feat(DCU_APP): 添加CPU负载监控和EtherCAT诊断功能
- 在DCU_APP项目中添加cpu_load.h和cpu_load.cpp模块用于CPU负载率监测 - 修改csolution配置将构建目标从Debug切换为Release - 在EtherCAT PDO协议栈中新增段5诊断区（632-639字节），包含负载率和序列号 - 在所有关键中断服务程序中添加CpuLoad::isrEnter()/isrExit()钩子用于准确统计中断占用 - 增强EtherCAT同步中断处理，改进AL事件掩码守护机制，修复OP状态下PDI中断门控问题 - 解决SSC源码中指针地址对齐警告和打包成员访问警告问题 - 在主循环中集成CPU负载率采样tick()调用，实现1秒滚动窗口统计 BREAKING CHANGE: 构建配置从Debug改为Release，EtherCAT协议栈增加新的诊断数据区
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@@ -0,0 +1,117 @@
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/**
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* @file cpu_load.cpp
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* @brief CPU 负载率测量实现（1.5.61，度量定义与并发协议见 cpu_load.h）。
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*
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* 热路径(beginWork/endWork/isrEnter/isrExit/tick)放进 .ramfunc——它们会被包进
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* EXTI0(Sync0, preempt=0) 等延迟敏感的 ISR 包装，与 EthercatSync::onSync0Exti
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* 同款 section 属性，避免 flash 等待态给 Sync0 入口添抖动。1s 一次的窗口
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* 结算(含 64 位除法)留在普通 flash 函数里。
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*/
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#include "sys/cpu_load.h"
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#include "RTE_Components.h"
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#include CMSIS_device_header
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volatile uint32_t CpuLoad::s_depth = 0U;
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volatile uint32_t CpuLoad::s_stamp = 0U;
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volatile uint32_t CpuLoad::s_busy = 0U;
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volatile uint32_t CpuLoad::s_winStart = 0U;
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volatile uint16_t CpuLoad::s_loadPerm = 0U;
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volatile uint32_t CpuLoad::s_seq = 0U;
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/** @brief 区间并集的共享进入点。0→1 者负责盖时间戳；STREX 失败方重试时深度
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* 已被抢占者修正，不会再重复盖戳。 */
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__attribute__((always_inline)) static inline void cpuLoadEnter()
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{
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uint32_t d;
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do {
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d = __LDREXW(&CpuLoad::s_depth);
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if (d == 0U) {
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CpuLoad::s_stamp = DWT->CYCCNT;
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__DMB();
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}
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} while (__STREXW(d + 1U, &CpuLoad::s_depth) != 0U);
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__DMB();
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}
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/** @brief 区间并集的共享退出点。1→0 者把区间累进 s_busy（同样走独占访问，
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* 防"ISR 恰好插在主循环退出的读-改-写之间"丢累加）。 */
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__attribute__((always_inline)) static inline void cpuLoadLeave()
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{
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const uint32_t end = DWT->CYCCNT;
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const uint32_t start = CpuLoad::s_stamp;
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uint32_t d;
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do {
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d = __LDREXW(&CpuLoad::s_depth);
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} while (__STREXW(d - 1U, &CpuLoad::s_depth) != 0U);
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if (d == 1U) {
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const uint32_t delta = end - start;
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uint32_t b;
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do {
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b = __LDREXW(&CpuLoad::s_busy);
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} while (__STREXW(b + delta, &CpuLoad::s_busy) != 0U);
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}
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}
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void CpuLoad::init()
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{
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/* DWT 已由 EscLan9252::init 使能；这里幂等兜底（万一 EtherCAT 初始化被裁剪）。 */
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CoreDebug->DEMCR |= CoreDebug_DEMCR_TRCENA_Msk;
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DWT->CTRL |= DWT_CTRL_CYCCNTENA_Msk;
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s_depth = 0U;
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s_busy = 0U;
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s_winStart = DWT->CYCCNT;
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s_loadPerm = 0U;
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s_seq = 0U;
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}
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__attribute__((section(".ramfunc"), noinline)) void CpuLoad::beginWork()
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{
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cpuLoadEnter();
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}
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__attribute__((section(".ramfunc"), noinline)) void CpuLoad::isrEnter()
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{
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cpuLoadEnter();
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}
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__attribute__((section(".ramfunc"), noinline)) void CpuLoad::isrExit()
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{
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cpuLoadLeave();
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}
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/**
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* @brief 窗口结算（普通 flash 函数，1s 才进一次）。
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* @note s_busy 用独占访问换出：窗口边界上 ISR 的在途累加要么算进本窗口、
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* 要么算进下窗口，不丢。
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*/
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static void cpuLoadRollWindow(uint32_t now)
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{
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const uint32_t elapsed = now - CpuLoad::s_winStart; /* 调用方已保证 >= 1s */
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uint32_t busy;
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do {
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busy = __LDREXW(&CpuLoad::s_busy);
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} while (__STREXW(0U, &CpuLoad::s_busy) != 0U);
