DCU_APP/GD32E508_DCU_APP/device/CANFD.cpp

/**
 * @file CANFD.cpp
 * @brief CANFD 通信模块实现。
 */

#include "main.h"
#include "device/canfd.h"
#include "sys/config.h"

namespace {
struct TxFrame {
    can_trasnmit_message_struct tx_message;
    uint8_t payload[64];
};

struct TxQueue {
    TxFrame frames[4];
    uint8_t head;
    uint8_t tail;
    uint8_t count;
};

struct CanChannelConfig {
    uint32_t canPeriph;
    rcu_periph_enum canRcu;
    uint32_t txPort;
    uint32_t txPin;
    uint32_t rxPort;
    uint32_t rxPin;
    uint32_t slpPort;
    uint32_t slpPin;
    IRQn_Type rx0Irq;
    uint8_t filterNumber;
};

constexpr CanChannelConfig kChannels[] = {
    { CAN0, RCU_CAN0, GPIOA, GPIO_PIN_12, GPIOA, GPIO_PIN_11, GPIOA, GPIO_PIN_8,  CAN0_RX0_IRQn, 0U },
    { CAN1, RCU_CAN1, GPIOB, GPIO_PIN_12, GPIOB, GPIO_PIN_13, GPIOB, GPIO_PIN_14, CAN1_RX0_IRQn, 1U },
    { CAN2, RCU_CAN2, GPIOE, GPIO_PIN_1,  GPIOE, GPIO_PIN_0,  GPIOB, GPIO_PIN_9,  CAN2_RX0_IRQn, 2U },
};

constexpr size_t kChannelCount = sizeof(kChannels) / sizeof(kChannels[0]);
constexpr uint8_t kRxQueueDepth = 4U;
constexpr uint8_t kTxQueueDepth = 4U;
} // namespace

CanFd::Diag     CanFd::s_diag{};
CanFd::RxQueue  CanFd::s_rxQueues[3]{};
uint8_t         CanFd::s_nextConsumeChannel = 0U;
static TxQueue  s_txQueues[3]{};

/**
 * @brief 初始化三路 CANFD 相关 GPIO。
 * @param[in]  无。
 * @param[out] 无。
 * @retval    无返回值。
 * @note      为 CAN0/CAN1/CAN2 的 TX、RX 及收发器 SLP 控制脚统一完成 GPIO 时钟与模式配置。
 */
void CanFd::initGpio()
{
    rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOA);
    rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOB);
    rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOE);
    rcu_periph_clock_enable(RCU_AF);

    for(size_t i = 0; i < kChannelCount; ++i) {
        const auto &ch = kChannels[i];
        gpio_init(ch.rxPort, GPIO_MODE_IPU, GPIO_OSPEED_50MHZ, ch.rxPin);
        gpio_init(ch.txPort, GPIO_MODE_AF_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, ch.txPin);
        gpio_init(ch.slpPort, GPIO_MODE_OUT_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, ch.slpPin);
    }
}

/**
 * @brief 为指定 CAN 控制器配置全接收过滤器。
 * @param[in]  canPeriph    目标 CAN 外设实例。
 * @param[in]  filterNumber 过滤器编号。
 * @param[out] 无。
 * @retval    无返回值。
 * @note      当前使用 32 位 mask 模式放行全部报文，并统一进入 FIFO0。
 */
void CanFd::filterAcceptAll(uint32_t canPeriph, uint8_t filterNumber)
{
    can_filter_parameter_struct can_filter{};
    can_filter.filter_number = filterNumber;
    can_filter.filter_mode = CAN_FILTERMODE_MASK;
    can_filter.filter_bits = CAN_FILTERBITS_32BIT;
    can_filter.filter_list_high = 0x0000U;
    can_filter.filter_list_low = 0x0000U;
    can_filter.filter_mask_high = 0x0000U;
    can_filter.filter_mask_low = 0x0000U;
    can_filter.filter_fifo_number = CAN_FIFO0;
    can_filter.filter_enable = ENABLE;
    can_filter_init(canPeriph, &can_filter);
}

