添加项目技术实现文档：系统架构、任务设计、驱动层、透传方案

2026-03-23 14:53:57 +08:00
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@@ -0,0 +1,356 @@
+# TCP2UART 项目技术实现
+
+## 一、系统架构
+
+```
+-------------------+        +-------------------+
+|   TCP Server      |        |   TCP Client      |
+|   (监听端口)       |        |   (连接远程服务器)  |
+--------+----------+        +--------+----------+
+         |                              |
+         |          CH390D              |
+         +------------------------------+
+                     |
+              +------v------+
+              |   STM32     |
+              |  F103R8T6   |
+              +------+------+
+                     |
+       +-------------+-------------+
+       |             |             |
+   +---v---+    +---v---+    +---v---+
+   | UART1 |    | UART2 |    | UART3 |
+   | 配置口 |    | 透传口 |    | 透传口 |
+   +-------+    +-------+    +-------+
+```
+
+## 二、外设分配
+
+| 外设 | 功能 | 对应链路 |
+|------|------|----------|
+| SPI1 | CH390D 通信接口 | - |
+| UART1 | 参数配置串口 | 配置通道 |
+| UART2 | 数据透传 | Server 链路 |
+| UART3 | 数据透传 | Client 链路 |
+| GPIO | CH390D INT/RST | - |
+| TIM2 | FreeRTOS Tick | - |
+
+## 三、FreeRTOS 任务设计
+
+### 3.1 任务划分
+
+| 任务名 | 优先级 | 功能 | 栈大小 |
+|--------|--------|------|--------|
+| NetServerTask | High | TCP Server 管理 + 数据收发 | 512 words |
+| NetClientTask | High | TCP Client 管理 + 数据收发 | 512 words |
+| Uart2Task | Normal | UART2 数据收发（Server 透传） | 256 words |
+| Uart3Task | Normal | UART3 数据收发（Client 透传） | 256 words |
+| ConfigTask | Low | UART1 配置命令解析 | 256 words |
+
+### 3.2 任务间通信
+
+```
+NetServerTask <--Queue1--> Uart2Task
+NetClientTask <--Queue2--> Uart3Task
+ConfigTask <--独立运行--> (读写参数Flash)
+```
+
+- **Queue1**: Server 网络数据 <-> UART2 双向队列（128 bytes）
+- **Queue2**: Client 网络数据 <-> UART3 双向队列（128 bytes）
+
+### 3.3 数据流向
+
+```
+Server 链路:
+  TCP Client → CH390D → NetServerTask → Queue1 → Uart2Task → UART2
+  UART2 → Uart2Task → Queue1 → NetServerTask → CH390D → TCP Client
+
+Client 链路:
+  远程服务器 → CH390D → NetClientTask → Queue2 → Uart3Task → UART3
+  UART3 → Uart3Task → Queue2 → NetClientTask → CH390D → 远程服务器
+```
+
+## 四、CH390D 驱动层
+
+### 4.1 接口设计
+
+```c
+/* ch390d.h */
+typedef struct {
+    SPI_HandleTypeDef *hspi;
+    GPIO_TypeDef *int_port;
+    uint16_t int_pin;
+    GPIO_TypeDef *rst_port;
+    uint16_t rst_pin;
+} CH390D_HandleTypeDef;
+
+HAL_StatusTypeDef CH390D_Init(CH390D_HandleTypeDef *hch);
+HAL_StatusTypeDef CH390D_SetMAC(CH390D_HandleTypeDef *hch, uint8_t *mac);
+HAL_StatusTypeDef CH390D_SetIP(CH390D_HandleTypeDef *hch, uint8_t *ip, uint8_t *mask, uint8_t *gw);
+HAL_StatusTypeDef CH390D_TCP_Listen(CH390D_HandleTypeDef *hch, uint8_t sock, uint16_t port);
+HAL_StatusTypeDef CH390D_TCP_Connect(CH390D_HandleTypeDef *hch, uint8_t sock, uint8_t *ip, uint16_t port);
+HAL_StatusTypeDef CH390D_TCP_Send(CH390D_HandleTypeDef *hch, uint8_t sock, uint8_t *data, uint16_t len);
+HAL_StatusTypeDef CH390D_TCP_Recv(CH390D_HandleTypeDef *hch, uint8_t sock, uint8_t *buf, uint16_t *len);
+HAL_StatusTypeDef CH390D_GetSocketStatus(CH390D_HandleTypeDef *hch, uint8_t sock, uint8_t *status);
+```
+
+### 4.2 初始化流程
+
+```
+1. 复位 CH390D（RST 引脚）
+2. 配置 SPI 通信参数
+3. 设置 MAC 地址
+4. 设置 IP/Mask/Gateway
+5. 配置 Socket0 为 TCP Server 模式
+6. 配置 Socket1 为 TCP Client 模式
+7. 使能中断
+```
+
+## 五、TCP 链路管理
+
+### 5.1 Server 链路（Socket0）
+
+```c
