- 将SPI OTA帧格式升级为SPI Link v2,采用新的帧格式: | SOF0 0xA5 | SOF1 0x5A | VER 0x02 | FLAGS | SESSION 4B LE | TX_SEQ | ACK_SEQ | CREDIT | TYPE | LEN 2B LE | RSV 2B | PAYLOAD | CRC32 4B LE | - 新增V2_OVERHEAD=20字节开销,APP最大payload为236字节,BOOT为108字节 - 修改帧类型定义:ENTER_BOOT从0xB5合并至0xB0,新增CAN业务类型0xC0~C3 - 更新CAN协议文档,支持SPI Link v2-only模式,调整最大业务payload计算 - 扩展0xC1帧功能,支持双向通信和1Hz主动推送ID快照 - 添加0xC3完整ID快照帧类型,包含seq/rx_count等完整字段 - 更新协议文档中的错误码定义和反馈payload格式 refactor(main): 重构主程序入口并添加CAN反馈任务 - 在main.cpp中添加CAN反馈任务,更新启动流程注释 - 创建createCriticalTask辅助函数,统一关键任务创建逻辑 - 调整SPI初始化顺序,确保CAN反馈任务依赖正确 - 优化错误处理机制,关键任务失败时立即重启 - 将GD32版本探测移至ota_relay任务处理 - 更新版本号至0.3.48,调整编译时间和Git哈希 config: 更新SPI和BLE配置参数 - 添加SPI主机相关配置参数,包括CS GPIO、READY GPIO等引脚定义 - 配置SPI缓冲区大小:APP为256字节,BOOT为128字节 - 更新BLE滑动窗口参数,ACK窗口设为32,数据队列深度为72 - 调整SPI工作队列大小至5120字节,增加任务堆栈监控说明
414 lines
18 KiB
C++
414 lines
18 KiB
C++
/*
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* spi_master.h - SPI Master 驱动头文件
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* CANFD 3通道发送接口 + 底层 SPI 总线
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*
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* SpiMaster 类封装 SPI 总线初始化、CANFD 通信和 SPI OTA 协议。
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*
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* 握手架构(v2 DATA_READY,GPIO10 ← GD32 PB6 开漏):
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* - PB6 仅由 GD32 驱动:低 = 有待读数据,高 = 队列空。ESP32 只输入、不拉线。
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* - 帧同步/许可在帧内 SEQ/ACK_SEQ/CREDIT;CS 本身即互斥,TX 前不再等 HIGH。
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* - GD32 有数据:拉低 DATA_READY → ESP32 下降沿/轮询 → CS 读响应。
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*/
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#ifndef SPI_MASTER_H
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#define SPI_MASTER_H
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#include <stdint.h>
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#include "driver/spi_master.h"
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#include "driver/gpio.h"
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#include "freertos/FreeRTOS.h"
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#include "freertos/semphr.h"
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#include "freertos/queue.h"
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#include "freertos/task.h"
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#include "spi_link_v2.h"
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#include "app_config.h" /* SPI_MASTER_CS_GPIO / SPI_READY_GPIO / SPI_OTA_FRAME_MAX 等 */
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// SPI 时钟来自 menuconfig;其余可调项在 app_config.h
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#define SPI_CLOCK_HZ CONFIG_DCU_SPI_CLOCK_HZ
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// GD32 SPI 业务 TYPE(与 SpiDefs / v2 TYPE 字段一致)
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#define SPI_OTA_CMD_REQ (0x01)
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#define SPI_OTA_CMD_DATA (0x02)
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#define SPI_APP_ENTER_BOOT_CMD (0xB0)
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#define SPI_APP_ENTER_BOOT_ACK_OK (0xB5)
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#define SPI_OTA_RSP_ACK (0x80)
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#define SPI_OTA_RSP_WAIT (0x81)
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#define SPI_OTA_RSP_ERROR (0x82)
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// GD32 版本信息(从 APP PING 响应解析)
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typedef struct {
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uint16_t app_major;
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uint16_t app_minor;
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uint16_t app_patch;
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uint16_t app_build;
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uint16_t boot_major;
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||
uint16_t boot_minor;
|
||
uint16_t boot_patch;
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||
uint16_t boot_build;
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||
} gd32_version_t;
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/**
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* @brief SPI Master 驱动类(单例)
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||
*
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* 封装 SPI 总线初始化、同步传输、CANFD 通信和 SPI OTA 协议。
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*/
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class SpiMaster {
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public:
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/**
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* @brief 获取 SpiMaster 单例实例。
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||
* @return SpiMaster 单例引用。
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*/
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static SpiMaster& instance();