/**
 * @brief 配置指定 CAN 控制器的标称仲裁段位时序。
 * @param[in]  canPeriph 目标 CAN 外设实例。
 * @param[out] 无。
 * @retval    无返回值。
 * @note      当前按 1 Mbps 仲裁段参数完成普通 CAN 初始化。
 */
void CanFd::initNominalTiming(uint32_t canPeriph)
{
    can_parameter_struct can_parameter{};

    can_struct_para_init(CAN_INIT_STRUCT, &can_parameter);
    can_parameter.time_triggered = DISABLE;
    can_parameter.auto_bus_off_recovery = ENABLE;
    can_parameter.auto_wake_up = DISABLE;
    can_parameter.auto_retrans = ENABLE;
    can_parameter.rec_fifo_overwrite = ENABLE;
    can_parameter.trans_fifo_order = ENABLE;
    can_parameter.working_mode = CAN_NORMAL_MODE;
    can_parameter.resync_jump_width = CAN_BT_SJW_1TQ;
    can_parameter.time_segment_1 = CAN_BT_BS1_7TQ;
    can_parameter.time_segment_2 = CAN_BT_BS2_2TQ;
    can_parameter.prescaler = 6U;
    can_init(canPeriph, &can_parameter);
}

/**
 * @brief 配置指定 CAN 控制器的 CAN FD 数据段参数。
 * @param[in]  canPeriph 目标 CAN 外设实例。
 * @param[out] 无。
 * @retval    无返回值。
 * @note      在 GD32E508 平台下启用 FD、BRS 与 TDC；非该平台则仅使能 FD 功能。
 */
void CanFd::initFdMode(uint32_t canPeriph)
{
#ifdef GD32E508
    can_fdframe_struct can_fd_parameter{};
    can_fd_tdc_struct can_fd_tdc_parameter{};

    can_struct_para_init(CAN_FD_FRAME_STRUCT, &can_fd_parameter);
    can_fd_parameter.fd_frame = ENABLE;
    can_fd_parameter.excp_event_detect = ENABLE;
    can_fd_parameter.delay_compensation = ENABLE;
    can_fd_tdc_parameter.tdc_filter = 0x04U;
    can_fd_tdc_parameter.tdc_mode = CAN_TDCMOD_CALC_AND_OFFSET;
    can_fd_tdc_parameter.tdc_offset = 0x04U;
    can_fd_parameter.p_delay_compensation = &can_fd_tdc_parameter;
    can_fd_parameter.iso_bosch = CAN_FDMOD_ISO;
    can_fd_parameter.esi_mode = CAN_ESIMOD_HARDWARE;
    can_fd_parameter.data_prescaler = 6U;
    can_fd_parameter.data_resync_jump_width = CAN_BT_SJW_1TQ;
    can_fd_parameter.data_time_segment_1 = CAN_BT_BS1_3TQ;
    can_fd_parameter.data_time_segment_2 = CAN_BT_BS2_1TQ;
    can_fd_init(canPeriph, &can_fd_parameter);
#else
    can_fd_function_enable(canPeriph);
#endif
}

/**
 * @brief 构造内部发送缓冲中的状态帧内容。
 * @param[in]  status 指向状态载荷的指针。
 * @param[out] 无。
 * @retval    无返回值。
 * @note      当前实现中状态帧构造逻辑已内联至 `enqueueTxFrame()`，此函数仅保留接口兼容性。
 */
void CanFd::buildStatusFrame(const StatusPayload *status)
{
    if(status == nullptr) {
        return;
    }

    const int16_t temp_x100 = static_cast<int16_t>(status->temperature * 100.0f);
    const uint16_t vdda_x1000 = static_cast<uint16_t>(status->vdda * 1000.0f);

    auto &frame = s_txQueues[0].frames[0];
    auto &p = frame.payload;
    p[0] = static_cast<uint8_t>(status->temp_raw & 0xFFU);
    p[1] = static_cast<uint8_t>((status->temp_raw >> 8) & 0xFFU);
    p[2] = static_cast<uint8_t>(status->vref_raw & 0xFFU);
    p[3] = static_cast<uint8_t>((status->vref_raw >> 8) & 0xFFU);
    p[4] = static_cast<uint8_t>(temp_x100 & 0xFF);
    p[5] = static_cast<uint8_t>((temp_x100 >> 8) & 0xFF);
    p[6] = static_cast<uint8_t>(vdda_x1000 & 0xFFU);
    p[7] = static_cast<uint8_t>((vdda_x1000 >> 8) & 0xFFU);
    p[8] = CONFIG_CAN_STATUS_TAG0;
    p[9] = CONFIG_CAN_STATUS_TAG1;
    p[10] = CONFIG_CAN_STATUS_TAG2;
    p[11] = CONFIG_CAN_STATUS_TAG3;
}

