# TCP2UART FreeRTOS 编码任务提示词

## 项目位置

`D:\code\STM32Project\TCP2UART`，当前在 `master` 分支。

## 背景

本项目是一个 TCP↔UART 双向透传设备，之前在 `baremetal-r8` 分支上以裸机 + lwIP RAW API 方式实现并已调通。现在需要在 `master` 分支上将其迁移为 **FreeRTOS + lwIP netconn API** 架构。

**工程配置文件（IOC、Keil、启动文件、lwipopts.h、FreeRTOSConfig.h）已全部更新完毕，不需要你改。你的任务是编写/重写 C 代码。**

---

## 必读文档（按优先级）

1. `项目技术实现.md` — **首要参考**，第四节"FreeRTOS 任务设计"包含完整的 9+1 任务架构、通信机制、实现模板
2. `项目需求说明.md` — MUX/NET/LINK 协议需求
3. `AT固件使用手册.md` — AT 命令定义
4. `工程调试指南.md` — 调试方法
5. `Keil工程配置说明.txt` — 工程结构

---

## 架构核心决策（不可更改）

1. **lwIP**: `NO_SYS=0`, `netconn API`, `LWIP_SOCKET=0`, `LWIP_TCPIP_CORE_LOCKING=1`
2. **tcpip_thread**: lwIP 自建，优先级 6，栈 512 words
3. **每条 TCP 连接独立任务**: S1/S2 各一个 Server 任务，C1/C2 各一个 Client 任务
4. **NetPollTask**: 独立任务调 `ethernetif_poll()`，不由 tcpip_thread 做
5. **零拷贝 Queue**: 传递 `route_msg_t*` 指针（含 src_id, dst_mask, len, conn_type, *data）
6. **路由内联**: 不设独立 RouteTask，路由逻辑分别在 UartRxTask 和各 TCP 任务内
7. **HAL 时间基准**: TIM4（非 SysTick，SysTick 被 FreeRTOS 占用）
8. **MCU**: STM32F103RCT6 (256KB/48KB)，若 RAM 不够换 RDT6 (384KB/64KB) pin-to-pin

---

## 任务清单（9 个 FreeRTOS 任务）

| 任务 | 优先级 | 栈(words) | 阻塞方式 | 对应文件 |
|------|--------|-----------|----------|----------|
| tcpip_thread | 6 | 512 | mbox | lwIP 自动创建 |
| NetPollTask | 5 | 384 | BinarySem 2ms 超时 | 新建 `task_net_poll.c` |
| TcpSrvTask_S1 | 4 | 384 | netconn_accept 阻塞 | 重写 `tcp_server.c` |
| TcpSrvTask_S2 | 4 | 384 | netconn_accept 阻塞 | 重写 `tcp_server.c` |
| TcpCliTask_C1 | 4 | 256 | netconn_connect 阻塞 | 重写 `tcp_client.c` |
| TcpCliTask_C2 | 4 | 256 | netconn_connect 阻塞 | 重写 `tcp_client.c` |
| UartRxTask | 4 | 384 | TaskNotify 10ms 超时 | 适配 `uart_trans.c` |
| ConfigTask | 2 | 256 | QueueReceive 阻塞 | 适配 `config.c` |
| DefaultTask | 1 | 128 | vTaskDelay 500ms | `freertos.c` CubeMX 生成，LED 心跳 + IWDG 喂狗，保留不可删 |

---

## 文件级操作指南

### 第一优先级：sys_arch.c（lwIP 移植层）

**文件**: `Drivers/LwIP/port/sys_arch.c`

这是最关键的基础模块，没有它 tcpip_thread 无法启动。必须实现：

- `sys_init()` — 空函数即可
- `sys_thread_new(name, thread, arg, stacksize, prio)` — 调用 `xTaskCreate`
- `sys_mbox_new(mbox, size)` / `sys_mbox_free` / `sys_mbox_post` / `sys_mbox_trypost` / `sys_arch_mbox_fetch` / `sys_arch_mbox_tryfetch` — 基于 FreeRTOS `xQueueCreate` / `xQueueSend` / `xQueueReceive`
- `sys_sem_new` / `sys_sem_free` / `sys_arch_sem_wait` / `sys_sem_signal` — 基于 FreeRTOS `xSemaphoreCreateBinary` 等
- `sys_mutex_new` / `sys_mutex_free` / `sys_mutex_lock` / `sys_mutex_unlock` — 基于 FreeRTOS `xSemaphoreCreateMutex`
- `sys_arch_protect()` / `sys_arch_unprotect()` — 基于 `vPortEnterCritical()` / `vPortExitCritical()`
- `sys_now()` — 返回 `xTaskGetTickCount()`
- `sys_thread_id()` — 返回 `xTaskGetCurrentTaskHandle()`