+void NetServerTask(void *param) {
+    while(1) {
+        switch(server_state) {
+            case STATE_LISTEN:
+                // 等待客户端连接
+                if(CH390D_CheckConnect(&hch, 0)) {
+                    server_state = STATE_CONNECTED;
+                }
+                break;
+                
+            case STATE_CONNECTED:
+                // 接收数据
+                if(CH390D_TCP_Recv(&hch, 0, rx_buf, &len) == HAL_OK) {
+                    xQueueSend(uart2_queue, rx_buf, portMAX_DELAY);
+                }
+                
+                // 发送数据
+                if(xQueueReceive(server_tx_queue, tx_buf, 0) == pdTRUE) {
+                    CH390D_TCP_Send(&hch, 0, tx_buf, len);
+                }
+                
+                // 检测断开
+                if(CH390D_CheckDisconnect(&hch, 0)) {
+                    server_state = STATE_DISCONNECTED;
+                }
+                break;
+                
+            case STATE_DISCONNECTED:
+                // 重新监听
+                CH390D_TCP_Listen(&hch, 0, SERVER_PORT);
+                server_state = STATE_LISTEN;
+                break;
+        }
+        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(10));
+    }
+}
+```
+
+### 5.2 Client 链路（Socket1）
+
+```c
+void NetClientTask(void *param) {
+    while(1) {
+        switch(client_state) {
+            case STATE_DISCONNECTED:
+                // 尝试连接远程服务器
+                if(CH390D_TCP_Connect(&hch, 1, remote_ip, remote_port) == HAL_OK) {
+                    client_state = STATE_CONNECTING;
+                } else {
+                    vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(3000)); // 3秒后重试
+                }
+                break;
+                
+            case STATE_CONNECTING:
+                if(CH390D_CheckConnect(&hch, 1)) {
+                    client_state = STATE_CONNECTED;
+                } else if(CH390D_CheckTimeout(&hch, 1)) {
+                    client_state = STATE_DISCONNECTED;
+                }
+                break;
+                
+            case STATE_CONNECTED:
+                // 数据收发同 Server 链路
+                // 断线后自动回到 STATE_DISCONNECTED
+                break;
+        }
+        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(10));
+    }
+}
+```
+
+## 六、串口透传层
+
+### 6.1 UART DMA 配置
+
+```c
+/* 使用 DMA + 空闲中断接收，提高效率 */
+void UART2_Init(void) {
+    // 波特率可配置（9600/115200/230400/460800）
+    huart2.Init.BaudRate = 115200;
+    huart2.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
+    huart2.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
+    huart2.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
+    
+    // 使能 DMA 接收
+    HAL_UART_Receive_DMA(&huart2, uart2_rx_buf, UART_BUF_SIZE);
+    __HAL_UART_ENABLE_IT(&huart2, UART_IT_IDLE);
+}
+```
+
+### 6.2 透传数据流
+
+```c
+/* UART2 空闲中断回调 */
+void UART2_IdleCallback(void) {
+    uint16_t len = UART_BUF_SIZE - __HAL_DMA_GET_COUNTER(huart2.hdmarx);
+    if(len > 0) {
+        xQueueSendFromISR(server_tx_queue, uart2_rx_buf, len);
+        HAL_UART_Receive_DMA(&huart2, uart2_rx_buf, UART_BUF_SIZE);
+    }
+}
+
+/* UART2 发送任务 */
+void Uart2Task(void *param) {
+    uint8_t buf[128];
+    while(1) {
+        if(xQueueReceive(uart2_queue, buf, portMAX_DELAY) == pdTRUE) {
+            HAL_UART_Transmit(&huart2, buf, len, 100);