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CpuLoad::s_winStart = now;
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uint32_t perm = (uint32_t)(((uint64_t)busy * 1000ULL) / (uint64_t)elapsed);
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if (perm > 1000U) {
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perm = 1000U;
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}
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||||
CpuLoad::s_loadPerm = (uint16_t)perm;
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||||
CpuLoad::s_seq++;
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}
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||||
__attribute__((section(".ramfunc"), noinline)) void CpuLoad::endWork()
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{
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cpuLoadLeave();
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}
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__attribute__((section(".ramfunc"), noinline)) void CpuLoad::tick()
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{
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const uint32_t now = DWT->CYCCNT;
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if ((uint32_t)(now - s_winStart) >= SystemCoreClock) {
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cpuLoadRollWindow(now);
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}
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}
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@@ -0,0 +1,97 @@
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/**
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* @file cpu_load.h
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* @brief CPU 负载率测量（1.5.63 定义收窄，机制沿用 1.5.61）。
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*
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* 度量定义：**中断 + 非延迟处理段（任务派发 / OTA 中继等请求驱动工作）占墙钟
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* 时间的比值**，1s 滚动窗口，分辨率 0.1%（permille）。
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*
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* 为什么不计入主循环常开轮询：本架构在 EtherCAT 实时模式(CONFIG_MAIN_LOOP_WFI_ENABLE=0)
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* 下主循环空闲时是 NOP 忙等，且 runPending() 每圈无条件跑 SSC MainLoop 轮询与各
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* poll() 检查——把这部分计入"busy"的话负载率恒 ≈99%，失去参考价值（1.5.61 实机
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* 实测 99.4%，其中绝大部分是自由运转的轮询而非在处理事件）。收窄后的定义回答
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* 的问题变成"CPU 有多少时间在响应事件"，随真实负载（CAN 流量、OTA 中继、
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* DC 模式 Sync0 过程数据搬运）增长；常开轮询成本与空转时间不计入。
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*
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* 计入项（全走同一深度计数器求**区间并集**，嵌套不重不漏）：
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* - 全部挂钩 ISR：TIMER2(100µs 调度)、SysTick、EXTI0/1/2(EtherCAT Sync0/PDI/
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* Sync1)、TIMER0(DC 定时档)、CAN0-2 RX+TX、SPI0+EXTI10_15、USART0。
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||||
* DC 模式下 Sync0_Isr 的 EXMC 过程数据搬运由此计入——这是大头，不能漏。
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||||
* - 主循环非延迟段：TaskManager 派发的周期任务、0xB0 进 BOOT 处理、
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* 电机 OTA relay 推进（isActive() 门控，空闲时零挂钩开销）。
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* 不计入项：SSC MainLoop 轮询、AppSpiCommandBus.poll()、看门狗喂狗等常开检查
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* （free-run 调试模式下 PDO 应用跑在主循环轮询路径，不计入；生产走 DC 模式，
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* 等价工作在 Sync0 ISR 内已计入）。
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*
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* 并发协议（无关中断、无临界区）：enter/exit 用 LDREX/STREX 原子改深度，
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* 任一优先级可抢占任意上下文而不破坏计数——STREX 失败方重试时会看到已修正的
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* 深度并补上时间戳。已知残余误差：exit 在读时间戳与递减深度之间被高优先级
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* 中断插入时，该次中断时长漏计（几 cycle 窗口，对 0.1% 分辨率可忽略）。
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*
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* @note DWT 已由 EscLan9252::init 使能；init() 幂等兜底，在主循环启动前调用。
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*/
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#ifndef SYS_CPU_LOAD_H
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#define SYS_CPU_LOAD_H
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#include <stdint.h>
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/**
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* @brief CPU 负载率测量。
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* @note 全静态类，与 SysTickTimer 同风格。
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*/
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class CpuLoad {
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public:
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/**
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* @brief 使能 DWT CYCCNT 并复位统计状态。
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* @note 幂等；须在主循环启动前调用一次。
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*/
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static void init();
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/** @brief 主循环圈起点：进入"busy"区间。与 endWork() 成对，每圈各一次。 */
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static void beginWork();
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/**
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* @brief 主循环圈终点：退出"busy"区间。
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* @note 与 beginWork() 成对；窗口滚动不在这里（begin/end 可能整圈不执行），
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* 见 tick()。
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*/
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static void endWork();
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/**
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* @brief 主循环每圈无条件调用：检查 1s 窗口是否滚动。
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* @note 只做一次 CYCCNT 读 + 比较（命中才进 flash 侧结算函数），滚动不再
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* 依赖"本圈恰好有挂钩段执行"，空闲系统 seq 也会按秒推进。
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*/
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static void tick();
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/** @brief 中断入口挂钩：与 isrExit() 成对，包住 ISR 主体。 */
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static void isrEnter();
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/** @brief 中断出口挂钩。 */
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static void isrExit();
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/**
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||||
* @brief 最近一个完整窗口的负载率。
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* @return 0..1000，单位 0.1%（1000=满载）；窗口未滚动过时为 0。
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*/
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||||
static uint16_t loadPermille() { return s_loadPerm; }
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||||
