cbb
70daa4b0c6
- 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
294 lines
16 KiB
C++
294 lines
16 KiB
C++
/**
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* @file ethercat_can_bridge.h
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* @brief EtherCAT PDO ↔ CAN 转发桥（1.5.55）。
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*
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* 输出 PDO(0x7000, 主站→从站, 64B) = 待发送的 CAN 帧（数据区 32B）
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* 输入 PDO(0x6000, 从站→主站, 384B) = 桥状态 + 电机状态窗口 + 长帧快照
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*
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* 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，
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* 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
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* 「一次性事件」的标准做法，主站只需每次发送前把 seq 加一。
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*
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* RX 侧不能自己去 CanFd::consumeRxFrame() —— 那个队列已有唯一消费者
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* TaskRunner::taskCanRxParse()，两个消费者会互相抢帧，OTA relay / 电机状态
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* 会随机丢帧。改为由 taskCanRxParse() 的分发链回调 onCanFrame() 投递。
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* ── 1.5.55 为电机控制台扩容（32B/32B → 64B/384B）──
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*
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* 三个动机：
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* 1. TX 数据区 24B→32B。电机 CMD 是 DLC 32，旧 processOutput 里
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* `dlc > kEcatCanTxDataMax` 直接钳位到 24，后 8 字节被**静默丢弃**且不报错。
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* 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，
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* 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
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* 状态表（已按 node×channel 聚合，见 device/motor_state.h）取一个窗口，
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* 主站移动 win_base 即可 4 个周期扫完全部 27 槽。
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* 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。
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*
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* **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
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* tools/ecat 的 CAN 调试页（ecat.html）与 ecat_server.py 的 _can_decode_input
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* 不改一行也照常工作，扩容只是在后面追加新区段。
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*
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* ── 1.5.56 扩到 DPRAM 硬上限并加 CANFD 批量帧区（64/384 → 384/640）──
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* 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
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* （一个 seq 一帧）每周期最多一帧，4ms 周期就是 250 帧/s 上限，
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* 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，
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* 失去"同步下发"的意义。
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* 新增两个批量区，每条帧带 8B 头（ch/dlc/flags/rsvd + id）+ 数据：
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* 输出 48..383（336B）：批量发送，一个 seq 沿一次性发 N 帧
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* 输入 360..639（280B）：批量接收，一周期回收多帧而不是只带最近一帧
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*
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* 三条兼容性铁律（改动只做追加，不动既有偏移）：
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* 1. 输出 0..47 与 1.5.55 单帧布局完全一致（seq/ch/dlc/flags/id/win/data32）；
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* 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）；
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* 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。
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*
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* 上限推导（为何是 384+640 而不是更大）见 comm/ethercat_pdo_size.h。
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*/
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#ifndef COMM_ETHERCAT_CAN_BRIDGE_H
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#define COMM_ETHERCAT_CAN_BRIDGE_H
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#include <cstdint>
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#include "comm/ethercat_pdo_size.h"
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/** 输出 PDO(主站→从站, 384B)段 1（0..47）：单帧发送。**与 1.5.55 完全兼容**。 */
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enum : uint8_t {
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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） */
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ECAT_CAN_TX_OFF_CH = 1U, /**< 目标通道 0/1/2 */
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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） */
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ECAT_CAN_TX_OFF_FLAGS = 3U, /**< bit0=1 请求清零统计；其余保留 */
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ECAT_CAN_TX_OFF_ID = 4U, /**< CAN ID，小端 uint32（29 位扩展帧） */