参考 FreeRTOSConfig.h 中已定义的兼容宏：
```c
#define sys_arch_protect()       vPortEnterCritical()
#define sys_arch_unprotect(x)    vPortExitCritical()
#define sys_now()                ((uint32_t)xTaskGetTickCount())
```

**参考**: `baremetal-r8` 分支的 `Drivers/LwIP/port/sys_arch.c` 是 NO_SYS=1 的空壳，需要完全重写。

### 第二优先级：main.c + freertos.c

**文件**: `Core/Src/main.c`

当前 main.c 是裸机 while(1) 轮询架构，需要改为：
1. 保留所有 `MX_xxx_Init()` 外设初始化
2. 删除 `App_Init()` / `App_Poll()` 及所有 `App_Route*` 函数
3. 删除 `StackGuard_*`（FreeRTOS 有自己的栈溢出检测）
4. 保留 `SystemClock_Config()`、`Debug_TrapWithRttHint()`、`Error_Handler()`
5. `main()` 最后调用 `MX_FREERTOS_Init()` 启动调度器（由 CubeMX 生成的 freertos.c 中实现）

**文件**: `Core/Src/freertos.c`

CubeMX 生成的框架文件，需要在 `MX_FREERTOS_Init()` 中创建所有自定义任务：
- NetPollTask
- TcpSrvTask_S1 / TcpSrvTask_S2
- TcpCliTask_C1 / TcpCliTask_C2
- UartRxTask
- ConfigTask

任务优先级和栈大小使用 FreeRTOSConfig.h 中定义的常量：
```c
#define TASK_PRIORITY_NET_POLL    5
#define TASK_STACK_NET_POLL       384
// ... 等等，见 FreeRTOSConfig.h 底部
```

### 第三优先级：tcp_server.c / tcp_client.c（重写）

**文件**: `App/tcp_server.c` / `App/tcp_server.h`

当前基于 RAW API (`tcp_pcb`, `tcp_recv` 回调)，需完全重写为 netconn：

```c
// Server 任务模板（每个实例一个任务）
void TcpSrvTask_S1(void *arg) {
    struct netconn *conn = netconn_new(NETCONN_TCP);
    netconn_bind(conn, IP_ADDR_ANY, cfg->links[0].lport);
    netconn_listen(conn);
    for (;;) {
        struct netconn *newconn;
        if (netconn_accept(conn, &newconn) == ERR_OK) {
            server_worker(newconn, LINK_S1);
            netconn_close(newconn);
            netconn_delete(newconn);
        }
    }
}

void server_worker(struct netconn *conn, uint8_t link_idx) {
    struct netbuf *buf;
    while (netconn_recv(conn, &buf) == ERR_OK) {
        // 构造 route_msg_t，投递到 xTcpRxQueue
        // xQueueSend(xTcpRxQueue, &msg, pdMS_TO_TICKS(10));
        netbuf_delete(buf);
    }
}
```

**文件**: `App/tcp_client.c` / `App/tcp_client.h`

```c
void TcpCliTask_C1(void *arg) {
    for (;;) {
        struct netconn *conn = netconn_new(NETCONN_TCP);
        ip_addr_t rip;
        IP_ADDR4(&rip, cfg->links[2].rip[0], ...);
        if (netconn_connect(conn, &rip, cfg->links[2].rport) == ERR_OK) {
            client_worker(conn, LINK_C1);
        }
        netconn_close(conn);
        netconn_delete(conn);
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(reconnect_interval));
    }
}
```

**重要**：
- 删除内部 ring buffer（netconn 内部有 pbuf 缓冲）
- 删除 RAW API 回调函数 (`tcp_recv`, `tcp_sent`, `tcp_err` 等)
- Server 接受的连接在**本任务内**处理（不 spawn 新任务）
- Client 断连后需自动重连（delay 后重试）
- TCP→UART 数据通过 `xTcpRxQueue` 传递 route_msg_t 指针

### 第四优先级：uart_trans.c 适配

**文件**: `App/uart_trans.c` / `App/uart_trans.h`

核心改动：
1. 删除 `uart_trans_poll()` 函数（不再需要轮询）
2. UART IDLE 中断回调中调用 `xTaskNotifyFromISR(xUartRxTaskHandle, 1, eSetBits, &xHigherPriorityTaskWoken)`
3. UART TX 完成中断回调中触发 DMA 继续发送（保持现有逻辑）
4. 保持 MUX 帧编解码 (`uart_mux_try_extract_frame`, `uart_mux_encode_frame`) 不变

### 第五优先级：config.c 适配

**文件**: `App/config.c` / `App/config.h`

改动较小：
1. 删除 `config_poll()` 函数
2. ConfigTask 通过 `xQueueReceive(xConfigQueue, ...)` 阻塞等待 AT 文本
3. AT 命令解析逻辑保持不变
4. `flash_param.c` 无需改动

