[ECAT_XRX_OFF_DLC] = s_rxDlc;
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in[ECAT_XRX_OFF_FLAGS] = 0x01U;
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wr32le(&in[ECAT_XRX_OFF_ID], s_rxId);
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memcpy(&in[ECAT_XRX_OFF_DATA], s_rxData, kEcatCanXRxDataMax);
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}
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/* ── 段 4（360..639）：CANFD 批量接收区 ──
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* 段 1/段 3 只带"最近一帧"，高速多帧场景下周期间到达的帧会互相覆盖
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* （s_dropCount 就是在数这个）。批量区从环形队列里一次回收多帧，
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* 让主站在一个周期内拿到完整的帧序列而不是采样点。 */
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fillRxBatch(in);
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}
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void EthercatCanBridge::onCanFrame(uint8_t channel, uint32_t id,
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const uint8_t *data, uint8_t length)
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{
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if (data == nullptr) {
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return;
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}
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/* 上一帧还没被 PDO 周期取走就来了新帧：记一次丢弃（覆盖旧帧，
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* 保证主站看到的永远是最新状态，而不是卡在一帧陈旧数据上）。 */
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if (s_rxValid) {
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++s_dropCount;
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}
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/* 缓存区已扩到 32B（段 3 用），truncated 仍按段 1 的 8B 口径上报，
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* 这样 ecat.html 的 CAN 调试页语义不变。 */
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uint8_t copyLen = length;
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if (copyLen > kEcatCanXRxDataMax) {
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copyLen = kEcatCanXRxDataMax;
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}
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/* ── 快照 seqlock（1.5.58）──
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* s_rxData/s_rxCh/s_rxId/s_rxDlc/s_rxTruncated/s_rxValid 是一组，必须整体
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* 被 buildInput 读到。DC 模式下 buildInput 跑在 Sync0_Isr(preempt=0)，会
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* 抢占本函数（主循环 taskCanRxParse）。原注释声称"valid 最后置位保证一致"
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* 是错的：valid 一旦置位就永不清零，ISR 落在"新 payload 已写完、id 还没
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* 更新"的窗口里，会把新帧数据配旧帧 ID 发出去——STATUS 字节被标成 CONFIG
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* (0x000N0101)，前端按 CONFIG 布局解码出 -3e26 这类离谱目标值。
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* 协议：seq 奇数=正在写。消费者在单核 ISR 里生产者必然冻结，判一次奇偶
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* 即可，奇数则本周期跳过（段 1/段 3 已清零=无效），下周期自愈。
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* 不关中断：critical.h 的 BASEPRI 方案放行 preempt=0，挡不住 Sync0；
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* 而 seqlock 零抖动，与本文件既有无锁约定一致。
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* __DMB 防编译器把非 volatile 的 memcpy 挪出两次 seq 自增之间。 */
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++s_xrxSeq; /* → 奇数：快照进入"正在写" */
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__DMB();
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memcpy(s_rxData, data, copyLen);
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if (copyLen < kEcatCanXRxDataMax) {
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memset(&s_rxData[copyLen], 0, (size_t)(kEcatCanXRxDataMax - copyLen));
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}
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s_rxCh = channel;
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s_rxId = id;
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s_rxDlc = length; /* 报告原始长度，便于主站发现被截断 */
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s_rxTruncated = (length > kEcatCanRxDataMax);
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++s_rxCount;
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s_rxValid = true;
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__DMB();
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++s_xrxSeq; /* → 偶数：快照整体一致 */
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/* ── 推入批量接收环形队列（1.5.56）──
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* 与上面的"最近一帧快照"并行维护：快照会被后帧覆盖（这是它的设计语义），
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* 队列则保序累积，供 fillRxBatch 一次回收多帧。
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* 队列满时丢**新**帧并计数，而不是覆盖旧帧 —— 批量区的价值在于保序完整，
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* 覆盖会在序列中间留下空洞，比明确丢尾更难排查。 */
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const uint8_t next = (uint8_t)((s_rxRingHead + 1U) % kEcatRxRingSlots);
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if (next == s_rxRingTail) {
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if (s_rxRingLost < 0xFFU) {
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++s_rxRingLost;
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}
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} else {
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RxRingItem &it = s_rxRing[s_rxRingHead];
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uint8_t n = length;
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if (n > kEcatCanFdDataMax) {
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n = kEcatCanFdDataMax;
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}
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it.id = id;
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it.ch = channel;
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it.dlc = n;
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memcpy(it.data, data, n);
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__DMB(); /* 数据写入先于 head 发布落地（volatile 不约束非 volatile 的 memcpy） */
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s_rxRingHead = next; /* 最后推进 head：消费者读到时数据必已写完 */
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}
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}
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extern "C" {
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void EcatCan_ProcessOutput(const uint8_t *out)
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EthercatCanBridge::processOutput(out);
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}
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void EcatCan_BuildInput(uint8_t *in)
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{
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EthercatCanBridge::buildInput(in);
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}
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} /* extern "C" */
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