DCU_APP/GD32E508_DCU_APP/comm/ethercat_diff_stats.cpp

/**
 * @file ethercat_diff_stats.cpp
 * @brief [DIFF-STATS] 输入镜像差分统计实现（度量定义与存在理由见 ethercat_diff_stats.h）。
 *
 * 整文件由 CONFIG_ECAT_DIFF_STATS 门控：置 0 时不参与编译，挂接点各自也有 #if，
 * 因此关掉之后固件与改造前逐字节等价。
 */
#include "comm/ethercat_diff_stats.h"

#include <cstring>

#include "RTE_Components.h"
#include CMSIS_device_header

#include "comm/ethercat_pdo_size.h"
#include "sys/config.h"

#if CONFIG_ECAT_DIFF_STATS

namespace {

constexpr uint16_t kInBytes  = (uint16_t)ECAT_PDO_IN_BYTES;
constexpr uint32_t kInWords  = (uint32_t)kInBytes / 4U;   /* 600/4=150，无尾巴字节 */
constexpr uint8_t  kSegCount = 5U;

/**
 * @brief 各段字节上界（开区间），用于把变化量归到布局段落。
 * @note  584..599 的"段5 诊断 + 4B 保留"合并计：差分写不会单独优化保留区，
 *        拆开只是多一档，但保留区若在涨就说明有东西在越界写，所以仍要看得见。
 */
constexpr uint16_t kSegEnd[kSegCount] = {32U, 320U, 360U, 584U, kInBytes};

/** @brief 上一份已发布的镜像。alignas(4) 是让优化器能把 4 字节 memcpy 折成单条
 *         LDR 的前提——丢了它，比对会从 ~150 次字访问退化成 600 次字节访问。 */
alignas(4) uint8_t s_prev[kInBytes];
bool     s_havePrev = false;

/* ── 正在累积的窗口 ── */
uint32_t s_curCycles     = 0U;
uint32_t s_curChangedMax = 0U;
uint32_t s_curRunsTotal  = 0U;
uint32_t s_curRunsMax    = 0U;
uint32_t s_curCompareCyc = 0U;
uint32_t s_curSeg[kSegCount] = {0U, 0U, 0U, 0U, 0U};
uint32_t s_winStart      = 0U;

/* ── 上一个已完成的窗口（getter 只读这份，保证主站拿到的是稳定值）── */
uint32_t s_winCycles     = 0U;
uint32_t s_winChangedMax = 0U;
uint32_t s_winRunsTotal  = 0U;
uint32_t s_winRunsMax    = 0U;
uint32_t s_winCompareCyc = 0U;
uint32_t s_winSeg[kSegCount] = {0U, 0U, 0U, 0U, 0U};
uint32_t s_windowSeq     = 0U;

/** @brief 字节偏移所属段号。只对"确实变了"的字调用，线性 5 次比较足够。 */
uint8_t segOf(uint32_t byteOff)
{
    for (uint8_t i = 0U; i < kSegCount; ++i) {
        if (byteOff < (uint32_t)kSegEnd[i]) {
            return i;
        }
    }
    return (uint8_t)(kSegCount - 1U);   /* 理论上到不了：kSegEnd[4] == kInBytes */
}

/** @brief 结算窗口：把累加值搬成"上一个完整窗口"，再清零重新计时。 */
void rollWindow(uint32_t now)
{
    s_winCycles     = s_curCycles;
    s_winChangedMax = s_curChangedMax;
    s_winRunsTotal  = s_curRunsTotal;
    s_winRunsMax    = s_curRunsMax;
    s_winCompareCyc = s_curCompareCyc;
    for (uint8_t i = 0U; i < kSegCount; ++i) {
        s_winSeg[i] = s_curSeg[i];
        s_curSeg[i] = 0U;
    }
    s_curCycles     = 0U;
    s_curChangedMax = 0U;
    s_curRunsTotal  = 0U;
    s_curRunsMax    = 0U;
    s_curCompareCyc = 0U;
    s_winStart      = now;
    s_windowSeq++;
}

} /* namespace */

/**
 * @brief 与上一份已发布镜像比对并累计统计。
 * @note  .ramfunc：每拍在 PDI_Isr 里跑。放 flash 会带来等待态，既污染本仪表
 *        自己要测的 compareCyc，也给被测的写侧窗口添无谓的额外占用。
 */
__attribute__((section(".ramfunc"), noinline))
void EthercatDiffStats::observe(const uint8_t *cur) noexcept
{
    const uint32_t t0 = DWT->CYCCNT;

    if (!s_havePrev) {
        /* 首拍只建基准：否则第一拍会把"整 600B 都变了"记成样本，把 changedMax
         * 和段计数全钉在无意义的上限上。 */
        std::memcpy(s_prev, __builtin_assume_aligned(cur, 4), kInBytes);
        s_havePrev = true;
        s_winStart = DWT->CYCCNT;
        return;
    }

    uint32_t changed = 0U;
    uint32_t runs    = 0U;
    bool     inRun   = false;

