/** * @file ethercat_can_bridge.h * @brief EtherCAT PDO ↔ CAN 转发桥(1.5.55)。 * * 输出 PDO(0x7000, 主站→从站, 64B) = 待发送的 CAN 帧(数据区 32B) * 输入 PDO(0x6000, 从站→主站, 384B) = 桥状态 + 电机状态窗口 + 长帧快照 * * 发送用**序号沿触发**:仅当 seq 字节变化时才真正发一帧。PDO 是周期性刷新的, * 若按「内容非空即发」会把同一帧每个周期重发一次;seq 变化沿是 PDO 里表达 * 「一次性事件」的标准做法,主站只需每次发送前把 seq 加一。 * * RX 侧不能自己去 CanFd::consumeRxFrame() —— 那个队列已有唯一消费者 * TaskRunner::taskCanRxParse(),两个消费者会互相抢帧,OTA relay / 电机状态 * 会随机丢帧。改为由 taskCanRxParse() 的分发链回调 onCanFrame() 投递。 * * ── 1.5.55 为电机控制台扩容(32B/32B → 64B/384B)── * * 三个动机: * 1. TX 数据区 24B→32B。电机 CMD 是 DLC 32,旧 processOutput 里 * `dlc > kEcatCanTxDataMax` 直接钳位到 24,后 8 字节被**静默丢弃**且不报错。 * 2. 输入侧加电机状态窗口。单帧快照对电机控制台不够用:9 节点各 32B STATUS, * 一周期只带回一帧、新帧还覆盖旧帧,永远取不齐。改为直接从 MotorState * 状态表(已按 node×channel 聚合,见 device/motor_state.h)取一个窗口, * 主站移动 win_base 即可 4 个周期扫完全部 27 槽。 * 3. 加长帧快照区。旧 RX 数据区只有 8B,版本帧(DLC24)/CONFIG 帧(DLC24) 会被截断。 * * **输入 PDO 前 32 字节与 1.5.53 逐字节兼容**,偏移与语义全部不变。这样 * tools/ecat 的 CAN 调试页(ecat.html)与 ecat_server.py 的 _can_decode_input * 不改一行也照常工作,扩容只是在后面追加新区段。 * * ── 1.5.56 扩到 DPRAM 硬上限并加 CANFD 批量帧区(64/384 → 384/640)── * * 动机:需要一个周期里合并下发/回收**多条 CANFD 帧**。1.5.55 的单帧槽 * (一个 seq 一帧)每周期最多一帧,4ms 周期就是 250 帧/s 上限, * 而一次多轴同步下发就要 9 帧,靠排队要 36ms 才发完 —— 各轴指令不同拍, * 失去"同步下发"的意义。 * * 新增两个批量区,每条帧带 8B 头(ch/dlc/flags/rsvd + id)+ 数据: * 输出 48..383(336B):批量发送,一个 seq 沿一次性发 N 帧 * 输入 360..483(124B):批量接收,一周期回收多帧而不是只带最近一帧 * (1.6.1 数据条目 64→32B,段 5 诊断区 484..491,原 360..639/280B) * * 三条兼容性铁律(改动只做追加,不动既有偏移): * 1. 输出 0..47 与 1.5.55 单帧布局完全一致(seq/ch/dlc/flags/id/win/data32); * 2. 输入 0..359 与 1.5.55 完全一致(段1 桥状态 + 段2 电机窗口 + 段3 长帧); * 3. 批量区**为空时**(count=0)行为与 1.5.55 完全相同,老主站照旧可用。 * * 上限推导(为何是 384+640 而不是更大)见 comm/ethercat_pdo_size.h。 */ #ifndef COMM_ETHERCAT_CAN_BRIDGE_H #define COMM_ETHERCAT_CAN_BRIDGE_H #include #include "comm/ethercat_pdo_size.h" /** 输出 PDO(主站→从站, 384B)段 1(0..47):单帧发送。**与 1.5.55 完全兼容**。 */ enum : uint8_t { ECAT_CAN_TX_OFF_SEQ = 0U, /**< 发送序号:变化沿触发一次发送(单帧+批量一起) */ ECAT_CAN_TX_OFF_CH = 1U, /**< 目标通道 0/1/2 */ ECAT_CAN_TX_OFF_DLC = 2U, /**< 数据长度 0..32;0 表示本次不发单帧(只发批量) */ ECAT_CAN_TX_OFF_FLAGS = 3U, /**< bit0=1 请求清零统计;其余保留 */ ECAT_CAN_TX_OFF_ID = 4U, /**< CAN ID,小端 uint32(29 位扩展帧) */ ECAT_CAN_TX_OFF_WIN = 8U, /**< 请求回传的电机槽窗口起始下标 0..26 */ /* 9..15 保留:让数据区落在 16 字节边界,hexdump 排查时对齐好读 */ ECAT_CAN_TX_OFF_DATA = 16U, /**< 数据区起点,32 字节(一帧电机 CMD) */ }; /** 输出 PDO 段 2(48..383):CANFD 批量发送区(1.5.56 新增)。 */ enum : uint16_t { ECAT_TXB_OFF_COUNT = 48U, /**< 本次要发的帧数 0..kEcatTxBatchMax;0=不发批量 */ ECAT_TXB_OFF_FLAGS = 49U, /**< bit0=1 遇错即停(默认继续发完并各自记结果) */ ECAT_TXB_OFF_RSVD = 50U, /**< 保留 2B,让帧数组从 52 起、每帧 8B 头对齐 */ ECAT_TXB_OFF_ITEMS = 52U, /**< 帧数组起点,每项 (8B 头 + dlc 数据) 紧密排列 */ }; /** 批量帧项内部布局(头 8 字节,之后紧跟 dlc 字节数据)。收发两向共用。 */ enum : uint8_t { ECAT_FRM_OFF_CH = 0U, /**< 通道 0/1/2 */ ECAT_FRM_OFF_DLC = 1U, /**< 数据长度 0..64(CANFD 全量) */ ECAT_FRM_OFF_FLAGS = 2U, /**< 发送向:保留; 接收向 bit0=有效 */ ECAT_FRM_OFF_RES = 3U, /**< 发送向:从站回填该帧发送结果; 接收向:保留 */ ECAT_FRM_OFF_ID = 4U, /**< CAN ID,小端 uint32 */ ECAT_FRM_HDR_SIZE = 8U, /**< 头长度,数据紧跟其后 */ }; /** 输入 PDO 段 1(0..31):桥状态 + 最近一帧短快照。**与 1.5.53 完全兼容**。 */ enum : uint8_t { ECAT_CAN_RX_OFF_ACK = 0U, /**< 回显已执行的发送序号,主站据此确认送达 */ ECAT_CAN_RX_OFF_CH = 1U, /**< 该帧来自哪个通道 */ ECAT_CAN_RX_OFF_DLC = 2U, /**< 该帧数据长度(原始 DLC,未被截断前的值) */ ECAT_CAN_RX_OFF_FLAGS = 3U, /**< bit0=有过接收;bit1=数据被截断到 8B */ ECAT_CAN_RX_OFF_ID = 4U, /**< 该帧 CAN ID,小端 uint32 */ ECAT_CAN_RX_OFF_DATA = 8U, /**< 数据区起点,8 字节(长帧见段 3) */ ECAT_CAN_RX_OFF_RXCNT = 16U, /**< 累计接收帧数,小端 uint32 */ ECAT_CAN_RX_OFF_TXRES = 20U, /**< 最近一次发送结果(CanTxResult 原值,0=OK) */ ECAT_CAN_RX_OFF_BACKLOG = 21U, /**< 该通道软件 TX 队列积压 */ ECAT_CAN_RX_OFF_TXCNT = 22U, /**< 累计发送受理帧数,小端 uint16 */ ECAT_CAN_RX_OFF_DROP = 24U, /**< 桥接层丢帧数(投递时上一帧还没被取走),小端 uint16 */ }; /** 输入 PDO 段 2(32..319):电机状态窗口头 + 槽数组。 */ enum : uint16_t { ECAT_MOTW_OFF_ACTIVE = 32U, /**< 在线电机数 */ ECAT_MOTW_OFF_BOOT = 33U, /**< 1=近 3s 收到过 0x103 BOOT 心跳 */ ECAT_MOTW_OFF_WIN_BASE = 34U, /**< 本帧携带的槽窗口起始下标(回显主站请求) */ ECAT_MOTW_OFF_WIN_COUNT = 35U, /**< 本帧携带的有效槽数(≤5) */ ECAT_MOTW_OFF_GLOBAL_SEQ = 36U,/**< 状态表全局刷新序号,小端 uint32 */ ECAT_MOTW_OFF_SLOTS = 40U, /**< 槽数组起点,5×56B(40..319,与段 3 正好相接) */ }; /** 电机状态槽内部布局(56 字节)。 */ enum : uint8_t { ECAT_MOT_OFF_NODE = 0U, /**< 节点号 1..9,0=空槽 */ ECAT_MOT_OFF_CH = 1U, /**< CAN 通道 0/1/2 */ ECAT_MOT_OFF_ONLINE = 2U, /**< 1=在线 */ ECAT_MOT_OFF_DLC = 3U, /**< 最后一帧 STATUS 的 DLC(正常 48) */ ECAT_MOT_OFF_SEQ = 4U, /**< STATUS 刷新序号,小端 uint32 */ ECAT_MOT_OFF_STATUS = 8U, /**< 原始 STATUS payload,48 字节(v0.74:B32-35=InitStatus) */ }; /** 输入 PDO 段 3(320..359):最近一帧**完整**快照(版本/CONFIG 帧要 24B)。 */ enum : uint16_t { ECAT_XRX_OFF_CH = 320U, /**< 通道 */ ECAT_XRX_OFF_DLC = 321U, /**< 原始 DLC(可达 32) */ ECAT_XRX_OFF_FLAGS = 322U, /**< bit0=有效 */ ECAT_XRX_OFF_RSVD = 323U, ECAT_XRX_OFF_ID = 324U, /**< CAN ID,小端 uint32 */ ECAT_XRX_OFF_DATA = 328U, /**< 数据区,32 字节完整 payload */ }; /** 输入 PDO 段 4(360..483):CANFD 批量接收区(1.5.56 新增,1.6.1 数据条目 64→32B)。 * 每项 8B 头 + 最多 32B 数据(kEcatRxBatchDataMax);DLC 字节仍填**原始值**, * 超长帧被截断时 flags bit1=1 —— 主站按 "8 + min(dlc,32)" 推进游标。 */ enum : uint16_t { ECAT_RXB_OFF_COUNT = 360U, /**< 本周期回收的帧数 0..kEcatRxBatchMax */ ECAT_RXB_OFF_LOST = 361U, /**< 本周期因批量区放不下而丢弃的帧数 */ ECAT_RXB_OFF_PENDING = 362U, /**< 环形队列中仍待回收的帧数(主站据此提速) */ ECAT_RXB_OFF_RSVD = 363U, ECAT_RXB_OFF_ITEMS = 364U, /**< 帧数组起点,项布局同 ECAT_FRM_OFF_* */ }; /** 输入 PDO 段 5(484..491):设备诊断区(1.5.61 尾部追加,1.6.1 随批量区 * 数据条目 64→32B 前移:364+3×40=484,诊断区锚在紧随其后的 8 字节, * 写侧是 EthercatPdo::fillDiagTail())。 */ enum : uint16_t { ECAT_DIAG_OFF_LOAD = 484U, /**< 负载率,小端 uint16,单位 0.1%(1000=100%)。 中断 + 非延迟处理段(任务派发/OTA relay)占墙钟比, 不含常开轮询与空转;1s 滚动窗口(见 sys/cpu_load.h) */ ECAT_DIAG_OFF_TORN = 486U, /**< CAN 取帧撕裂丢帧数(低 16 位,小端,饱和不回绕)。 1.6.6 起:ISR 取帧时若 MP 的 TS/DLENC 前后不一致, 说明邮箱窗口在取数途中被硬件换帧,该帧整帧丢弃并 在此计数。这是"读到半条帧"的唯一可观测量 —— 主站 据此判断修复是否生效、总线负载是否高到频繁触发。 */ ECAT_DIAG_OFF_SEQ = 488U, /**< 诊断区序号,小端 uint16(1.6.12 起,原 u32 让出 高 2 字节),每完成一个 1s 统计窗口 +1,主站据此 判断负载值是否仍在滚动刷新。u16 足够:主站只判 "非 0 且在涨",18h 才回绕。 */ ECAT_DIAG_OFF_OVERFULL = 490U, /**< CAN RX FIFO 满溢计数 RFO0(u16 饱和,1.6.12)。 1.6.11 把溢出策略改成"满则丢新帧"后拼接并未消失 (段5@494 以 ~384/s 增长),必须直接观测溢出本身 与拼接率是否同涨,才能判定残余拼接是否仍源自溢出 (即本 IP 在 DISCARD 模式下照样毁窗口)。 */ ECAT_DIAG_OFF_RELTIMEOUT = 492U, /**< RFD0 释放握手超时计数(u16 饱和,1.6.12)。 