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/** @brief 初始化 SPI2 总线与目标从设备。 */
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esp_err_t init();
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// ============================================================
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// SPI OTA 协议
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// ============================================================
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/** @brief 仅执行 SPI OTA 响应读取事务,不重复发送请求帧。 */
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||
esp_err_t otaPollResponse(uint8_t *resp_type, uint8_t *resp_payload,
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||
size_t resp_max, size_t *resp_len, uint32_t timeout_ms);
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||
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||
/** @brief ESP32→GD32 发送命令 + 轮询读取真实响应(两步法,原子持锁)。
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||
*
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||
* 解决 GD32 "延迟一拍"协议:transact 首笔 CS 读到过期响应,
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||
* otaPollResponse 读取本笔命令的真实响应。命令只发送一次,不重发。
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||
* 适用于所有 ESP32→GD32 方向的命令(CAN 发送/模式切换/ID 快照等)。
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*
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* @param type 请求帧类型(如 0xC0/0xC2/0xC3)。
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||
* @param payload 请求负载数据。
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||
* @param payload_len 请求负载长度。
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||
* @param resp_type 输出响应类型(ACK/WAIT/ERROR)。
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||
* @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。
|
||
*/
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||
esp_err_t otaSendAndPoll(uint8_t type, const uint8_t *payload, size_t payload_len,
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||
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)。 */
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||
uint8_t remoteCredit() const { return m_remoteCredit; }
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||
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||
/** @brief 读取本端剩余可接收 credit(SPEC §10.1,/system/status 展示用)。 */
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||
uint8_t localCredit() const { return m_localCredit; }
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||
/** @brief SPI worker 任务句柄(栈水位 /system/status 与 health 巡检用)。 */
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||
TaskHandle_t getWorkerTaskHandle() const { return m_workerTask; }
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||
/**
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||
* @brief OTA 中继期间禁止 worker 按铃读。
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||
*
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||
* PB6 在 OTA 下也会因 WAIT/ACK 拉低。若 worker 在 job 间隙把 RESPONSE
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||
* 当 EVENT 偷读,业务 poll 只能空等 → 约 10s 后 DATA 重发 → GD32 DUP-SEQ,
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||
* 表现为刷写断断续续。中继开始设 true,结束/复位设 false。
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||
*/
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||
void setSuppressRingService(bool suppress);
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||
/**
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||
* @brief OTA 业务层确认当前请求已成功(结构化 ACK 校验通过)。
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||
* 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。
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||
*/
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||
void confirmTxSeqAccepted();
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||
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||
/**
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||
* @brief 统一请求入口:经 SPI worker 串行执行(send+poll)。
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||
*/
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||
esp_err_t transact(uint8_t type, const uint8_t *payload, size_t payload_len,
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||
uint8_t *resp_type, uint8_t *resp_payload,
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||
size_t resp_max, size_t *resp_len, uint32_t timeout_ms);
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||
|
||
/**
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||
* @brief 取出 GD32 EVENT 帧(worker 已读入事件队列)。
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||
* @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);
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||
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// ============================================================
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||
// SPI Link v2 链路层(阶段1:帧格式 + 状态成员就位)
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// ============================================================
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||
