# TCP2UART 项目技术实现

## 一、当前实现结论

当前工程已经从原先的 `FreeRTOS + lwIP socket/netconn` 方向，重构为适配 `STM32F103R8T6` 的裸机实现。

当前基线特征如下：

1. MCU 目标固定为 `STM32F103R8T6 / STM32F103xB`
2. 软件架构改为 `bare-metal main loop + DMA/IDLE + EXTI`
3. 网络栈采用 `lwIP RAW API + NO_SYS=1`
4. 调试输出采用 `SEGGER RTT`
5. `CH390` 运行时访问已收敛为单一拥有者 `ch390_runtime`
6. 构建目标已通过 `MDK-ARM` 编译，适配 `64KB Flash / 20KB SRAM`

## 二、硬件与资源约束

### 2.1 MCU

- 型号：`STM32F103R8T6`
- Flash：`64 KB`
- SRAM：`20 KB`
- 主频：`72 MHz`

### 2.2 主要外设

- `SPI1`：连接 `CH390D`
- `USART1`：配置串口
- `USART2`：Server 透传串口
- `USART3`：Client 透传串口
- `DMA1`：UART 收发 DMA
- `EXTI0`：CH390 中断输入
- `IWDG`：独立看门狗
- `TIM4`：LED 心跳定时器

当前说明：

1. `IWDG` 外设仍保留在工程中，但当前调试基线默认不在 `main()` 中启用 `MX_IWDG_Init()`
2. `App_Poll()` 已对 `HAL_IWDG_Refresh(&hiwdg)` 做句柄保护，避免未初始化句柄导致 `HardFault`

### 2.3 当前引脚分配

| 引脚 | 功能 | 用途 |
|------|------|------|
| PA2 | USART2_TX | Server 透传串口 |
| PA3 | USART2_RX | Server 透传串口 |
| PA4 | GPIO_Output | CH390D 片选 |
| PA5 | SPI1_SCK | CH390D SPI 时钟 |
| PA6 | SPI1_MISO | CH390D SPI 数据输入 |
| PA7 | SPI1_MOSI | CH390D SPI 数据输出 |
| PA9 | USART1_TX | 配置串口 |
| PA10 | USART1_RX | 配置串口 |
| PB0 | EXTI0 | CH390D INT |
| PB1 | GPIO_Output | CH390D RESET |
| PB10 | USART3_TX | Client 透传串口 |
| PB11 | USART3_RX | Client 透传串口 |
| PC13 | GPIO_Output | 状态 LED |
| PD0/PD1 | HSE | 8MHz 外部晶振 |

## 三、架构选择原因

`STM32F103R8T6` 的资源上限不足以稳定承载原方案中的以下组合：

1. `FreeRTOS`
2. `CMSIS-RTOS V2`
3. 多任务栈
4. `lwIP socket/netconn/tcpip` OS 路线
5. `StreamBuffer / Semaphore / Mutex`

因此当前实现采用如下组合：

1. 去掉 `FreeRTOS`
2. 去掉 `CMSIS-RTOS V2`
3. 去掉 `lwIP socket/netconn`
4. 改为 `lwIP RAW API + NO_SYS=1`
5. 串口与网口统一由主循环推进

## 四、当前软件架构

### 4.1 分层

```text
+--------------------------------------------------+
| Application Logic                                |
| config / tcp_server / tcp_client / uart bridge   |
+--------------------------------------------------+
| Main Poll Loop                                   |
| ethernetif_poll / sys_check_timeouts / watchdog  |
+--------------------------------------------------+
| CH390 Runtime Owner                              |
| ch390_runtime (single runtime SPI owner)         |
+--------------------------------------------------+
| Peripheral/Event Layer                           |
| UART DMA+IDLE / DMA IRQ / EXTI / SysTick         |
+--------------------------------------------------+
| Drivers                                           |
| CH390 / lwIP netif / HAL                         |
+--------------------------------------------------+
```

### 4.2 执行模型

当前执行模型为：

1. `SysTick` 提供全局毫秒时基
2. `EXTI0` 只置位 CH390 待处理标志，不直接做 SPI/CH390 访问
3. `DMA IRQ` 和 `UART IRQ` 只完成回调分发与 IDLE 采样
4. `ch390_runtime` 成为唯一的 CH390 运行时访问源
5. 主循环统一执行网络轮询、超时推进、串口桥接和看门狗喂狗