+        }
+    }
+}
+```
+
+## 七、参数配置
+
+### 7.1 配置命令格式（UART1）
+
+```
+AT+IP=192.168.1.100\r\n      // 设置设备IP
+AT+MASK=255.255.255.0\r\n    // 设置子网掩码
+AT+GW=192.168.1.1\r\n        // 设置网关
+AT+PORT=8080\r\n             // 设置Server监听端口
+AT+RIP=192.168.1.200\r\n     // 设置Client连接的远程IP
+AT+RPORT=9000\r\n            // 设置Client连接的远程端口
+AT+BAUD1=115200\r\n          // 设置UART2波特率
+AT+BAUD2=115200\r\n          // 设置UART3波特率
+AT+SAVE\r\n                  // 保存参数到Flash
+AT+RESET\r\n                 // 重启设备
+AT+?\r\n                     // 查询当前配置
+```
+
+### 7.2 参数存储结构
+
+```c
+typedef struct {
+    uint32_t magic;           // 0x54435055 "TCPU"
+    uint8_t  ip[4];
+    uint8_t  mask[4];
+    uint8_t  gw[4];
+    uint16_t server_port;     // Server 监听端口
+    uint8_t  remote_ip[4];    // Client 远程IP
+    uint16_t remote_port;     // Client 远程端口
+    uint32_t uart2_baud;      // UART2 波特率
+    uint32_t uart3_baud;      // UART3 波特率
+    uint32_t crc;             // CRC32校验
+} ConfigTypeDef;
+```
+
+### 7.3 Flash 存储
+
+```c
+/* 使用 STM32F103 内部 Flash 最后一页存储配置 */
+#define CONFIG_FLASH_ADDR  0x0800FC00  // 64KB Flash最后1KB
+
+void Config_Save(ConfigTypeDef *cfg) {
+    cfg->crc = CRC32_Calculate((uint8_t*)cfg, sizeof(ConfigTypeDef)-4);
+    FLASH_ErasePage(CONFIG_FLASH_ADDR);
+    FLASH_Program(CONFIG_FLASH_ADDR, cfg, sizeof(ConfigTypeDef));
+}
+
+void Config_Load(ConfigTypeDef *cfg) {
+    memcpy(cfg, (void*)CONFIG_FLASH_ADDR, sizeof(ConfigTypeDef));
+    if(cfg->magic != 0x54435055 || CRC32_Check(cfg) != HAL_OK) {
+        Config_Default(cfg);  // 加载默认配置
+    }
+}
+```
+
+## 八、关键配置
+
+### 8.1 FreeRTOS 配置
+
+```c
+/* FreeRTOSConfig.h 关键参数 */
+#define configUSE_PREEMPTION        1
+#define configCPU_CLOCK_HZ          72000000
+#define configTICK_RATE_HZ          1000
+#define configMAX_PRIORITIES        5
+#define configMINIMAL_STACK_SIZE    128
+#define configTOTAL_HEAP_SIZE       10240  // 10KB
+#define configUSE_MUTEXES           1
+#define configUSE_COUNTING_SEMAPHORES 1
+```
+
+### 8.2 缓冲区配置
+
+```c
+#define UART_BUF_SIZE      256    // 串口接收缓冲区
+#define NET_BUF_SIZE       256    // 网络接收缓冲区
+#define QUEUE_ITEM_SIZE    128    // 队列单次传输大小
+#define QUEUE_LENGTH       4      // 队列深度
+```
+
+## 九、丢包测试方案
+
+### 9.1 测试方法
+
+1. **TCP 发送端**：连续发送递增序号数据包（10000包 × 100字节）
+2. **串口接收端**：统计接收数据包数量及序号连续性
+3. **反向测试**：串口发送 → TCP 接收
+
+### 9.2 测试指标
+
+| 指标 | 要求 |
+|------|------|
+| 丢包率 | < 0.01% |
+| 延迟 | < 10ms |
+| 吞吐量 | > 90% 理论值 |
+
+### 9.3 测试脚本（PC端）
+
+```python
+import socket
+import time
+
+def send_test(host, port, count=10000):
+    sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
+    sock.connect((host, port))
+    
+    for i in range(count):
+        data = f"PKT{i:06d}".encode() + b'\x00' * 92  # 100字节
+        sock.send(data)
+        time.sleep(0.001)  # 1ms间隔
+    
+    sock.close()
+    print(f"Sent {count} packets")
+
+def recv_test(port, timeout=30):
+    sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
+    sock.bind(('0.0.0.0', port))
+    sock.listen(1)
+    conn, addr = sock.accept()
+    
+    recv_count = 0
+    start = time.time()
+    while time.time() - start < timeout:
+        data = conn.recv(1024)
+        if data:
+            recv_count += len(data) // 100
+    
+    conn.close()
+    print(f"Received {recv_count} packets")
+```