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ECAT_CAN_TX_OFF_WIN = 8U, /**< 请求回传的电机槽窗口起始下标 0..26 */
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/* 9..15 保留：让数据区落在 16 字节边界，hexdump 排查时对齐好读 */
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ECAT_CAN_TX_OFF_DATA = 16U, /**< 数据区起点，32 字节（一帧电机 CMD） */
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};
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/** 输出 PDO 段 2（48..383）：CANFD 批量发送区（1.5.56 新增）。 */
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enum : uint16_t {
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ECAT_TXB_OFF_COUNT = 48U, /**< 本次要发的帧数 0..kEcatTxBatchMax；0=不发批量 */
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ECAT_TXB_OFF_FLAGS = 49U, /**< bit0=1 遇错即停(默认继续发完并各自记结果) */
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ECAT_TXB_OFF_RSVD = 50U, /**< 保留 2B，让帧数组从 52 起、每帧 8B 头对齐 */
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ECAT_TXB_OFF_ITEMS = 52U, /**< 帧数组起点，每项 (8B 头 + dlc 数据) 紧密排列 */
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};
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/** 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。 */
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enum : uint8_t {
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ECAT_FRM_OFF_CH = 0U, /**< 通道 0/1/2 */
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ECAT_FRM_OFF_DLC = 1U, /**< 数据长度 0..64（CANFD 全量） */
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ECAT_FRM_OFF_FLAGS = 2U, /**< 发送向:保留; 接收向 bit0=有效 */
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ECAT_FRM_OFF_RES = 3U, /**< 发送向:从站回填该帧发送结果; 接收向:保留 */
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ECAT_FRM_OFF_ID = 4U, /**< CAN ID，小端 uint32 */
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ECAT_FRM_HDR_SIZE = 8U, /**< 头长度，数据紧跟其后 */
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};
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/** 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**。 */
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enum : uint8_t {
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ECAT_CAN_RX_OFF_ACK = 0U, /**< 回显已执行的发送序号，主站据此确认送达 */
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ECAT_CAN_RX_OFF_CH = 1U, /**< 该帧来自哪个通道 */
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ECAT_CAN_RX_OFF_DLC = 2U, /**< 该帧数据长度（原始 DLC，未被截断前的值） */
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ECAT_CAN_RX_OFF_FLAGS = 3U, /**< bit0=有过接收；bit1=数据被截断到 8B */
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ECAT_CAN_RX_OFF_ID = 4U, /**< 该帧 CAN ID，小端 uint32 */
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ECAT_CAN_RX_OFF_DATA = 8U, /**< 数据区起点，8 字节（长帧见段 3） */
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ECAT_CAN_RX_OFF_RXCNT = 16U, /**< 累计接收帧数，小端 uint32 */
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ECAT_CAN_RX_OFF_TXRES = 20U, /**< 最近一次发送结果(CanTxResult 原值,0=OK) */
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ECAT_CAN_RX_OFF_BACKLOG = 21U, /**< 该通道软件 TX 队列积压 */
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ECAT_CAN_RX_OFF_TXCNT = 22U, /**< 累计发送受理帧数，小端 uint16 */
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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 */
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};
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/** 输入 PDO 段 2（32..319）：电机状态窗口头 + 槽数组。 */
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enum : uint16_t {
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ECAT_MOTW_OFF_ACTIVE = 32U, /**< 在线电机数 */
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ECAT_MOTW_OFF_BOOT = 33U, /**< 1=近 3s 收到过 0x103 BOOT 心跳 */
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ECAT_MOTW_OFF_WIN_BASE = 34U, /**< 本帧携带的槽窗口起始下标（回显主站请求） */
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ECAT_MOTW_OFF_WIN_COUNT = 35U, /**< 本帧携带的有效槽数（≤7） */
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ECAT_MOTW_OFF_GLOBAL_SEQ = 36U,/**< 状态表全局刷新序号，小端 uint32 */
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ECAT_MOTW_OFF_SLOTS = 40U, /**< 槽数组起点，7×40B */
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};
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/** 电机状态槽内部布局（40 字节）。 */
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enum : uint8_t {
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ECAT_MOT_OFF_NODE = 0U, /**< 节点号 1..9，0=空槽 */
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ECAT_MOT_OFF_CH = 1U, /**< CAN 通道 0/1/2 */
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ECAT_MOT_OFF_ONLINE = 2U, /**< 1=在线 */
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ECAT_MOT_OFF_DLC = 3U, /**< 最后一帧 STATUS 的 DLC（正常 32） */
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ECAT_MOT_OFF_SEQ = 4U, /**< STATUS 刷新序号，小端 uint32 */
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ECAT_MOT_OFF_STATUS = 8U, /**< 原始 STATUS payload，32 字节 */
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};
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/** 输入 PDO 段 3（320..359）：最近一帧**完整**快照（版本/CONFIG 帧要 24B）。 */
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enum : uint16_t {
