DCU_APP/GD32E508_DCU_APP/sys/task_runner.cpp

/**
 * @file task_runner.cpp
 * @brief 任务执行器实现。
 */

#include "main.h"
#include "device/adc.h"
#include "device/watchdog.h"
#include "device/spi/app_spi_command.h"
#include "device/canfd.h"
#include "device/temp_sensor.h"
#include "sys/config.h"
#include "sys/ota_boot_request.h"
#include "sys/task_manager.h"
#include "sys/task_runner.h"
#include "comm/ethercat_slave.h"

namespace {
constexpr uint32_t kAdcFilterWindow = CONFIG_ADC_FILTER_SIZE + 1U;

/**
 * @brief Push one sample into a fixed-size sliding window buffer.
 * @param[in,out] buffer Sample buffer with `kAdcFilterWindow` elements.
 * @param[in] value New sample value.
 */
static void pushSample(float *buffer, float value)
{
    for(uint32_t i = 0U; i < CONFIG_ADC_FILTER_SIZE; ++i) {
        buffer[i] = buffer[i + 1U];
    }
    buffer[CONFIG_ADC_FILTER_SIZE] = value;
}

/**
 * @brief Apply median filtering to a fixed-size sample window.
 * @param[in] buffer Sample buffer with `kAdcFilterWindow` elements.
 * @return Median value in the current window.
 */
static float medianFilter(const float *buffer)
{
    float sorted[kAdcFilterWindow];

    for(uint32_t i = 0U; i < kAdcFilterWindow; ++i) {
        sorted[i] = buffer[i];
    }

    for(uint32_t i = 1U; i < kAdcFilterWindow; ++i) {
        const float key = sorted[i];
        uint32_t j = i;
        while((j > 0U) && (sorted[j - 1U] > key)) {
            sorted[j] = sorted[j - 1U];
            --j;
        }
        sorted[j] = key;
    }

    return sorted[kAdcFilterWindow / 2U];
}
} // namespace

struct TaskRunner::Runtime {
    temp_sensor_data_t sample{};
    float temperature_samples[kAdcFilterWindow] = {0.0f};
    float vdda_samples[kAdcFilterWindow] = {0.0f};
    float vin_adc_samples[kAdcFilterWindow] = {0.0f};
    uint16_t last_vin_raw = 0U;
    uint16_t last_vref_raw = 0U;
    uint16_t last_temp_raw = 0U;
    uint8_t last_rx_channel = 0U;
    uint32_t last_rx_id = 0U;
    uint8_t last_rx_len = 0U;
    uint8_t last_rx_data[64] = {0};
};

TaskRunner::Runtime TaskRunner::s_runtime;

/**
 * @brief 采样 VIN 与 VREF 原始 ADC 数值。
 * @param[in]  无。
 * @param[out] 无。
 * @retval    无返回值。
 * @note      从 ADC DMA 缓冲中读取外部 VIN_ADC 与内部 VREFINT 通道最新值。
 */
void TaskRunner::taskAdcVrefSample()
{
    s_runtime.last_vin_raw = Adc::readVinRaw();
    s_runtime.last_vref_raw = Adc::readVrefRaw();
}

/**
 * @brief 采样内部温度通道原始 ADC 数值。
 * @param[in]  无。
 * @param[out] 无。
 * @retval    无返回值。
 * @note      读取 ADC DMA 缓冲中的内部温度通道最新值。
 */
void TaskRunner::taskAdcTempSample()
{
    s_runtime.last_temp_raw = Adc::readTempRaw();
}

/**
 * @brief 根据原始采样值计算工程量结果。
 * @param[in]  无。
 * @param[out] 无。
 * @retval    无返回值。
 * @note      输出 `vin_adc_v`、`vdda` 和 `temperature` 等可直接使用的工程值。
 */
void TaskRunner::taskAdcProcess()
{
    auto &s = s_runtime.sample;
    const float vdda = Adc::calculateVdda(s_runtime.last_vref_raw);
    const float vin_adc_v = Adc::calculateVinAdcVoltage(s_runtime.last_vin_raw, vdda);
    const float temperature = Adc::calculateTemperature(s_runtime.last_temp_raw, vdda);
    const bool sampleValid = (s_runtime.last_vref_raw > 0U) &&
                             (s_runtime.last_vref_raw < 4095U) &&
                             (s_runtime.last_temp_raw > 0U) &&
                             (s_runtime.last_temp_raw < 4095U) &&
                             (vdda >= 2.7f) && (vdda <= 3.6f) &&
                             (temperature >= -40.0f) && (temperature <= 125.0f);

    if(sampleValid) {
        pushSample(s_runtime.vdda_samples, vdda);
        pushSample(s_runtime.vin_adc_samples, vin_adc_v);
        pushSample(s_runtime.temperature_samples, temperature);
    }

    s.vin_raw = s_runtime.last_vin_raw;
    s.vref_raw = s_runtime.last_vref_raw;
    s.temp_raw = s_runtime.last_temp_raw;
    s.vdda = medianFilter(s_runtime.vdda_samples);
    s.vin_adc_v = medianFilter(s_runtime.vin_adc_samples);
    s.temperature = medianFilter(s_runtime.temperature_samples);
    s.valid = sampleValid ? 1U : 0U;
}

