/* * spi_master.h - SPI Master 驱动头文件 * CANFD 3通道发送接口 + 底层 SPI 总线 * * SpiMaster 类封装 SPI 总线初始化、CANFD 通信和 SPI OTA 协议。 * * 握手架构（线与 SPIready，GPIO10<->GD32 PB6 开漏单线）： * - 空闲态线 HIGH（双方释放，靠上拉）。 * - ESP32 主动发起：下拉 SPIready -> 立刻 CS 发请求 -> CS 释放后保持下拉， * GD32 在 onCsRelease() ISR 内完成帧处理+响应装载后释放 SPIready（高）， * ESP32 GPIO 上升沿中断唤醒后发起 CS#2 读响应。 * - GD32 主动按铃：下拉 SPIready -> ESP32 下降沿中断唤醒后发起读事务。 */ #ifndef SPI_MASTER_H #define SPI_MASTER_H #include #include "driver/spi_master.h" #include "driver/gpio.h" #include "freertos/FreeRTOS.h" #include "freertos/semphr.h" #include "freertos/queue.h" #include "freertos/task.h" #include "spi_link_v2.h" // SPI 配置常量 #define SPI_MASTER_CS_GPIO (4) // CS 片选引脚 #define SPI_CLOCK_HZ CONFIG_DCU_SPI_CLOCK_HZ // 默认 4MHz，可在 menuconfig 手动提速 #define SPI_MODE (0) // CPOL=0, CPHA=0 #define SPI_QUEUE_SIZE (4) ///< SPI 事务队列深度 #define SPI_READY_GPIO (10) // 线与 SPIready 握手引脚（开漏，GPIO10<->GD32 PB6） #define SPI_READY_TIMEOUT_MS (200) // 等待 SPIready 上升沿超时（毫秒） #define SPI_OTA_FRAME_MAX (256) ///< SPI 同步帧最大字节数 // GD32 SPI 同步帧类型 #define SPI_OTA_CMD_REQ (0x01) #define SPI_OTA_CMD_DATA (0x02) #define SPI_APP_ENTER_BOOT_CMD (0xB0) #define SPI_APP_ENTER_BOOT_ACK_OK (0xB5) // GD32 APP 固件须同步修改 ACK 字节为 0xB5 #define SPI_OTA_RSP_ACK (0x80) #define SPI_OTA_RSP_WAIT (0x81) #define SPI_OTA_RSP_ERROR (0x82) // GD32 版本信息（从 APP PING 响应解析） typedef struct { uint16_t app_major; uint16_t app_minor; uint16_t app_patch; uint16_t app_build; uint16_t boot_major; uint16_t boot_minor; uint16_t boot_patch; uint16_t boot_build; } gd32_version_t; /** * @brief SPI Master 驱动类（单例） * * 封装 SPI 总线初始化、同步传输、CANFD 通信和 SPI OTA 协议。 */ class SpiMaster { public: /** * @brief 获取 SpiMaster 单例实例。 * @return SpiMaster 单例引用。 */ static SpiMaster& instance(); /** @brief 初始化 SPI2 总线与目标从设备。 */ esp_err_t init(); // ============================================================ // SPI OTA 协议 // ============================================================ /** @brief 仅执行 SPI OTA 响应读取事务，不重复发送请求帧。 */ esp_err_t otaPollResponse(uint8_t *resp_type, uint8_t *resp_payload, size_t resp_max, size_t *resp_len, uint32_t timeout_ms); /** @brief ESP32→GD32 发送命令 + 轮询读取真实响应（两步法，原子持锁）。 * * 解决 GD32 "延迟一拍"协议：transact 首笔 CS 读到过期响应， * otaPollResponse 读取本笔命令的真实响应。命令只发送一次，不重发。 * 适用于所有 ESP32→GD32 方向的命令（CAN 发送/模式切换/ID 快照等）。 * * @param type 请求帧类型（如 0xC0/0xC2/0xC3）。 * @param payload 请求负载数据。 * @param payload_len 请求负载长度。 * @param resp_type 输出响应类型（ACK/WAIT/ERROR）。 * @param resp_payload 输出响应负载缓冲区。 * @param resp_max 响应负载缓冲区最大长度。 * @param resp_len 输出实际响应负载长度。 * @param timeout_ms 总超时（发送 + 轮询），内部分配。 * @return ESP_OK 成功读到响应；其他为 SPI 错误或超时。 */ esp_err_t otaSendAndPoll(uint8_t type, const uint8_t *payload, size_t payload_len, uint8_t *resp_type, uint8_t *resp_payload, size_t resp_max, size_t *resp_len, uint32_t timeout_ms); /** @brief 读取对端最新上报的 CREDIT（0 表示对端忙，应 POLL 等待而非重发）。 */ uint8_t remoteCredit() const { return m_remoteCredit; } /** @brief 读取本端剩余可接收 credit（SPEC §10.1，/system/status 展示用）。 */ uint8_t localCredit() const { return m_localCredit; } /** * @brief OTA 中继期间禁止 worker 按铃读。 * * PB6 在 OTA 下也会因 WAIT/ACK 拉低。若 worker 在 job 间隙把 RESPONSE * 当 EVENT 偷读，业务 poll 只能空等 → 约 10s 后 DATA 重发 → GD32 DUP-SEQ， * 表现为刷写断断续续。中继开始设 true，结束/复位设 false。 */ void setSuppressRingService(bool suppress); /** * @brief OTA 业务层确认当前请求已成功（结构化 ACK 校验通过）。 * 在 SPI 头 ack_seq 偶发失配但仍接受业务 ACK 时补齐 m_txSeq，避免后续包卡死。 */ void confirmTxSeqAccepted(); /** * @brief 统一请求入口：经 SPI worker 串行执行（send+poll）。 */ esp_err_t transact(uint8_t type, const uint8_t *payload, size_t payload_len, uint8_t *resp_type, uint8_t *resp_payload, size_t resp_max, size_t *resp_len, uint32_t timeout_ms); /** * @brief 取出 GD32 EVENT 帧（worker 已读入事件队列）。 * @param timeout_ms 等待超时（ms）。0 = 非阻塞（原语义）。 * @return true 取到事件；false 队列空且超时未到达。 */ bool takeEvent(uint8_t *type, uint8_t *payload, size_t max_len, size_t *len, uint32_t timeout_ms = 0U); // ============================================================ // SPI Link v2 链路层（阶段1：帧格式 + 状态成员就位） // ============================================================ /** @brief v2 链路状态统计（SPEC/spi_link_v2.md §12）。 */ struct SpiLinkStats { uint32_t crc_errors; ///< CRC 校验失败计数 uint32_t duplicate_requests; ///< 重复请求计数（序号回退） uint32_t seq_errors; ///< 序号跳变计数 uint32_t retries; ///< 重试总数 uint32_t ready_timeouts; ///< DATA_READY 超时计数 uint32_t rx_overruns; ///< RX overrun 计数 uint32_t resyncs; ///< HELLO 重同步次数 uint32_t max_resp_latency_us; ///< 最大响应延迟（微秒） }; /** @brief v2 完整链路状态（SPEC §10.1，会话/credit + 统计）。 */ struct SpiLinkStatus { uint8_t version; ///< 协议版本（固定 2） uint8_t gd32_role; ///< 0=unknown, 1=app, 2=boot uint32_t session_id; ///< 当前会话 ID uint8_t local_credit; ///< 本端剩余 credit uint8_t remote_credit; ///< 对端剩余 credit SpiLinkStats stats; ///< 8 个统计计数器 }; /** @brief 当前会话 ID（0 = 未建立 session）。 */ uint32_t sessionId() const { return m_sessionId; } /** @brief v2 session 是否已激活。 */ bool v2Active() const { return m_v2Active; } /** @brief 最近一次 HELLO 得到的 GD32 角色（0=unknown, 1=app, 2=boot）。 */ uint8_t gd32Role() const { return m_gd32Role; } /** @brief 获取链路统计快照（线程安全，持锁读取）。 */ SpiLinkStats linkStats(); /** @brief 获取完整链路状态（SPEC §10.1，会话/credit + 统计）。 */ SpiLinkStatus linkStatus(); /** @brief 发起 HELLO 握手建立 v2 session（SPEC §5.1）。 * 生成随机非零 SESSION_ID，发送 LINK_HELLO，等待 HELLO_ACK。 * 成功后 m_v2Active=true，序号归零。 * @param timeout_ms 总超时（毫秒），默认 3000。 * @param role_hint 期望的对端角色（0=any, 1=app, 2=boot）。 * @return ESP_OK 成功；ESP_ERR_TIMEOUT 超时；ESP_ERR_INVALID_RESPONSE 响应异常。 */ esp_err_t hello(uint32_t timeout_ms = 3000U, uint8_t role_hint = 0U); /** @brief 通知 GD32 DCU_APP 设置 OTA 标志并软复位进入 Bootloader。 */ esp_err_t appRequestBootloader(); /** @brief 通过 HELLO 轮询等待 Bootloader 就绪（v2 方式，不再依赖 PB6 序列）。 * App→Boot 切换后，ESP32 每 20ms 发送 HELLO(role_hint=boot)， * 等待 HELLO_ACK 且 role=boot，最长等待 timeout_ms。 * 超时返回 ESP_ERR_TIMEOUT。 */ esp_err_t waitForBootloaderReady(uint32_t timeout_ms); /** @brief 向 GD32 APP 发送存活探测命令，等待 APP 回复 ALIVE ACK。 */ esp_err_t appPing(uint32_t timeout_ms, uint32_t *uptime_sec, gd32_version_t *version = nullptr); private: /** * @brief 私有默认构造函数。 */ SpiMaster() = default; /** * @brief 私有析构函数。 */ ~SpiMaster() = default; /** * @brief 禁止复制构造。 */ SpiMaster(const SpiMaster&) = delete; /** * @brief 禁止复制赋值。 */ SpiMaster& operator=(const SpiMaster&) = delete; spi_device_handle_t m_spiDevice = NULL; SemaphoreHandle_t m_mutex = NULL; // ── 线与 SPIready 握手状态机 ── /** 握手状态机枚举。 */ enum class HandshakeState : uint8_t { IDLE = 0, ///< 空闲，线 HIGH MASTER_SENDING, ///< ESP32 已下拉 SPIready，正在 CS#1 发送请求 WAITING_RESPONSE, ///< CS#1 完成，等待 GD32 释放 SPIready（上升沿唤醒） SERVING_GD32_RING, ///< 响应 GD32 按铃，正在读 GD32 请求帧 }; /** * @brief SPI 链路状态机：封装握手状态 + 完成信号逻辑。 * * 线状态语义（对齐 OTA）： * - 线 HIGH = 空闲（双方释放），可发起新事务 * - 线 LOW = 忙碌（某方下拉占用），禁止发起新事务 * * ESP32 作为主动方（transact/appPing）：enterBusy() 占用线 → transferClocked → exitBusy() 释放线 * ESP32 作为按铃响应方（takeEvent）：同上 */ class SpiLinkState { public: /** 进入忙碌态。 */ void enterBusy(HandshakeState hs) { m_hsState = hs; } /** 退出忙碌态，回到 IDLE。 */ void exitBusy() { m_hsState = HandshakeState::IDLE; } /** 当前是否空闲（可接受新按铃下降沿）。 */ bool isIdle() const { return m_hsState == HandshakeState::IDLE; } /** 当前握手状态。 */ HandshakeState state() const { return m_hsState; } /** ISR 检测下降沿时调用：仅 IDLE 态接受按铃。 */ bool acceptRing() const { return isIdle(); } private: volatile HandshakeState m_hsState = HandshakeState::IDLE; }; SpiLinkState m_linkState; /** GD32 主动按铃标志：GPIO 下降沿 ISR 置位，仅 SPI worker 消费。 */ volatile bool m_gd32RequestPending = false; /** OTA 中继时为 true：worker 不 serviceRing，避免偷读 OTA ACK/WAIT。 */ volatile bool m_suppressRingService = false; /** SPI worker 任务句柄（ISR 唯一通知目标）。 */ TaskHandle_t m_spiTaskHandle = NULL; TaskHandle_t m_workerTask = NULL; QueueHandle_t m_jobQueue = NULL; /** 事件计数信号量（worker push / takeEvent pop）。 */ SemaphoreHandle_t m_eventSem = NULL; // ── 多槽事件队列（worker 写入，业务 takeEvent 读出）── static constexpr uint8_t kEventSlots = 4U; struct EventSlot { uint8_t type; uint16_t len; uint8_t data[SPI_OTA_FRAME_MAX]; }; EventSlot m_eventQ[kEventSlots] = {}; uint8_t m_eventHead = 0; uint8_t m_eventTail = 0; uint8_t m_eventCount = 0; // ── 作业提交（调用方栈上 Job + StaticSemaphore，worker 执行）── enum class JobKind : uint8_t { Transact = 0, Poll, Hello, EnterBoot, Ping, WaitBoot, ServiceRing, }; struct Job { JobKind kind = JobKind::Transact; uint32_t timeout_ms = 0; uint8_t type = 0; uint8_t expected_type = 0xFFU; uint8_t role_hint = 0; size_t payload_len = 0; uint8_t payload[SPI_OTA_FRAME_MAX] = {}; uint8_t *out_type = nullptr; uint8_t *out_payload = nullptr; size_t out_max = 0; size_t *out_len = nullptr; uint32_t *out_uptime = nullptr; gd32_version_t *out_version = nullptr; esp_err_t result = ESP_FAIL; SemaphoreHandle_t done = nullptr; }; static constexpr UBaseType_t kJobQueueLen = 6; bool onWorker() const; esp_err_t submitJob(Job &job); void executeJob(Job &job); static void workerEntry(void *arg); void workerLoop(); esp_err_t serviceRingOnce(); bool pushEvent(uint8_t type, const uint8_t *payload, size_t len); bool popEvent(uint8_t *type, uint8_t *payload, size_t max_len, size_t *len); // ── 帧内同步状态机 ── volatile uint8_t m_localCredit = 8; ///< 本端剩余可接收帧数（信用窗口） volatile uint8_t m_remoteCredit = 8; ///< 对端上报的剩余信用 // ── SPI Link v2 会话/序号状态（阶段1 就位，阶段2 启用校验）── volatile uint32_t m_sessionId = 0; ///< 会话 ID（0 = 未建立，HELLO 时由 ESP32 生成） volatile uint8_t m_txSeq = 0; ///< 本端发送序号（每发一帧递增，重发不变） volatile uint8_t m_lastSentSeq = 0; ///< 上次发送的序号（用于响应归属匹配） volatile uint8_t m_rxAckedSeq = 0; ///< 已确认的对端最新序号 volatile uint8_t m_expectedRxSeq = 0; ///< 期望收到的对端序号 volatile uint8_t m_gd32Role = 0; ///< GD32 角色（0=unknown, 1=app, 2=boot） volatile bool m_v2Active = false; ///< v2 session 是否激活 /** 最近一次 otaFindFrame 解析到的 RESPONSE 是否与 m_lastSentSeq 归属匹配 */ volatile bool m_lastRxAckMatched = false; SpiLinkStats m_stats = {}; ///< 链路统计 // RAII 锁守卫 class LockGuard { public: explicit LockGuard(SemaphoreHandle_t lock) : m_lock(lock) { if (m_lock) { xSemaphoreTake(m_lock, portMAX_DELAY); } } ~LockGuard() { if (m_lock) { xSemaphoreGive(m_lock); } } LockGuard(const LockGuard&) = delete; LockGuard& operator=(const LockGuard&) = delete; private: SemaphoreHandle_t m_lock; }; /** * @brief 等 GD32 释放 SPIready（上升沿），中断驱动非忙等。 * * 调用前须将 m_linkState 置为 WAITING_RESPONSE（enterBusy），ISR 上升沿检测到该状态 * 后发 0x02 通知唤醒本任务。GD32 写 Flash 期间保持 PB6 低，本函数阻塞， * 写完拉高 → 唤醒 → 继续，自然避免 overrun。 * * @param timeout_ms 超时(毫秒)，0 表示不等待。 * @return ESP_OK 线已高；ESP_ERR_TIMEOUT 超时。 */ esp_err_t waitSpiReady(uint32_t timeout_ms); /** @brief GPIO 边沿中断回调（注册到 ESP-IDF GPIO ISR 服务）。 */ static void IRAM_ATTR onReadyEdgeISR(void *arg); // 内部 SPI 传输 /** * @brief 执行底层 SPI 时钟同步传输。 * @param tx_buf 发送数据缓冲区。 * @param tx_len 发送数据长度。 * @param rx_buf 接收数据缓冲区。 * @param rx_len 接收数据长度。 * @param timeout_ms 超时时间（毫秒），0 表示无限等待。 * @return ESP_OK 表示成功，否则返回错误码。 */ esp_err_t transferClocked(const uint8_t *tx_buf, size_t tx_len, uint8_t *rx_buf, size_t rx_len, uint32_t timeout_ms = 0U); /** * @brief 底层传输，支持 SPI 事务 flags（如 SPI_TRANS_CS_KEEP_ACTIVE）。 * 多段同 CS 变长读时：先 spi_device_acquire_bus，段间 KEEP_ACTIVE，末段清 flag 后 release_bus。 */ esp_err_t transferClockedFlags(const uint8_t *tx_buf, size_t tx_len, uint8_t *rx_buf, size_t rx_len, uint32_t timeout_ms, uint32_t trans_flags); /** * @brief 变长读：同 CS 先读 16B Header，再按 LEN 读 payload+CRC。 * 调用者须已持锁；仅在 DATA_READY 已低（有数据）时调用，禁止盲读。 * @param out_frame 完整帧输出（含头+payload+CRC） * @param out_max 输出缓冲容量 * @param out_len 实际帧长 * @param timeout_ms 单段 SPI 超时 */ esp_err_t readV2FrameVarlen(uint8_t *out_frame, size_t out_max, size_t *out_len, uint32_t timeout_ms); // 无锁内部版本（供已持锁的公共方法调用，避免递归死锁） /** * @brief 无锁版本的 OTA 响应轮询（调用者须已持有锁）。 * @param resp_type 输出响应类型。 * @param resp_payload 输出响应负载缓冲区。 * @param resp_max 响应负载缓冲区最大长度。 * @param resp_len 输出实际响应长度。 * @param timeout_ms 超时时间（毫秒）。 * @return ESP_OK 表示成功，否则返回错误码。 */ esp_err_t otaPollResponseUnlocked(uint8_t *resp_type, uint8_t *resp_payload, size_t resp_max, size_t *resp_len, uint32_t timeout_ms, uint8_t expected_type = 0xFFU); /** @brief 无锁版本的 otaTransfer（调用者须已持有锁）。 * @param expect_stale true 表示调用方预期读到过期/空响应（如 otaSendAndPoll 步骤1）， * 找不到帧时降级为 DBG 日志，不打 WARN。 */ esp_err_t otaTransferUnlocked(uint8_t type, const uint8_t *payload, size_t payload_len, uint8_t *resp_type, uint8_t *resp_payload, size_t resp_max, size_t *resp_len, uint32_t timeout_ms, bool expect_stale = false); /** @brief 带重试退避的事务（SPEC §9.2）。 * 同序号重试最多 3 次，退避 10/30/90ms； * 3 次失败后 HELLO 重同步，再试 1 次。 * 调用者须已持有锁。 */ esp_err_t transactWithRetry(uint8_t type, const uint8_t *payload, size_t payload_len, uint8_t *resp_type, uint8_t *resp_payload, size_t resp_max, size_t *resp_len, uint32_t timeout_ms); // OTA 帧工具（静态，无状态） static bool otaBuildFrame(uint8_t type, const uint8_t *payload, size_t payload_len, uint8_t *out, size_t *out_len); static bool otaFindFrame(const uint8_t *buf, size_t buf_len, uint8_t *type, const uint8_t **payload, size_t *payload_len, size_t *frame_offset); }; #endif // SPI_MASTER_H