/**
 * @brief 向指定 CAN 通道的发送 FIFO 入队一帧状态报文。
 * @param[in]  channelIndex 目标 CAN 通道索引（0/1/2）。
 * @param[in]  status       指向状态载荷的指针。
 * @param[out] 无。
 * @retval bool true 表示成功入队，false 表示参数无效或该通道发送队列已满。
 * @note      仅完成软件发送队列入队，不会立即触发硬件发送。
 */
bool CanFd::enqueueTxFrame(uint8_t channelIndex, const StatusPayload *status)
{
    if(status == nullptr || channelIndex >= kChannelCount) {
        return false;
    }

    auto &queue = s_txQueues[channelIndex];
    if(queue.count >= kTxQueueDepth) {
        s_diag.tx_drop_count++;
        return false;
    }

    buildStatusFrame(status);

    auto &frame = queue.frames[queue.tail];
    can_struct_para_init(CAN_TX_MESSAGE_STRUCT, &frame.tx_message);
    frame.tx_message.tx_sfid = CONFIG_CAN_STATUS_ID;
    frame.tx_message.tx_efid = 0U;
    frame.tx_message.tx_ff = CAN_FF_STANDARD;
    frame.tx_message.tx_ft = CAN_FT_DATA;
    frame.tx_message.tx_dlen = CANFD_STATUS_DLEN;
#ifdef GD32E508
    frame.tx_message.fd_flag = ENABLE;
    frame.tx_message.fd_brs = ENABLE;
    frame.tx_message.fd_esi = CAN_ESI_DOMINANT;
#endif

    const auto &src = s_txQueues[0].frames[0].payload;
    auto &p = frame.payload;
    for(uint8_t j = 0; j < CANFD_STATUS_DLEN; ++j) {
        p[j] = src[j];
        frame.tx_message.tx_data[j] = p[j];
    }

    queue.tail = static_cast<uint8_t>((queue.tail + 1U) % kTxQueueDepth);
    queue.count++;
    return true;
}

/**
 * @brief 初始化三路 CANFD 控制器、过滤器、中断与软件队列。
 * @param[in]  无。
 * @param[out] 无。
 * @retval    无返回值。
 * @note      初始化后默认将三路 TCAN1057A 收发器置为 Normal，并清零收发诊断状态。
 */
void CanFd::init()
{
    s_diag = {};
    s_nextConsumeChannel = 0U;

    initGpio();

    for(size_t i = 0; i < kChannelCount; ++i) {
        const auto &ch = kChannels[i];
        rcu_periph_clock_enable(ch.canRcu);
        gpio_bit_reset(ch.slpPort, ch.slpPin); /* STB=0 -> Normal */
        can_deinit(ch.canPeriph);
        initNominalTiming(ch.canPeriph);
        initFdMode(ch.canPeriph);
        filterAcceptAll(ch.canPeriph, ch.filterNumber);
        can_interrupt_enable(ch.canPeriph, CAN_INT_RFNE0);
        nvic_irq_enable(ch.rx0Irq, 1U, static_cast<uint8_t>(i));

        s_rxQueues[i].head = 0U;
        s_rxQueues[i].tail = 0U;
        s_rxQueues[i].count = 0U;
        s_txQueues[i].head = 0U;
        s_txQueues[i].tail = 0U;
        s_txQueues[i].count = 0U;
    }

    s_nextConsumeChannel = 0U;
}

/**
 * @brief 执行兼容保留的 CAN 轮询入口。
 * @param[in]  无。
 * @param[out] 无。
 * @retval    无返回值。
 * @note      当前三路接收均由 RX0 中断驱动，该函数仅保留旧调用兼容性。
 */
void CanFd::poll()
{
    /* 兼容保留：三通道接收已由 RX0 中断驱动 */
}

/**
 * @brief 根据状态载荷为三路发送队列批量准备状态报文。
 * @param[in]  status 指向状态载荷的指针；为空时直接返回。
 * @param[out] 无。
 * @retval    无返回值。
 * @note      当前默认不会周期性调用；仅在外部显式触发发送测试或业务发送时使用。
 */
void CanFd::prepareStatus(const StatusPayload *status)
{
    if(status == nullptr) {
        return;
    }

    for(size_t i = 0; i < kChannelCount; ++i) {
        (void)enqueueTxFrame(static_cast<uint8_t>(i), status);
    }
}