## 五、当前模块实现状态

### 5.1 配置模块

文件：`App/config.c/.h`

已实现：

1. 从 Flash 加载配置
2. UART1 命令口接收
3. 常用网络与串口参数解析
4. 参数保存与软复位请求

当前约束：

1. 构建已关闭 `DHCP`，因此 `AT+DHCP=1` 会明确返回错误
2. 配置损坏时会回退默认值，但默认值不会自动写回 Flash，仍需手动 `AT+SAVE`

### 5.2 UART 透传模块

文件：`App/uart_trans.c/.h`

已实现：

1. `USART2/USART3` 使用 `DMA + IDLE`
2. RX 使用 DMA 缓冲转环形缓冲
3. TX 使用 DMA 发送
4. TX/RX 完成由 `HAL_UART_*Callback` 驱动

### 5.3 TCP Server 模块

文件：`App/tcp_server.c/.h`

已实现：

1. `lwIP RAW API` 监听指定端口
2. 单连接接入
3. 网络数据写入本地环形缓冲
4. 主循环中与 UART2 做双向桥接

### 5.4 TCP Client 模块

文件：`App/tcp_client.c/.h`

已实现：

1. `lwIP RAW API` 主动连接远端地址
2. 断链后按周期重连
3. 网络数据写入本地环形缓冲
4. 主循环中与 UART3 做双向桥接

### 5.5 CH390 与 netif 模块

文件：`Drivers/CH390/*`、`Drivers/LwIP/src/netif/*`

已实现：

1. `SPI1 + GPIO CS + EXTI0` 驱动 CH390
2. `ethernetif.c` 采用 `NO_SYS=1` 路线
3. 新增 `Drivers/CH390/ch390_runtime.c`，统一负责 CH390 初始化、链路查询、IRQ pending 消费、RX/TX 服务与启动诊断快照
4. `main.c` 不再直接读取 CH390 原始寄存器，启动诊断通过 `ch390_runtime_get_diag()` 获取快照
5. `EXTI0_IRQHandler()` 只投递 IRQ pending，不再直接混入 CH390 访问
6. 配置中的 MAC 地址会在初始化时写入 CH390

当前状态：

1. 运行时架构层面的 `SPI/LwIP/CH390` 多源访问问题已经消除
2. `HardFault` 与“运行一会儿卡死”问题已修复
3. CH390D 当前已恢复基础寄存器读写，调试重点已从“SPI 是否完全不通”转入初始化完整性、链路、中断与收发功能验证
4. 最终实板定位表明，一颗 CH390D 供电滤波电容虚焊会直接导致供电不稳，并放大为网络收发异常

### 5.6 RTT 调试输出

文件：`Middlewares/Third_Party/SEGGER_RTT/*`

已实现：

1. 工程内置最小 `SEGGER RTT` 源文件
2. `main.c` 中 `printf/fputc` 已重定向到 RTT

### 5.7 TIM4 心跳闪烁

文件：`Core/Src/tim.c`、`Core/Src/main.c`、`Core/Src/stm32f1xx_it.c`

已实现：

1. 使用 `TIM4` 作为 LED 心跳定时器
2. `TIM4` 时钟来自 `APB1 Timer Clock = 72 MHz`
3. 通过 `Prescaler = 7199` 和 `Period = 9` 生成 `1 ms` 更新中断
4. 在 `HAL_TIM_PeriodElapsedCallback()` 中进行 1ms 计数
5. 累计 `1000` 次后翻转一次 `PC13`，形成 `1 s` 闪烁节拍

当前实现说明：

1. `PC13` 为低电平点亮、高电平熄灭
2. 当前逻辑为每 `1 s` 翻转一次 LED 状态，即完整亮灭周期为 `2 s`
3. 若后续需要“每 1 秒完整闪烁一次”，可改为 `500 ms` 翻转一次

## 六、lwIP 配置策略

当前 `lwIP` 配置以适配 `R8T6` 资源为原则，核心策略如下：

1. `NO_SYS = 1`
2. `LWIP_SOCKET = 0`
3. `LWIP_NETCONN = 0`
4. `LWIP_NETIF_API = 0`
5. `LWIP_DHCP = 0`
6. `LWIP_UDP = 0`
7. `LWIP_DNS = 0`
8. `LWIP_IGMP = 0`
9. 关闭 `lwIP` 平台诊断 `printf`

