# 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. 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

### 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  |
+--------------------------------------------------+
| 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
3. `DMA IRQ` 和 `UART IRQ` 只完成回调分发与 IDLE 采样
4. 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. CH390 中断在主循环中轮询处理
4. 配置中的 MAC 地址会在初始化时写入 CH390

### 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

## 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();
    }

    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. `Code=38664`
4. `RO-data=1272`
5. `RW-data=168`
6. `ZI-data=19120`

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. 目前未提供上板网络与串口吞吐测试结论
3. `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 INT 极性与 EXTI 触发行为
2. 验证 `SPI1` 与 CH390 的稳定性
3. 验证 `UART2/UART3 DMA + IDLE` 在长连续流量下的行为
4. 验证 TCP Server 与 TCP Client 双链路同时工作时的稳定性
5. 验证配置保存、复位、MAC 生效路径

## 十、后续建议

下一阶段建议按以下顺序推进：

1. 上板联调 CH390 链路与 RTT 输出
2. 验证 UART2/3 透传功能
3. 补充双向透传稳定性与丢包测试
4. 视需要继续优化 `config.c` 的体积与命令集
5. 若后续必须支持 DHCP，再单独评估资源预算