/** @brief v2 链路状态统计(SPEC/spi_link_v2.md §12)。 */
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struct SpiLinkStats {
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uint32_t crc_errors; ///< CRC 校验失败计数
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||
uint32_t duplicate_requests; ///< 重复请求计数(序号回退)
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||
uint32_t seq_errors; ///< 序号跳变计数
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||
uint32_t retries; ///< 重试总数
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||
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 {
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||
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
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||
uint8_t remote_credit; ///< 对端剩余 credit
|
||
SpiLinkStats stats; ///< 8 个统计计数器
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||
};
|
||
|
||
/** @brief 当前会话 ID(0 = 未建立 session)。 */
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||
uint32_t sessionId() const { return m_sessionId; }
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||
|
||
/** @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)。 */
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||
uint8_t gd32Role() const { return m_gd32Role; }
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||
|
||
/** @brief 获取链路统计快照(线程安全,持锁读取)。 */
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||
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。 */
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||
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。 */
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||
esp_err_t appPing(uint32_t timeout_ms, uint32_t *uptime_sec, gd32_version_t *version = nullptr);
|
||
|
||
private:
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||
/**
|
||
* @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;
|
||
|
||
// ── 本端事务态(非 PB6 电平门控;PB6 仅 DATA_READY 通知)──
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||
/** 本端 SPI 事务状态:仅用于 acceptRing(忙时不接按铃)。 */
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||
enum class HandshakeState : uint8_t {
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||
IDLE = 0, ///< 空闲,可接受 GD32 按铃
|
||
MASTER_SENDING, ///< 主机正在 CS 发送
|
||
WAITING_RESPONSE, ///< 主机正在 poll/读响应
|
||
SERVING_GD32_RING, ///< 正在读 GD32 EVENT
|
||
};
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 本端事务占用标记(v2)。
|
||
*
|
||
* DATA_READY(PB6)由 GD32 独占:低=有待读,高=队列空。
|
||
* 本状态机只表示 ESP32 是否正占用 SPI 总线,避免与按铃读并发。
|
||
*/
|
||
class SpiLinkState {
|
||
public:
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||
/** 进入忙碌态。 */
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||
void enterBusy(HandshakeState hs) { m_hsState = hs; }
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||
|
||
/** 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;
|
||
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||
// ── 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(跨任务:堆 Job + binary done;worker 串行执行)──
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||
enum class JobKind : uint8_t {
|
||
Transact = 0,
|
||
Poll,
|
||
Hello,
|
||
EnterBoot,
|
||
Ping,
|
||
WaitBoot,
|
||
};
|
||
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;
|
||
/** submitJob 堆分配的 Job:超时放弃后由 worker 释放,成功路径由提交方释放。 */
|
||
bool heap_allocated = false;
|
||
volatile bool finished = false; ///< worker 已 execute + give
|
||
volatile bool abandoned = false; ///< 提交方已超时返回,worker 负责 free
|
||
};
|
||
static constexpr UBaseType_t kJobQueueLen = 6;
|
||
|
||
bool onWorker() const;
|
||
esp_err_t submitJob(Job &job);
|
||
void executeJob(Job &job);
|
||
/** @brief worker 完成堆 Job 后的生命周期收尾(give done + 可能 free)。 */
|
||
void finishHeapJob(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 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 读一帧响应:单 CS 固定时钟预算(BOOT=128 / APP=256),再 v2_parse 截真实长度。
|
||
* 调用者须已持锁。不用两段 KEEP_ACTIVE(Boot 中途断 CS 会清 pending → 全 0xFF)。
|
||
* @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 单次 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,
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uint8_t *resp_type, uint8_t *resp_payload,
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size_t resp_max, size_t *resp_len, uint32_t timeout_ms,
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bool expect_stale = false);
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// OTA 帧工具(静态,无状态)
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static bool otaBuildFrame(uint8_t type, const uint8_t *payload, size_t payload_len,
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uint8_t *out, size_t *out_len);
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static bool otaFindFrame(const uint8_t *buf, size_t buf_len,
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uint8_t *type, const uint8_t **payload, size_t *payload_len,
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size_t *frame_offset);
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};
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#endif // SPI_MASTER_H
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