原为 1.6.7 的 PDO 重入计数 ECAT_DIAG_OFF_REENTRY (引入至今恒 0,不再上线,仍留内部计数)。取帧后 等 RFD0 自清 2000 次未果 = dequeue 未完成,窗口 与读指针可能已失同步 —— 拼接的直接前兆。 */ ECAT_DIAG_OFF_REJECT = 494U, /**< CAN 内容级拼接帧命中率(u16 饱和,1.6.11)。 入队前结构自洽校验(STATUS 温度量程+斜率、CONFIG 未使用区/模式)命中即计数。1.6.12 起**只计不丢** —— 数据管道必须诚实,该计数退化为"源头是否还在 产生拼接帧"的纯测量仪表:修好 = 恒 0,没修好 = 网页看到什么,计数就是什么的倍率。 */ }; /** 单帧数据在输出 PDO / 长帧快照区中的最大字节数(电机 CMD 是 DLC 32)。 */ constexpr uint8_t kEcatCanTxDataMax = 32U; /** 段 1 短快照数据区字节数(保持 1.5.53 兼容,勿改)。 */ constexpr uint8_t kEcatCanRxDataMax = 8U; /** 段 3 长快照数据区字节数。 */ constexpr uint8_t kEcatCanXRxDataMax = 32U; /** 单个电机状态槽字节数:8B 头 + 48B STATUS(v0.74)。 * 1.6.4 前是 40B(只装得下 32B STATUS),于是 buildInput 按 48B 拷贝时会溢出 * 16B 盖到段 3,且主站永远拿不到 B32-35 的 InitStatus。 */ constexpr uint8_t kEcatMotSlotSize = 56U; /** 一份输入 PDO 携带的电机状态槽数:段 2 可用 280B(40..319)÷ 56 = 5。 * 27 槽需 ⌈27/5⌉ = 6 个基址扫完。槽数×槽长仍是 280B,输入 PDO 总长不变, * 所以 EEPROM/SII 无需重刷。 */ constexpr uint8_t kEcatMotSlotsPerPdo = 5U; /** 过程数据长度,唯一真源见 comm/ethercat_pdo_size.h(C/C++ 共用)。 */ constexpr uint16_t kEcatPdoOutBytes = ECAT_PDO_OUT_BYTES; /* 48×64bit = 384B */ constexpr uint16_t kEcatPdoInBytes = ECAT_PDO_IN_BYTES; /* 62×64bit = 496B */ /** CANFD 单帧数据上限(DLC 64)—— 环形队列/发送批量区按此上限做容量推导。 */ constexpr uint8_t kEcatCanFdDataMax = 64U; /** 批量**接收**条目在 PDO 内的数据字节数上限(1.6.1 从 64 压到 32)。 * 真机采样 6086 帧 DLC 只有 24/32 两档;超长帧在装填时截断(flags bit1), * 环形队列 RxRingItem 仍存全量 64B,截断只发生在 PDO 快照这一步。 */ constexpr uint8_t kEcatRxBatchDataMax = 32U; /** 批量发送区可用字节数与最坏情况(全 DLC64)帧数上限。 */ constexpr uint16_t kEcatTxBatchBytes = (uint16_t)(kEcatPdoOutBytes - ECAT_TXB_OFF_ITEMS); constexpr uint8_t kEcatTxBatchMax = (uint8_t)(kEcatTxBatchBytes / (ECAT_FRM_HDR_SIZE + kEcatCanFdDataMax)); /** 批量接收区可用字节数与最坏情况(全 DLC32 截断满帧)帧数上限。 * 可用区到段 5 诊断区起点为止(1.6.10 修正口径:旧式按 PDO 全长 496 算, * 与 fillRxBatch 的旧边界判据同错;数值上 120/40 与 132/40 同为 3,无行为变化)。 */ constexpr uint16_t kEcatRxBatchBytes = (uint16_t)(ECAT_DIAG_OFF_LOAD - ECAT_RXB_OFF_ITEMS); constexpr uint8_t kEcatRxBatchMax = (uint8_t)(kEcatRxBatchBytes / (ECAT_FRM_HDR_SIZE + kEcatRxBatchDataMax)); /** 批量接收环形队列槽数。取 kEcatRxBatchMax 的 4 倍,让主站慢一两拍也不丢帧。 * 注意这是 RAM 成本(槽数 × 72B),不是 PDO 成本。 */ constexpr uint8_t kEcatRxRingSlots = (uint8_t)(kEcatRxBatchMax * 4U); /* 布局守卫:段 2 的槽数组必须完整落在输入 PDO 内,段 3 也不能越界。 * 改槽数/槽大小时忘了同步 PDO 长度,会在这里编译期失败。 */ static_assert(ECAT_MOTW_OFF_SLOTS + kEcatMotSlotsPerPdo * kEcatMotSlotSize <= ECAT_XRX_OFF_CH, "电机槽窗口与长帧快照区重叠"); static_assert(ECAT_XRX_OFF_DATA + kEcatCanXRxDataMax <= ECAT_RXB_OFF_COUNT, "长帧快照区与批量接收区重叠"); static_assert(ECAT_CAN_TX_OFF_DATA + kEcatCanTxDataMax <= ECAT_TXB_OFF_COUNT, "单帧发送数据区与批量发送区重叠"); static_assert(ECAT_RXB_OFF_ITEMS < kEcatPdoInBytes, "批量接收区起点越界"); static_assert(ECAT_TXB_OFF_ITEMS < kEcatPdoOutBytes, "批量发送区起点越界"); /* 批量区至少要装得下一帧满长 CANFD,否则"批量"没有意义 */ static_assert(kEcatTxBatchMax >= 1U, "批量发送区装不下一帧 DLC64"); static_assert(kEcatRxBatchMax >= 1U, "批量接收区装不下一帧 DLC32"); /* 段 5 诊断区必须在批量接收区的最坏占用之外(改批量区布局时一起核对) */ static_assert(ECAT_RXB_OFF_ITEMS + (uint16_t)kEcatRxBatchMax * (ECAT_FRM_HDR_SIZE + kEcatRxBatchDataMax) <= ECAT_DIAG_OFF_LOAD, "批量接收区最坏占用与段5诊断区重叠"); /** * @brief EtherCAT ↔ CAN 转发桥。 * @note 全静态;PDO 侧函数在 Sync0_Isr(preempt=0) 或主循环 MainLoop 上下文执行, * onCanFrame() 在主循环 taskCanRxParse() 上下文执行。共享状态用 volatile + * 单生产者/单消费者语义,不需要临界区(投递只写、消费只读+清标志)。 * 例外:段 1/段 3 的"最近一帧快照"是多字段一组(id/dlc/data 必须配套), * 用 s_xrxSeq seqlock 保证消费者不会读到"新数据+旧 ID"的混搭—— * Sync0 是 preempt=0,critical.h 的 BASEPRI 方案挡不住它,故只能无锁协议。 */ class EthercatCanBridge { public: /** * @brief 处理一份输出 PDO:seq 变化时向 CAN 发一帧。 * @param[in] out kEcatPdoOutBytes 字节输出过程数据。 * @note 由 APPL_Application() 每周期调用。 */ /** @brief 输出探针(1.6.0 输出按需全量读)。 * * PDI_Isr 每周期先读输出 PDO 头 12B(覆盖 SEQ@0 与 WIN@8),由本函数判定 * 是否需要全量读 384B: * - 始终从探针刷新 s_winBase(主站每周期移动窗口扫描,与 seq 沿无关); * - 首帧只记 seq 基准(与 processOutput 的 priming 一致),返回 false; * - seq 变化沿或 FLAGS bit0(清统计请求)→ 返回 true,调用方全量读。 * s_lastSeq 仍由 processOutput 在全量路径上推进,本函数不写,保证沿语义 * 只处理一次。 */ static bool peekOutput(const uint8_t *head); static void processOutput(const uint8_t *out); /** * @brief 填充输入 PDO:桥状态 + 电机状态窗口 + 长帧快照。 * @param[out] in kEcatPdoInBytes 字节输入过程数据(本函数负责全部写满)。 */ static void buildInput(uint8_t *in); /** * @brief CAN 收帧投递入口。 * @note 由 TaskRunner::taskCanRxParse() 在分发链里调用,不消费帧(不返回 * "已处理"),只做旁路复制,因此不影响 OTA relay / 电机状态。 */ static void onCanFrame(uint8_t channel, uint32_t id, const uint8_t *data, uint8_t length); /** @brief 桥接是否已收到过至少一帧(诊断用)。 */ static bool hasReceived() { return s_rxValid; } private: /** * @brief 处理输出 PDO 的批量发送区(seq 沿内调用一次)。 * @return 实际受理的帧数。 * @note 逐帧解析 (8B 头 + dlc),边界不足即停 —— 不信任主站给的 count, * 越界的 count 只会让循环提前结束,不会读到 PDO 之外。 */ static uint8_t sendBatch(const uint8_t *out); /** @brief 把接收环形队列里的帧尽量装进输入 PDO 批量区。 */ static void fillRxBatch(uint8_t *in); static volatile uint8_t s_lastSeq; /**< 上一次已执行的发送序号 */ static volatile bool s_seqPrimed; /**< 是否已记录过基准 seq(防上电首帧误发) */ static volatile uint8_t s_lastTxResult; static volatile uint16_t s_txCount; static volatile uint16_t s_dropCount; /** 主站请求的电机槽窗口起始下标(输出 PDO 的 WIN 字节,每周期刷新)。 */ static volatile uint8_t s_winBase; /* 最近一帧接收快照:taskCanRxParse 写、PDO 读。 * s_xrxSeq 为 seqlock:奇数=正在写,buildInput 本周期跳过段 1/段 3。 * 没有它,Sync0_Isr 抢占在"数据已写完、id 未更新"之间会把新帧数据 * 配旧帧 ID 发出去(STATUS 被标成 CONFIG → 前端解出离谱目标值)。 */ static volatile bool s_rxValid; static volatile uint32_t s_xrxSeq; static volatile uint8_t s_rxCh; static volatile uint8_t s_rxDlc; static volatile bool s_rxTruncated; static volatile uint32_t s_rxId; static volatile uint32_t s_rxCount; static uint8_t s_rxData[kEcatCanXRxDataMax]; /* ── 批量接收环形队列(1.5.56)── * 单生产者(taskCanRxParse 的 onCanFrame) / 单消费者(PDO 的 fillRxBatch)。 * head/tail 各由一侧独占写入,故无需临界区:生产者只推进 head、 * 消费者只推进 tail,最坏情况是某周期少读一帧,下周期即取到。 */ struct RxRingItem { uint32_t id; uint8_t ch; uint8_t dlc; uint8_t data[kEcatCanFdDataMax]; }; static RxRingItem s_rxRing[kEcatRxRingSlots]; static volatile uint8_t s_rxRingHead; /**< 生产者写入位置 */ static volatile uint8_t s_rxRingTail; /**< 消费者读取位置 */ static volatile uint8_t s_rxRingLost; /**< 队列满导致的丢帧数(累计,回填后清零) */ }; extern "C" { /** @brief 供 dc_app.c(C 文件)调用的 shim:处理输出 PDO。 */ void EcatCan_ProcessOutput(const uint8_t *out); /** @brief 供 dc_app.c 调用的 shim:填充输入 PDO。 */ void EcatCan_BuildInput(uint8_t *in); } #endif /* COMM_ETHERCAT_CAN_BRIDGE_H */