/**
 * @brief 执行兼容保留的 CAN 接收轮询任务。
 * @param[in]  无。
 * @param[out] 无。
 * @retval    无返回值。
 * @note      当前三路 CANFD 接收已由 RX0 中断驱动，该任务仅保留接口兼容性。
 */
void TaskRunner::taskCanRxPoll()   { CanFd::poll(); }

/**
 * @brief 执行预留的 CAN 发送执行任务。
 * @param[in]  无。
 * @param[out] 无。
 * @retval    无返回值。
 * @note      当前阶段不做周期性发送调度；若后续需要显式验证某一路发送能力，可由调用方先 prepare，再直接调用 `CanFd::sendPrepared()`。
 */
void TaskRunner::taskCanTxSend()
{
    /* 启动后每 100ms 轮流发送一路 CAN 通道的 CANFD+BRS 64 字节测试帧。
     * 三路通道时分复用：CH0→CH1→CH2→CH0→...，每 100ms 只发一路，
     * 避免多路同时发送导致总线仲裁冲突（当多路并接到同一总线时）。
     * 帧格式：扩展帧 29-bit ID，CANFD+BRS，DLC=64。
     * 载荷布局：
     *   [0]     通道号 0/1/2
     *   [1]     保留
     *   [2..5]  发送序号（小端 uint32，每通道独立递增）
     *   [6..9]  系统运行秒数 g_app_uptime_sec（小端 uint32）
     *   [10..63] 递增填充，按通道偏移便于抓包区分 */
    static uint32_t seq[3] = {0U, 0U, 0U};
    static uint8_t round = 0U;  /* 0=CH0, 1=CH1, 2=CH2, 轮流 */

    const uint8_t ch = round;
    round = (round + 1U) % 3U;

    /* 跳过已禁用的通道 */
    if (!CanFd::isChannelEnabled(ch)) {
        return;
    }

    uint8_t data[64];
    data[0] = ch;
    data[1] = 0U;
    const uint32_t s = seq[ch];
    data[2] = static_cast<uint8_t>(s & 0xFFU);
    data[3] = static_cast<uint8_t>((s >> 8) & 0xFFU);
    data[4] = static_cast<uint8_t>((s >> 16) & 0xFFU);
    data[5] = static_cast<uint8_t>((s >> 24) & 0xFFU);
    data[6] = static_cast<uint8_t>(g_app_uptime_sec & 0xFFU);
    data[7] = static_cast<uint8_t>((g_app_uptime_sec >> 8) & 0xFFU);
    data[8] = static_cast<uint8_t>((g_app_uptime_sec >> 16) & 0xFFU);
    data[9] = static_cast<uint8_t>((g_app_uptime_sec >> 24) & 0xFFU);
    for (uint8_t i = 10U; i < 64U; ++i) {
        data[i] = static_cast<uint8_t>(i + ch * 0x40U);
    }

    const uint32_t extId = 0x1FFFFF00U | static_cast<uint32_t>(ch);
    CanFd::transmitFrame(ch, extId, data, 64U);
    seq[ch]++;
}

/**
 * @brief 批量解析并消费待处理的 CAN 接收报文。
 * @param[in]  无。
 * @param[out] 无。
 * @retval    无返回值。
 * @note      一次任务按预算尽量清空软件接收队列；若仍有积压，则重新置位解析任务。
 */
void TaskRunner::taskCanRxParse()
{
    uint32_t consumed = 0U;
    while(consumed < CONFIG_CAN_RX_PARSE_BUDGET) {
        if(!CanFd::consumeRxFrame(&s_runtime.last_rx_id, s_runtime.last_rx_data, &s_runtime.last_rx_len, &s_runtime.last_rx_channel)) {
            break;
        }
        if(OtaBootRequest::handleCanFrame(s_runtime.last_rx_channel,
                                          s_runtime.last_rx_id,
                                          s_runtime.last_rx_data,
                                          s_runtime.last_rx_len)) {
            OtaBootRequest::process();
            return;
        }
        consumed++;
    }

    if(CanFd::hasRxFrame()) {
        TaskManager::set(1UL << TASK_CAN_RX_PARSE);
    }
}

