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fix(comm): 回退LAN9252批量读写优化并修复多个CAN-EtherCAT桥竞态问题

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回退1.6.0引入的LAN9252 PRAM批量读写优化，因其AVAIL_CNT计数器对短读存在语义问题，
导致邮箱短读和探针传输时出现FIFO陈旧数据损坏问题。

同时修复EtherCAT-CAN桥中的多个竞态条件：
- 修复消费者在fillRxBatch中直接访问共享ring buffer导致的数据混淆问题
- 修复生产者-消费者间tail指针发布时机不当造成的槽位覆盖竞态
- 修复WIN窗口基址更新位置错误导致电机状态窗口被锁定的问题
- 修复buildInput中断上下文与主循环间的数据竞争和内存撕裂问题
- 添加STATUS帧过滤机制减少批量区压力并解决队列饱和问题

此外还增加了多个诊断计数器用于监控撕裂、溢出和拼接错误，并调整了
输入PDO段布局和大小参数以支持新的48字节STATUS格式。

这些修改解决了上位机观察到的帧标签错误、电机状态丢失和数据拼接问题。
This commit is contained in:
cbb
2026-09-08 00:52:35 +08:00
parent ace5a1671b
commit 0cd3d9bed2
13 changed files with 518 additions and 111 deletions
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GD32E508_DCU_APP/comm/ethercat_can_bridge.cpp
+54 -15
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@@ -114,7 +114,9 @@ void EthercatCanBridge::fillRxBatch(uint8_t *in)
const uint8_t head = s_rxRingHead; /* 快照一次：生产者可能边填边推进 */
while (tail != head && count < kEcatRxBatchMax) {
const RxRingItem &it = s_rxRing[tail];
/* 整条先拷到局部副本再用：生产者(主循环 onCanFrame)与本函数(PDI_Isr)
* 共用这块槽，直接按引用逐字段取会让 id/dlc/data 分属不同帧。 */
const RxRingItem it = s_rxRing[tail];
uint8_t dlc = it.dlc;
if (dlc > kEcatCanFdDataMax) {
dlc = kEcatCanFdDataMax;
@@ -126,8 +128,12 @@ void EthercatCanBridge::fillRxBatch(uint8_t *in)
if (dlcWire > kEcatRxBatchDataMax) {
dlcWire = kEcatRxBatchDataMax;
}
/* 装不下就停，**且不推进 tail** —— 该帧留到下个周期，不丢。 */
if ((uint16_t)(off + ECAT_FRM_HDR_SIZE + dlcWire) > kEcatPdoInBytes) {
/* 装不下就停，**且不推进 tail** —— 该帧留到下个周期，不丢。
* 边界是段 5 诊断区起点(ECAT_DIAG_OFF_LOAD=484)，不是 PDO 全长(496)：
* 1.6.10 修正。旧判据允许条目尾部最多越进诊断区 12B，把负载率/撕裂计数/
* 序号盖成帧数据 —— 当前 kEcatRxBatchMax=3 时最坏占用恰好 484 触不到，
* 属潜伏 bug，但容量一旦按瘦身布局放宽(32B 步长)就会立刻咬上来。 */
if ((uint16_t)(off + ECAT_FRM_HDR_SIZE + dlcWire) > ECAT_DIAG_OFF_LOAD) {
break;
}
@@ -141,9 +147,17 @@ void EthercatCanBridge::fillRxBatch(uint8_t *in)
off = (uint16_t)(off + ECAT_FRM_HDR_SIZE + dlcWire);
tail = (uint8_t)((tail + 1U) % kEcatRxRingSlots);
++count;
/* **每条读完立刻发布 tail**（1.6.9）。原来攒到循环末才发布：生产者判满
* 用的正是这个滞后的 s_rxRingTail，于是它以为队列里还有本拍已被读走的
* 那几个空位没腾出来 —— 反过来说，它会把新帧写进消费者**刚读过但未发布**
* 的槽。队列一旦饱和（实测 pending 恒 8/12、lost 几乎每拍都有、count 恒
* 取满 3），这个窗口每拍都在，于是拷进 PDO 的 id/dlc/data 来自不同帧，
* 表现为"CONFIG 的 ID 配 STATUS 的内容"这类错标（实测 1.77%）。
* 逐条发布后生产者的判满始终基于真实进度，覆写窗口消失。 */
__DMB(); /* 本条读取先于 tail 发布落地 */
s_rxRingTail = tail;
}
__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 */
s_rxRingTail = tail; /* 只在这里推进：消费者独占写 tail */
const uint8_t pending = (uint8_t)((head + kEcatRxRingSlots - tail) % kEcatRxRingSlots);
in[ECAT_RXB_OFF_COUNT] = count;
@@ -187,10 +201,11 @@ void EthercatCanBridge::processOutput(const uint8_t *out)