/**
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* @brief 已完成的统计窗口数（自 init 起，单调递增回绕）。
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||||
* @note 随负载率一起进 EtherCAT 输入 PDO 段 5，主站据此判断数据是否仍在刷新。
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*/
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static uint32_t windowSeq() { return s_seq; }
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public:
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/* 静态成员开成 public：cpu_load.cpp 里 .ramfunc 的文件级内联热路径
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* (cpuLoadEnter/cpuLoadLeave/cpuLoadRollWindow) 直接触碰它们，
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* 经成员函数绕一道反而多一层调用。勿在模块外写这些状态。 */
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static volatile uint32_t s_depth; /**< busy 区间嵌套深度 */
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static volatile uint32_t s_stamp; /**< 深度 0→1 时刻的 CYCCNT 快照 */
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||||
static volatile uint32_t s_busy; /**< 当前窗口内累计 busy 周期数 */
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||||
static volatile uint32_t s_winStart; /**< 当前窗口起点 CYCCNT */
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||||
static volatile uint16_t s_loadPerm; /**< 最近一个完整窗口的负载率(0.1%) */
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||||
static volatile uint32_t s_seq; /**< 完成滚动的窗口计数 */
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};
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||||
#endif /* SYS_CPU_LOAD_H */
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@@ -5,6 +5,7 @@
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#include "main.h"
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#include "sys/systick.h"
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#include "sys/cpu_load.h"
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||||
volatile uint32_t SysTickTimer::s_ms = 0U;
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||||
@@ -93,4 +94,9 @@ bool SysTickTimer::initMs()
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* @retval 无返回值。
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||||
* @note C 向量包装函数，内部转调 `SysTickTimer::onInterrupt()`。
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*/
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extern "C" void SysTick_Handler(void) { SysTickTimer::onInterrupt(); }
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extern "C" void SysTick_Handler(void)
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{
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CpuLoad::isrEnter();
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SysTickTimer::onInterrupt();
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||||
CpuLoad::isrExit();
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}
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@@ -14,6 +14,7 @@
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#include "sys/ota_boot_request.h"
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#include "sys/motor_ota_relay.h"
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#include "sys/task_manager.h"
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#include "sys/cpu_load.h"
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||||
#include "sys/task_runner.h"
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||||
#include "comm/ethercat_slave.h"
|
||||
#include "comm/ethercat_sync.h"
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@@ -565,15 +566,26 @@ void TaskRunner::runPending()
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/* 0xB0 进 BOOT：必须每圈检查，不能只靠 1Hz TASK_HEARTBEAT。
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* 否则 Flash 写/复位被拖到下一秒，ESP32 HELLO 一直 role=app 超时。 */
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if (OtaBootRequest::isRebootPending()) {
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CpuLoad::beginWork();
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OtaBootRequest::process();
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CpuLoad::endWork();
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}
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/* 电机 OTA relay：活跃时每圈推进状态机（等 ACK / 超时 / 发下一包）。
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* 非活跃时立即返回，开销可忽略。 */
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/* 负载率挂钩（1.5.63）：relay 活跃时才计 busy——isActive() 是廉价枚举判断，
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* 空闲路径零挂钩开销；计数段覆盖等 ACK/超时/发包的真实工作。 */
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const bool motorOtaActive = MotorOtaRelay::isActive();
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if (motorOtaActive) {
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CpuLoad::beginWork();
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}
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MotorOtaRelay::process();
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/* 数据发送推进：主循环每圈调用，按 SysTick 钟表控制每包间隔
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* （替代原靠 tick100us 计数 + TASK_MOTOR_OTA_TX 的方式，消除计数器竞争）。 */
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MotorOtaRelay::onTxTick();
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if (motorOtaActive) {
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CpuLoad::endWork();
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}
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/* 2026-08 请求驱动改造：0xC1 CAN 反馈 / 0xC5 电机状态 / 0xC4 ADC 已改为
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* ESP32 周期查询（主动按铃推送全部移除，避免 OTA 期间悬空按铃刷屏）。
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@@ -593,6 +605,9 @@ void TaskRunner::runPending()
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const uint32_t pending = TaskManager::takePending();
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if(pending == 0U) return;
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/* 负载率挂钩（1.5.63）：派发的周期任务属"非延迟工作"，整段计入 busy；
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* 前面的常开轮询(Watchdog/poll/MainLoop/guard)不计入，见 sys/cpu_load.h。 */
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CpuLoad::beginWork();
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if(pending & (1UL << TASK_ADC_VREF_SAMPLE)) taskAdcVrefSample();
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if(pending & (1UL << TASK_ADC_TEMP_SAMPLE)) taskAdcTempSample();
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if(pending & (1UL << TASK_ADC_PROCESS)) taskAdcProcess();
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||||
@@ -600,4 +615,5 @@ void TaskRunner::runPending()
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if(pending & (1UL << TASK_CAN_TX_SEND)) taskCanTxSend();
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||||
if(pending & (1UL << TASK_HEARTBEAT)) taskHeartbeat();
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if(pending & (1UL << TASK_DIAGNOSTIC_PRINT)) taskDiagnosticPrint();
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||||
CpuLoad::endWork();
|
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}
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||||
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