/**
 * @brief 执行预留的 CAN 发送准备任务。
 * @param[in]  无。
 * @param[out] 无。
 * @retval    无返回值。
 * @note      当前阶段三路 CANFD 仅要求底层收发能力可用，不做周期性业务状态广播。
 */
void TaskRunner::taskCanTxPrepare()
{
    /* 当前阶段不做周期性业务状态广播。 */
}

/**
 * @brief 执行状态灯维护任务。
 * @param[in]  无。
 * @param[out] 无。
 * @retval    无返回值。
 * @note      当前仅保留任务入口。
 */
void TaskRunner::taskStatusLed()      { /* 预留 */ }

/**
 * @brief 执行系统心跳维护任务。
 * @param[in]  无。
 * @param[out] 无。
 * @retval    无返回值。
 * @note      当前仅保留任务入口。
 */
void TaskRunner::taskHeartbeat()      { OtaBootRequest::process(); CanFd::refreshFeedbackSnapshot(); }

/**
 * @brief 输出当前温度、电压与 CAN 诊断信息。
 * @param[in]  无。
 * @param[out] 无。
 * @retval    无返回值。
 * @note      由 1 秒节拍触发，通过 UART 打印当前温度、电压；采用定点整数格式，避免依赖浮点 `printf` 支持。
 */
void TaskRunner::taskDiagnosticPrint()
{
    const auto *diag = CanFd::diag();
    const auto &s = s_runtime.sample;
    const int32_t temp_x100 = static_cast<int32_t>(s.temperature * 100.0f);
    const uint32_t vdda_mV = static_cast<uint32_t>(s.vdda * 1000.0f);
    const uint32_t vin_adc_mV = static_cast<uint32_t>(s.vin_adc_v * 1000.0f);

#if (CONFIG_UART_DIAG_LEVEL == 0)
    printf("[APP] uptime=%lus valid=%u, temp_raw=%u, vref_raw=%u, temp=%ld.%02ld C, vdda=%lu.%03lu V, vin_adc=%lu.%03lu V\r\n",
           (unsigned long)g_app_uptime_sec,
           static_cast<unsigned int>(s.valid),
           static_cast<unsigned int>(s.temp_raw),
           static_cast<unsigned int>(s.vref_raw),
           static_cast<long>(temp_x100 / 100),
           static_cast<long>((temp_x100 >= 0 ? temp_x100 : -temp_x100) % 100),
           static_cast<unsigned long>(vdda_mV / 1000U),
           static_cast<unsigned long>(vdda_mV % 1000U),
           static_cast<unsigned long>(vin_adc_mV / 1000U),
           static_cast<unsigned long>(vin_adc_mV % 1000U));
#else
    printf("[APP] uptime=%lus valid=%u, temp=%ld.%02ld C, vdda=%lu.%03lu V, vin_adc=%lu.%03lu V, rx_ch=%u, rx_id=0x%08lX, rx_len=%u, tx_ch=%u, can_tx=%lu, can_rx=%lu, sw_drop=%lu, hw_full=%lu, hw_over=%lu, tx_drop=%lu, tx_abort=%lu, can_err=%lu\r\n",
           (unsigned long)g_app_uptime_sec,
           static_cast<unsigned int>(s.valid),
           static_cast<long>(temp_x100 / 100),
           static_cast<long>((temp_x100 >= 0 ? temp_x100 : -temp_x100) % 100),
           static_cast<unsigned long>(vdda_mV / 1000U),
           static_cast<unsigned long>(vdda_mV % 1000U),
           static_cast<unsigned long>(vin_adc_mV / 1000U),
           static_cast<unsigned long>(vin_adc_mV % 1000U),
           static_cast<unsigned int>(s_runtime.last_rx_channel),
           static_cast<unsigned long>(s_runtime.last_rx_id),
           static_cast<unsigned int>(s_runtime.last_rx_len),
           static_cast<unsigned int>(diag->last_tx_channel),
           static_cast<unsigned long>(diag->tx_count),
           static_cast<unsigned long>(diag->rx_count),
           static_cast<unsigned long>(diag->rx_drop_count),
           static_cast<unsigned long>(diag->rx_fifo_full_count),
           static_cast<unsigned long>(diag->rx_fifo_overfull_count),
           static_cast<unsigned long>(diag->tx_drop_count),
           static_cast<unsigned long>(diag->tx_abort_count),
           static_cast<unsigned long>(diag->error_count));
#endif