const uint8_t seq = out[ECAT_CAN_TX_OFF_SEQ];
/* 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，
* 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。 */
const uint8_t win = out[ECAT_CAN_TX_OFF_WIN];
s_winBase = (win < kMotorSlotCount) ? win : 0U;
/* WIN 不在这里取：1.6.0 起 out 只在 seq 沿那拍才是新鲜的，无沿的周期里它是
* 上一次全量读的残值。在这里回写 s_winBase，等于用开机首拍的 0 每拍盖掉
* peekOutput() 刚取到的新值 —— 窗口被钉死在基址 0，槽位 7..26（node3 及
* 以上）永不上报，直到主站真发一帧触发一次全量读才复位。
* 每拍刷新由 peekOutput()（SSC PDO_OutputMapping 的 12B 探针）独占负责。 */
/* 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
* 非零 seq 会被当成一次新请求，在进 OP 的瞬间凭空发出一帧。 */
@@ -283,11 +298,16 @@ void EthercatCanBridge::buildInput(uint8_t *in)
/* ── 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。
* 输出 PDO 的 WIN 字节指定，主站每周期 +5 即可 6 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）。 */
* 上下文安全（1.6.5 修正）：状态表由主循环的 taskCanRxParse 写，而本函数跑在
* PDI_Isr（SM 同步模式）/Sync0_Isr（DC 模式），会抢占写侧那次
* memcpy(slot.data, 48B)。旧注释称"最坏是 seq 与 data 不同步一拍，主站按 seq
* 判新旧即可自愈"是错的：写侧先 seq 后 data，抢占留下的恰好是"新 seq +
* 半新半旧 data"，而主站只拿 seq 判新鲜度，分辨不出同一 seq 下 payload 换过
* 内容，混合值照原样进界面（边界落在 B16/B20/B24 这类 float 符号/指数字节上
* 就是离谱值）。改用与段 1/段 3 同一套 seqlock（MotorSlot.wr_seq）：奇数即
* 跳过本槽，与本片既有的"本拍不报、下拍自愈"约定一致。 */
const MotorStateTable &mt = MotorState::table();
const uint8_t base = (s_winBase < kMotorSlotCount) ? s_winBase : 0U;
@@ -305,13 +325,20 @@ void EthercatCanBridge::buildInput(uint8_t *in)
const MotorSlot &s = mt.slots[idx];
uint8_t *p = &in[ECAT_MOTW_OFF_SLOTS + (uint16_t)i * kEcatMotSlotSize];
/* 槽按 i 定位，跳过的那格照样占位，所以 win_count 报的是跨度而不是实际
* 填充数：主站 decode_input 对 node_id==0 的块直接 continue。 */
count = static_cast<uint8_t>(i + 1U);
if ((s.wr_seq & 1U) != 0U) {
continue; /* 生产者正在写这 48B：本拍留零，下拍自愈 */
}
__DMB(); /* 判稳先于取值：不许把下面的读重排到奇偶检查之前 */
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;
@@ -388,7 +415,19 @@ void EthercatCanBridge::onCanFrame(uint8_t channel, uint32_t id,
* 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），
* 队列则保序累积，供 fillRxBatch 一次回收多帧。
* 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，
* 覆盖会在序列中间留下空洞，比明确丢尾更难排查。 */
* 覆盖会在序列中间留下空洞，比明确丢尾更难排查。
*
* **STATUS 帧不入队**（1.6.9）：批量区存在的意义是捞那些段 2 装不下的帧
* （CONFIG / 版本 / 节点应答），而完整 STATUS 本来就由段 2 电机状态窗口按槽
* 上报；主站 transport-ecat.js 的 drainRx() 拿到 STATUS 也是直接 continue
* 丢掉。让它占队列是纯重复，而且正是它把队列压爆的：实测 CAN 侧约 4000 帧/s，
* 批量区每拍最多 3 条(=3000 帧/s)，净积压使 pending 恒 8/12、lost 几乎每拍
* 都有 —— 队列长期饱和，才逼出了生产者覆写消费者槽位的竞态（错标率 1.77%，
* 表现为"CONFIG 的 ID 配 STATUS 的内容"）。滤掉 STATUS 后入队流量降到 CONFIG
* 量级，队列不再饱和，竞态窗口随之消失。 */
if ((id & 0xFFFFU) == 0x0100U) {
return;
}
const uint8_t next = (uint8_t)((s_rxRingHead + 1U) % kEcatRxRingSlots);
if (next == s_rxRingTail) {
if (s_rxRingLost < 0xFFU) {