    /* 对齐必须在调用点再声明一次：alignas(4) 只到形参为止，函数签名是
     * const uint8_t*，优化器看不见对齐就无从折字访问。实测两版都因此慢到不能用——
     * 移位版反汇编出 8 条 ldrb.w/字（41µs/拍），memcpy 版 21µs/拍 —— 而这个数会被
     * 直接读成"差分判断很贵"，是仪表自己造的假象，不是差分的成本。 */
    const uint8_t *prevW = static_cast<const uint8_t *>(__builtin_assume_aligned(s_prev, 4));
    const uint8_t *curW  = static_cast<const uint8_t *>(__builtin_assume_aligned(cur, 4));

    for (uint32_t w = 0U; w < kInWords; ++w) {
        const uint32_t o = w * 4U;
        uint32_t a;
        uint32_t b;
        /* assume_aligned + memcpy：不碰严格别名，又能让 -Oz 折成单条 LDR。 */
        std::memcpy(&a, prevW + o, 4U);
        std::memcpy(&b, curW + o, 4U);
        if (a == b) {
            inRun = false;
            continue;
        }
        changed += 4U;
        if (!inRun) {
            runs++;
            inRun = true;
        }
        s_curSeg[segOf(o)] += 4U;
    }

    s_curCycles++;
    s_curRunsTotal += runs;
    if (changed > s_curChangedMax) { s_curChangedMax = changed; }
    if (runs    > s_curRunsMax)    { s_curRunsMax    = runs;    }

    std::memcpy(s_prev, curW, kInBytes);

    const uint32_t t1 = DWT->CYCCNT;
    /* 比对自身开销：不含上面那次 600B 快照搬运（那是差分写真要做时要付的成本之一，
     * 单列出来才看得清"光判断"值多少钱）。 */
    s_curCompareCyc += (uint32_t)(t1 - t0);

    /* SystemCoreClock 个计数 = 1s（与 sys/cpu_load.cpp 同法；DWT 32 位约 23.8s
     * 绕回，窗口远短于此，无绕回问题）。 */
    if ((uint32_t)(t1 - s_winStart) >= SystemCoreClock) {
        rollWindow(t1);
    }
}

void EthercatDiffStats::reset() noexcept
{
    s_havePrev = false;
}

uint32_t EthercatDiffStats::windowSeq()    noexcept { return s_windowSeq; }
uint32_t EthercatDiffStats::cycles()       noexcept { return s_winCycles; }
uint32_t EthercatDiffStats::changedMax()   noexcept { return s_winChangedMax; }
uint32_t EthercatDiffStats::runsTotal()    noexcept { return s_winRunsTotal; }
uint32_t EthercatDiffStats::runsMax()      noexcept { return s_winRunsMax; }
uint32_t EthercatDiffStats::seg1Bytes()    noexcept { return s_winSeg[0]; }
uint32_t EthercatDiffStats::seg2Bytes()    noexcept { return s_winSeg[1]; }
uint32_t EthercatDiffStats::seg3Bytes()    noexcept { return s_winSeg[2]; }
uint32_t EthercatDiffStats::seg4Bytes()    noexcept { return s_winSeg[3]; }
uint32_t EthercatDiffStats::seg5Bytes()    noexcept { return s_winSeg[4]; }
uint32_t EthercatDiffStats::compareCyc()   noexcept { return s_winCompareCyc; }

/* ── 供 dc_app.c(C 侧对象字典) 取值：一次拿全 11 个窗口值，避免 11 次跨语言调用 ── */
extern "C" {

/**
 * @brief [DIFF-STATS] 读上一个完整 1s 窗口的统计值。
 * @param[out] out 依次对应 0x2000 sub13..sub23。
 *         形参用 uint32_t 而非 SSC 的 UINT32 别名：本翻译单元不引 SSC 头，
 *         两者同为 32 位无符号，C 侧声明仍按 UINT32 写。
 */
void EcatDiffStats_GetWindow(uint32_t *out)
{
    if (out == nullptr) {
        return;
    }
    out[0]  = EthercatDiffStats::windowSeq();
    out[1]  = EthercatDiffStats::cycles();
    out[2]  = EthercatDiffStats::changedMax();
    out[3]  = EthercatDiffStats::runsTotal();
    out[4]  = EthercatDiffStats::runsMax();
    out[5]  = EthercatDiffStats::seg1Bytes();
    out[6]  = EthercatDiffStats::seg2Bytes();
    out[7]  = EthercatDiffStats::seg3Bytes();
    out[8]  = EthercatDiffStats::seg4Bytes();
    out[9]  = EthercatDiffStats::seg5Bytes();
    out[10] = EthercatDiffStats::compareCyc();
}

} /* extern "C" */

#else /* !CONFIG_ECAT_DIFF_STATS */
/* 关掉时仍导出同名取值函数并填 0：这样 dc_app.c 的挂接点不需要再套一层
 * #if，子索引数量也保持与开启版一致(主站读到的恒 0，脚本按 winseq==0 判'未启用')。
 * 留一个空函数体反而会漏掉符号——1.6.20 首编就是栽在这里(L6218E)。 */
extern "C" void EcatDiffStats_GetWindow(uint32_t *out)
{
    if (out == nullptr) {
        return;
    }
    for (uint32_t i = 0U; i < 11U; ++i) {
        out[i] = 0U;
    }
}

#endif /* CONFIG_ECAT_DIFF_STATS */