/**
 * @brief 根据状态载荷仅为指定通道准备一帧状态报文。
 * @param[in]  channelIndex 目标 CAN 通道索引（0/1/2）。
 * @param[in]  status       指向状态载荷的指针；为空时返回失败。
 * @param[out] 无。
 * @retval bool true 表示成功入队，false 表示参数非法或发送队列已满。
 */
bool CanFd::prepareStatusForChannel(uint8_t channelIndex, const StatusPayload *status)
{
    return enqueueTxFrame(channelIndex, status);
}

/**
 * @brief 将当前各通道已准备好的状态报文送入硬件邮箱发送。
 * @param[in]  无。
 * @param[out] 无。
 * @retval    无返回值。
 * @note      当前默认不会周期性调用；仅处理调用方显式准备过的发送队列内容。
 */
void CanFd::sendPrepared()
{
    for(size_t i = 0; i < kChannelCount; ++i) {
        auto &queue = s_txQueues[i];
        if(queue.count == 0U) {
            continue;
        }

        auto &frame = queue.frames[queue.head];
        const uint8_t mailbox = can_message_transmit(kChannels[i].canPeriph, &frame.tx_message);
        if(mailbox != CAN_NOMAILBOX) {
            s_diag.tx_count++;
            s_diag.last_payload_length = frame.tx_message.tx_dlen;
            s_diag.last_tx_id = frame.tx_message.tx_sfid;
            s_diag.last_tx_channel = static_cast<uint8_t>(i);
            queue.head = static_cast<uint8_t>((queue.head + 1U) % kTxQueueDepth);
            queue.count--;
        } else {
            s_diag.error_count++;
        }
    }
}

/**
 * @brief 查询三路 CAN 通道是否存在待消费接收报文。
 * @param[in]  无。
 * @param[out] 无。
 * @retval bool true 表示至少一条接收队列非空，false 表示当前三路均无待消费报文。
 */
bool CanFd::hasRxFrame()
{
    for(size_t i = 0; i < kChannelCount; ++i) {
        if(s_rxQueues[i].count != 0U) {
            return true;
        }
    }
    return false;
}

/**
 * @brief 轮转读取并消费一帧接收报文。
 * @param[in]  无。
 * @param[out] id      输出报文标识符；允许为空。
 * @param[out] data    输出报文数据缓存；允许为空。
 * @param[out] length  输出报文长度；允许为空。
 * @param[out] channel 输出报文来源通道号；允许为空。
 * @retval bool true 表示成功消费一帧报文，false 表示当前三路接收队列均为空。
 * @note      消费顺序采用从 `s_nextConsumeChannel` 开始的轮转扫描，避免长期偏向固定通道。
 */
bool CanFd::consumeRxFrame(uint32_t *id, uint8_t *data, uint8_t *length, uint8_t *channel)
{
    RxFrame localFrame{};
    bool found = false;

    __disable_irq();
    for(size_t n = 0; n < kChannelCount; ++n) {
        const uint8_t idx = static_cast<uint8_t>((s_nextConsumeChannel + n) % kChannelCount);
        auto &queue = s_rxQueues[idx];
        if(queue.count == 0U) {
            continue;
        }

        localFrame = queue.frames[queue.head];
        queue.head = static_cast<uint8_t>((queue.head + 1U) % kRxQueueDepth);
        queue.count--;
        s_nextConsumeChannel = static_cast<uint8_t>((idx + 1U) % kChannelCount);
        found = true;
        break;
    }
    __enable_irq();

    if(!found) {
        return false;
    }

    if(channel) *channel = localFrame.channel;
    if(id)      *id = localFrame.id;
    if(length)  *length = localFrame.length;
    if(data) {
        for(uint8_t i = 0; i < localFrame.length; ++i) {
            data[i] = localFrame.data[i];
        }
    }
    return true;
}

/**
 * @brief 获取 CANFD 诊断统计信息只读指针。
 * @param[in]  无。
 * @param[out] 无。
 * @retval const CanFd::Diag* 返回内部诊断统计结构体只读指针。
 */
const CanFd::Diag *CanFd::diag()
{
    return &s_diag;
}