同时从 `MDK` 工程中移除了：

1. `FreeRTOS` 相关源码
2. `lwIP api/socket/netconn/tcpip` 路线源码
3. `altcp / autoip / acd / dhcp / dns / igmp` 等当前不需要模块

## 七、主循环实际骨架

当前主循环逻辑可概括为：

```c
while (1)
{
    ethernetif_poll();
    ethernetif_check_link();
    sys_check_timeouts();
    tcp_client_poll();
    uart_trans_poll();
    config_poll();

    tcp_server <-> UART2;
    tcp_client <-> UART3;

    if (reset_requested) {
        NVIC_SystemReset();
    }

    if (hiwdg.Instance == IWDG) {
        HAL_IWDG_Refresh(&hiwdg);
    }
}
```

## 八、当前构建状态

### 8.1 MDK 构建命令

```bat
"C:\Keil_v5\UV4\UV4.exe" -b "D:\code\STM32Project\TCP2UART\MDK-ARM\TCP2UART.uvprojx" -j0
```

### 8.2 当前结果

当前构建结果：

1. `0 Error(s)`
2. `0 Warning(s)`
3. 代码体积仍满足 `STM32F103R8T6` 资源约束
4. `MDK-ARM` 工程可直接编译并下载验证

说明当前版本已经满足：

1. `STM32F103R8T6 64KB Flash` 约束
2. `20KB SRAM` 约束
3. `MDK-ARM` 可直接编译

## 九、当前已知限制与待验证项

### 9.1 功能限制

1. 当前使用静态 IP，不支持 DHCP
2. 当前已验证 CH390 基础寄存器读写、PHY 管理寄存器访问与 lwIP `netif` 链路置位路径；RX/TX 实际业务流量仍需继续做板上验证
3. 目前未提供完整的上板网络吞吐、丢包率与长时间稳定性报告
4. `config` 模块仍保留较重的字符串解析逻辑，但当前体积已可接受

### 9.2 上板验证重点

1. 验证 CH390 `RST/CS/SCK/MOSI/MISO/INT` 在芯片脚侧的实际波形与当前软件假设一致
2. 验证 `VID/PID/REV`、MAC 写回、`RCR/IMR/INTCR`、PHY 寄存器与 `LINK`/`netif` 链路状态在多次上电下稳定一致
3. 验证 `TIM4` 1ms 中断稳定性与 `PC13` 1秒翻转节拍
4. 验证 `UART2/UART3 DMA + IDLE` 在长连续流量下的行为
5. 验证 TCP Server 与 TCP Client 双链路同时工作时的稳定性
6. 验证配置保存、复位、MAC 生效路径
7. 验证 CH390 收发路径、链路变化中断与 RX/TX 数据通路

## 十、后续建议

下一阶段建议按以下顺序推进：

1. 在当前可读写基线下，优先验证 `default_config`、MAC、PHY 协商/链路、IRQ、RX/TX 是否完整生效
2. 同步用芯片脚侧波形与电源域量测验证 `RST/CS/SCK/MOSI/MISO/INT` 和 `VDDK/AVDD33/VDDIO/AVDD33`
3. 若链路与寄存器状态可信，再推进 TCP Server / TCP Client 与 UART2 / UART3 的双向联调
4. 完成后补充吞吐、丢包、长稳与异常恢复测试

## 十一、当前结论

截至本轮调试：

1. 系统主循环、RTT、定时器心跳、UART 配置路径均可正常工作
2. 已修复并验证多个真实软件问题，且相关中间里程碑已提交版本库
3. CH390D 当前已恢复基础寄存器读写，且已在实机上验证 `VID=0x1C00`、`PID=0x9151`、`REV=0x2B`、PHY ID 可读
4. 运行时 `lwIP netif` 已观察到 `LINK_UP` 置位，说明当前阶段已不再是“完全无响应”或“链路始终未起”
5. 当前硬件修复后，ARP/Ping 基础链路已验证通过，后续重点转为业务流量与长稳验证
6. 板级供电完整性应作为 CH390D 调试前置检查项，而不是放到软件排查后期才介入