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ECAT_XRX_OFF_CH = 320U, /**< 通道 */
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ECAT_XRX_OFF_DLC = 321U, /**< 原始 DLC（可达 32） */
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ECAT_XRX_OFF_FLAGS = 322U, /**< bit0=有效 */
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ECAT_XRX_OFF_RSVD = 323U,
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ECAT_XRX_OFF_ID = 324U, /**< CAN ID，小端 uint32 */
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ECAT_XRX_OFF_DATA = 328U, /**< 数据区，32 字节完整 payload */
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};
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/** 输入 PDO 段 4（360..639）：CANFD 批量接收区（1.5.56 新增）。 */
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enum : uint16_t {
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ECAT_RXB_OFF_COUNT = 360U, /**< 本周期回收的帧数 0..kEcatRxBatchMax */
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ECAT_RXB_OFF_LOST = 361U, /**< 本周期因批量区放不下而丢弃的帧数 */
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ECAT_RXB_OFF_PENDING = 362U, /**< 环形队列中仍待回收的帧数（主站据此提速） */
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ECAT_RXB_OFF_RSVD = 363U,
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ECAT_RXB_OFF_ITEMS = 364U, /**< 帧数组起点，项布局同 ECAT_FRM_OFF_* */
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};
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/** 输入 PDO 段 5（632..639）：设备诊断区（1.5.61 新增，尾部追加）。
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* 批量接收区最坏情况（全 DLC64 满帧）只用到 364+3×72=580，580..639 永久空闲，
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* 诊断区锚在 632 起的 8 字节，写侧是 EthercatPdo::process()。 */
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enum : uint16_t {
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ECAT_DIAG_OFF_LOAD = 632U, /**< 负载率，小端 uint16，单位 0.1%（1000=100%）。
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中断 + 非延迟处理段(任务派发/OTA relay)占墙钟比，
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不含常开轮询与空转；1s 滚动窗口（见 sys/cpu_load.h） */
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ECAT_DIAG_OFF_RSVD = 634U, /**< 保留 2B */
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ECAT_DIAG_OFF_SEQ = 636U, /**< 诊断区序号，小端 uint32，每完成一个统计窗口 +1，
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主站据此判断负载值是否仍在滚动刷新 */
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};
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/** 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）。 */
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constexpr uint8_t kEcatCanTxDataMax = 32U;
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/** 段 1 短快照数据区字节数（保持 1.5.53 兼容，勿改）。 */
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constexpr uint8_t kEcatCanRxDataMax = 8U;
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/** 段 3 长快照数据区字节数。 */
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constexpr uint8_t kEcatCanXRxDataMax = 32U;
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/** 单个电机状态槽字节数。 */
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constexpr uint8_t kEcatMotSlotSize = 40U;
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/** 一份输入 PDO 携带的电机状态槽数。 */
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constexpr uint8_t kEcatMotSlotsPerPdo = 7U;
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/** 过程数据长度，唯一真源见 comm/ethercat_pdo_size.h（C/C++ 共用）。 */
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constexpr uint16_t kEcatPdoOutBytes = ECAT_PDO_OUT_BYTES; /* 48×64bit = 384B */
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constexpr uint16_t kEcatPdoInBytes = ECAT_PDO_IN_BYTES; /* 80×64bit = 640B */
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/** CANFD 单帧数据上限（DLC 64）—— 批量区按此上限做容量推导。 */
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constexpr uint8_t kEcatCanFdDataMax = 64U;
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/** 批量发送区可用字节数与最坏情况（全 DLC64）帧数上限。 */
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constexpr uint16_t kEcatTxBatchBytes = (uint16_t)(kEcatPdoOutBytes - ECAT_TXB_OFF_ITEMS);
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constexpr uint8_t kEcatTxBatchMax =
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(uint8_t)(kEcatTxBatchBytes / (ECAT_FRM_HDR_SIZE + kEcatCanFdDataMax));
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/** 批量接收区可用字节数与最坏情况帧数上限。 */
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constexpr uint16_t kEcatRxBatchBytes = (uint16_t)(kEcatPdoInBytes - ECAT_RXB_OFF_ITEMS);
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constexpr uint8_t kEcatRxBatchMax =
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(uint8_t)(kEcatRxBatchBytes / (ECAT_FRM_HDR_SIZE + kEcatCanFdDataMax));
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/** 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。
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* 注意这是 RAM 成本(槽数 × 72B)，不是 PDO 成本。 */
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constexpr uint8_t kEcatRxRingSlots = (uint8_t)(kEcatRxBatchMax * 4U);
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/* 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。
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* 改槽数/槽大小时忘了同步 PDO 长度，会在这里编译期失败。 */