/**
 * @brief 将三路 TCAN1057A 收发器置为 Normal 模式。
 * @param[in]  无。
 * @param[out] 无。
 * @retval    无返回值。
 * @note      对所有通道统一将 SLP/STB 控制脚拉低。
 */
void CanFd::setNormalMode()
{
    for(size_t i = 0; i < kChannelCount; ++i) {
        gpio_bit_reset(kChannels[i].slpPort, kChannels[i].slpPin);
    }
}

/**
 * @brief 将三路 TCAN1057A 收发器置为 Silent 模式。
 * @param[in]  无。
 * @param[out] 无。
 * @retval    无返回值。
 * @note      对所有通道统一将 SLP/STB 控制脚拉高。
 */
void CanFd::setSilentMode()
{
    for(size_t i = 0; i < kChannelCount; ++i) {
        gpio_bit_set(kChannels[i].slpPort, kChannels[i].slpPin);
    }
}

/**
 * @brief 处理指定通道的 RX0 中断接收。
 * @param[in]  channelIndex 目标 CAN 通道索引（0/1/2）。
 * @param[out] 无。
 * @retval    无返回值。
 * @note      从对应控制器 FIFO0 取出一帧报文，更新诊断统计，并写入该通道软件接收队列。
 */
void CanFd::handleRxInterrupt(uint8_t channelIndex)
{
    if(channelIndex >= kChannelCount) return;
    const auto &ch = kChannels[channelIndex];

    if(can_interrupt_flag_get(ch.canPeriph, CAN_INT_FLAG_RFL0) == RESET) return;

    can_receive_message_struct rx_message{};
    can_struct_para_init(CAN_RX_MESSAGE_STRUCT, &rx_message);
    can_message_receive(ch.canPeriph, CAN_FIFO0, &rx_message);

    s_diag.rx_count++;
    s_diag.last_rx_channel = channelIndex;
    s_diag.last_payload_length = rx_message.rx_dlen;
    s_diag.last_rx_fd_flag = rx_message.fd_flag;
    s_diag.last_rx_brs = rx_message.fd_brs;
    s_diag.last_rx_esi = rx_message.fd_esi;
    s_diag.last_rx_id = (rx_message.rx_ff == CAN_FF_STANDARD) ? rx_message.rx_sfid : rx_message.rx_efid;

    auto &queue = s_rxQueues[channelIndex];
    if(queue.count >= kRxQueueDepth) {
        s_diag.rx_drop_count++;
    } else {
        auto &frame = queue.frames[queue.tail];
        frame.channel = channelIndex;
        frame.id = s_diag.last_rx_id;
        frame.length = rx_message.rx_dlen;
        for(uint8_t i = 0; i < rx_message.rx_dlen; ++i) {
            frame.data[i] = rx_message.rx_data[i];
        }
        queue.tail = static_cast<uint8_t>((queue.tail + 1U) % kRxQueueDepth);
        queue.count++;
    }

    can_interrupt_flag_clear(ch.canPeriph, CAN_INT_FLAG_RFL0);
}

/**
 * @brief CAN0 兼容中断处理入口。
 * @param[in]  无。
 * @param[out] 无。
 * @retval    无返回值。
 * @note      兼容保留入口，内部统一转调 `handleRxInterrupt(0U)`。
 */
void CanFd::onRx0Interrupt()
{
    handleRxInterrupt(0U);
}

/* ----- 中断入口 C 包装 ------------------------------------------------- */
/**
 * @brief CAN0 RX0 中断向量入口。
 * @param[in]  无。
 * @param[out] 无。
 * @retval    无返回值。
 * @note      C 向量包装函数，内部转调 `CanFd::handleRxInterrupt(0U)`。
 */
extern "C" void CAN0_RX0_IRQHandler(void) { CanFd::handleRxInterrupt(0U); }

/**
 * @brief CAN1 RX0 中断向量入口。
 * @param[in]  无。
 * @param[out] 无。
 * @retval    无返回值。
 * @note      C 向量包装函数，内部转调 `CanFd::handleRxInterrupt(1U)`。
 */
extern "C" void CAN1_RX0_IRQHandler(void) { CanFd::handleRxInterrupt(1U); }

/**
 * @brief CAN2 RX0 中断向量入口。
 * @param[in]  无。
 * @param[out] 无。
 * @retval    无返回值。
 * @note      C 向量包装函数，内部转调 `CanFd::handleRxInterrupt(2U)`。
 */
extern "C" void CAN2_RX0_IRQHandler(void) { CanFd::handleRxInterrupt(2U); }