### 第六优先级：stm32f1xx_it.c 适配

**文件**: `Core/Src/stm32f1xx_it.c`

改动：
1. `EXTI0_IRQHandler`（CH390 中断）: 调用 `xSemaphoreGiveFromISR(xNetSemaphore, &xHigherPriorityTaskWoken)` + `portYIELD_FROM_ISR`
2. `USART2_IRQHandler` / `USART3_IRQHandler`: IDLE 中断中调用 `xTaskNotifyFromISR` 通知 UartRxTask
3. `TIM4_IRQHandler`: 保持 HAL 时间基准（调用 `HAL_TIM_IRQHandler`）
4. DMA 中断保持现有逻辑
5. **删除** `SysTick_Handler`（FreeRTOS 接管 SysTick，TIM4 做 HAL tick）

### 第七优先级：新建路由消息模块

**新建文件**: `App/route_msg.c` / `App/route_msg.h`

```c
typedef struct {
    uint8_t  src_id;
    uint8_t  dst_mask;
    uint16_t len;
    uint8_t  conn_type;   /* LINK_S1/S2/C1/C2 */
    uint8_t *data;        /* 指向静态缓冲池 */
} route_msg_t;

#define ROUTE_BUF_COUNT  4
#define ROUTE_BUF_SIZE   512

/* 从池中获取空闲缓冲 */
uint8_t *route_buf_alloc(void);
/* 标记缓冲为可用 */
void route_buf_free(uint8_t *buf);
/* 构造 route_msg_t 并发送到指定 Queue */
void route_send(QueueHandle_t queue, uint8_t src_id, uint8_t dst_mask,
                uint8_t conn_type, const uint8_t *data, uint16_t len);
```

---

## 可参考的 baremetal-r8 分支代码

通过 `git show baremetal-r8:<filepath>` 查看裸机版本（已验证可工作）：
- `App/config.c` — AT 命令解析（可直接复用大部分逻辑）
- `App/flash_param.c` — Flash 读写（完全不用改）
- `App/uart_trans.c` — UART DMA/IDLE + MUX 帧编解码（复用 + 适配）
- `Core/Src/main.c` — App_Poll / App_RouteRawUartTraffic / App_RouteMuxUartTraffic（路由逻辑参考）
- `Drivers/CH390/*` — CH390 驱动（复用 + 加 Mutex）
- `Drivers/LwIP/src/netif/ethernetif.c` — netif glue（复用 + 适配 tcpip_input）

---

## 约束

1. **不修改**以下文件：TCP2UART.ioc, MDK-ARM/TCP2UART.uvprojx, startup_stm32f103xe.s, FreeRTOSConfig.h, lwipopts.h
2. **不引入**新依赖，不使用 DHCP、DNS、UDP
3. FreeRTOS 堆管理用 `heap_4.c`（已在 FreeRTOSConfig.h 中配置）
4. 调试输出统一使用 `SEGGER_RTT`
5. ISR 中只调用 `FromISR` 后缀的 FreeRTOS API
6. FreeRTOS 可管理的中断优先级 >= 5（configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY）
7. 所有任务栈用 `uxTaskGetStackHighWaterMark(NULL)` 监控
8. 所有 `.c` 文件使用 `#include "xxx.h"` 而非相对路径
9. Keil 工程文件（uvprojx）中已有所有源文件组，如果新建文件需要在 Keil 中添加

---

## 验证目标

完成编码后，应能通过以下验证：

1. MDK-ARM 编译 0 Error / 0 Warning
2. RTT 输出显示所有 9 个任务成功创建（`vTaskList` 输出）
3. CH390 初始化成功（`ETH init: done`）
4. TCP Server 在配置端口监听（外部工具可连接）
5. TCP Client 连接远端成功
6. UART 数据通过 TCP 双向透传
7. MUX 帧模式下路由正确
8. AT 命令通过 UART1 正常响应
9. FreeRTOS 堆剩余 > 1KB（`xPortGetFreeHeapSize()`）
10. 所有任务栈 highwatermark > 20% 余量
11. DefaultTask（CubeMX 生成）保留，充实为 LED 心跳 + IWDG 喂狗，不可删除

---

## 注意事项

- 如果编译时发现 RAM 溢出（48KB），优先压缩：取消 TCP ring buffer（netconn 自带 pbuf）、降低 MEM_SIZE 到 6KB、降低 FreeRTOS 堆到 8KB
- 如果仍然不够，告知用户切换 STM32F103RDT6（64KB SRAM），仅需改 startup/宏/SRAM 大小
- `baremetal-r8` 分支的代码是已验证可工作的，可以作为逻辑参考，但不要照搬 RAW API 调用
- 路由逻辑参考 `baremetal-r8` 的 `App_RouteRawUartTraffic()` 和 `App_RouteMuxUartTraffic()`