    {
        if (EthercatSlave::isEscReady()) {
            uint32_t maxCyc = 0U, avgCyc = 0U, cnt = 0U;
            EthercatSlave::getIsrStats(&maxCyc, &avgCyc, &cnt);
            /* 180MHz: cycles / 180 = µs;用 *1000/180 获得毫微秒精度避免浮点 */
            const uint32_t maxUs_x1000 = maxCyc * 1000U / 180U;
            const uint32_t avgUs_x1000 = avgCyc * 1000U / 180U;
            printf("[ECAT] periodicIsr cnt=%lu max=%lu.%03luus avg=%lu.%03luus\r\n",
                   (unsigned long)cnt,
                   (unsigned long)(maxUs_x1000 / 1000U), (unsigned long)(maxUs_x1000 % 1000U),
                   (unsigned long)(avgUs_x1000 / 1000U), (unsigned long)(avgUs_x1000 % 1000U));
        } else {
            printf("[ECAT] ESC not detected (chip id=0x%08lX), EtherCAT disabled\r\n",
                   (unsigned long)EthercatSlave::getChipId());
        }
    }
}

/**
 * @brief 执行 SPI CS release 后推迟的命令解析(从 ISR 移出)。
 * @param[in]  无。
 * @param[out] 无。
 * @retval    无返回值。
 * @note      ISR 瘦身:onCsRelease() 仅置位 TASK_SPI_CMD_PROCESS,实际解析在此执行。
 */
void TaskRunner::taskSpiCmdProcess()
{
    AppSpiCommandBus.processPendingCommand();
}

/**
 * @brief 执行 EtherCAT 周期/事件处理(非实时应用层 PDO 映射)。
 * @param[in]  无。
 * @param[out] 无。
 * @retval    无返回值。
 * @note      由周期 ISR(EXTI0 SYNC0)或 ESC 事件 ISR(EXTI1 IRQ)置位 TASK_ETHERCAT_PROCESS。
 */
void TaskRunner::taskEthercatProcess()
{
    EthercatSlave::process();
}

/**
 * @brief 初始化任务执行器运行时上下文。
 * @param[in]  无。
 * @param[out] 无。
 * @retval    无返回值。
 * @note      执行一次完整 ADC 采样，并同步填充运行时缓存的原始值起点。
 */
void TaskRunner::init()
{
    Adc::collectSample(&s_runtime.sample);
    s_runtime.last_vin_raw = s_runtime.sample.vin_raw;
    s_runtime.last_vref_raw = s_runtime.sample.vref_raw;
    s_runtime.last_temp_raw = s_runtime.sample.temp_raw;

    for(uint32_t i = 0U; i < kAdcFilterWindow; ++i) {
        s_runtime.temperature_samples[i] = s_runtime.sample.temperature;
        s_runtime.vdda_samples[i] = s_runtime.sample.vdda;
        s_runtime.vin_adc_samples[i] = s_runtime.sample.vin_adc_v;
    }
}

/**
 * @brief 执行当前所有已置位的待处理任务。
 * @param[in]  无。
 * @param[out] 无。
 * @retval    无返回值。
 * @note      先原子取出任务位图；若当前没有待处理任务则直接返回。
 */
void TaskRunner::runPending()
{
    Watchdog::feed();

    /* 周期路径( SYNC0 ISR preempt=0 )用 s_periodicSeq 序列号通知主循环,
     * 不再走 task_flags,避免 BASEPRI 临界区与 preempt=0 的 RMW 竞态。
     * 优先于 takePending() 处理,确保周期数据及时消费。
     * ESC 未焊接时 selfTest 失败,isEscReady()=false,中断未使能,
     * s_periodicSeq 不会递增,此分支自然不触发——双重守卫仅为防御性编程。 */
    if (EthercatSlave::isEscReady() && EthercatSlave::hasPendingPeriodic()) {
        EthercatSlave::markPeriodicProcessed();
        taskEthercatProcess();
    }

    const uint32_t pending = TaskManager::takePending();
    if(pending == 0U) return;

    if(pending & (1UL << TASK_ADC_VREF_SAMPLE))  taskAdcVrefSample();
    if(pending & (1UL << TASK_ADC_TEMP_SAMPLE))  taskAdcTempSample();
    if(pending & (1UL << TASK_ADC_PROCESS))      taskAdcProcess();
    if(pending & (1UL << TASK_CAN_RX_POLL))      taskCanRxPoll();
    if(pending & (1UL << TASK_CAN_RX_PARSE))     taskCanRxParse();
    if(pending & (1UL << TASK_CAN_TX_SEND))      taskCanTxSend();
    if(pending & (1UL << TASK_STATUS_LED))       taskStatusLed();
    if(pending & (1UL << TASK_HEARTBEAT))        taskHeartbeat();
    if(pending & (1UL << TASK_DIAGNOSTIC_PRINT)) taskDiagnosticPrint();
    if(pending & (1UL << TASK_SPI_LOG))         AppSpiCommandBus.poll();
    if(pending & (1UL << TASK_SPI_CMD_PROCESS)) taskSpiCmdProcess();
    if(pending & (1UL << TASK_ETHERCAT_PROCESS)) taskEthercatProcess();
}