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static_assert(ECAT_MOTW_OFF_SLOTS + kEcatMotSlotsPerPdo * kEcatMotSlotSize
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<= ECAT_XRX_OFF_CH, "电机槽窗口与长帧快照区重叠");
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static_assert(ECAT_XRX_OFF_DATA + kEcatCanXRxDataMax <= ECAT_RXB_OFF_COUNT,
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"长帧快照区与批量接收区重叠");
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static_assert(ECAT_CAN_TX_OFF_DATA + kEcatCanTxDataMax <= ECAT_TXB_OFF_COUNT,
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"单帧发送数据区与批量发送区重叠");
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static_assert(ECAT_RXB_OFF_ITEMS < kEcatPdoInBytes, "批量接收区起点越界");
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static_assert(ECAT_TXB_OFF_ITEMS < kEcatPdoOutBytes, "批量发送区起点越界");
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||
/* 批量区至少要装得下一帧满长 CANFD，否则"批量"没有意义 */
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||
static_assert(kEcatTxBatchMax >= 1U, "批量发送区装不下一帧 DLC64");
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static_assert(kEcatRxBatchMax >= 1U, "批量接收区装不下一帧 DLC64");
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/* 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） */
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static_assert(ECAT_RXB_OFF_ITEMS + (uint16_t)kEcatRxBatchMax * (ECAT_FRM_HDR_SIZE + kEcatCanFdDataMax)
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||
<= ECAT_DIAG_OFF_LOAD, "批量接收区最坏占用与段5诊断区重叠");
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/**
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* @brief EtherCAT ↔ CAN 转发桥。
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* @note 全静态；PDO 侧函数在 Sync0_Isr(preempt=0) 或主循环 MainLoop 上下文执行，
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* onCanFrame() 在主循环 taskCanRxParse() 上下文执行。共享状态用 volatile +
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* 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）。
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* 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），
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* 用 s_xrxSeq seqlock 保证消费者不会读到"新数据+旧 ID"的混搭——
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* Sync0 是 preempt=0，critical.h 的 BASEPRI 方案挡不住它，故只能无锁协议。
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*/
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class EthercatCanBridge {
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public:
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/**
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* @brief 处理一份输出 PDO：seq 变化时向 CAN 发一帧。
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* @param[in] out kEcatPdoOutBytes 字节输出过程数据。
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||
* @note 由 APPL_Application() 每周期调用。
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*/
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static void processOutput(const uint8_t *out);
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||
/**
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||
* @brief 填充输入 PDO：桥状态 + 电机状态窗口 + 长帧快照。
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||
* @param[out] in kEcatPdoInBytes 字节输入过程数据（本函数负责全部写满）。
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*/
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||
static void buildInput(uint8_t *in);
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||
/**
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||
* @brief CAN 收帧投递入口。
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||
* @note 由 TaskRunner::taskCanRxParse() 在分发链里调用，不消费帧（不返回
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||
* "已处理"），只做旁路复制，因此不影响 OTA relay / 电机状态。
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||
*/
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static void onCanFrame(uint8_t channel, uint32_t id,
|
||
const uint8_t *data, uint8_t length);
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||
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||
/** @brief 桥接是否已收到过至少一帧（诊断用）。 */
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static bool hasReceived() { return s_rxValid; }
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private:
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/**
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||
* @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。
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||
*/
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||
static uint8_t sendBatch(const uint8_t *out);
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||
|
||
/** @brief 把接收环形队列里的帧尽量装进输入 PDO 批量区。 */
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||
static void fillRxBatch(uint8_t *in);
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||
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）。 */
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||
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）──
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||
* 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 */
|