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# TCP2UART FreeRTOS 编码任务提示词
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## 项目位置
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`D:\code\STM32Project\TCP2UART`，当前在 `master` 分支。
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## 背景
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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。
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**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。**
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## 必读文档（按优先级）
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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
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2. `项目需求说明.md` — MUX/NET/LINK 协议需求
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3. `AT固件使用手册.md` — AT 命令定义
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4. `工程调试指南.md` — 调试方法
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5. `Keil工程配置说明.txt` — 工程结构
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## 架构核心决策（不可更改）
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1. **lwIP**: `NO_SYS=0`, `netconn API`, `LWIP_SOCKET=0`, `LWIP_TCPIP_CORE_LOCKING=1`
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2. **tcpip_thread**: lwIP 自建，优先级 6，栈 512 words
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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
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4. **NetPollTask**: 独立任务调 `ethernetif_poll()`，不由 tcpip_thread 做
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5. **零拷贝 Queue**: 传递 `route_msg_t*` 指针（含 src_id, dst_mask, len, conn_type, *data）
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6. **路由内联**: 不设独立 RouteTask，路由逻辑分别在 UartRxTask 和各 TCP 任务内
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7. **HAL 时间基准**: TIM4（非 SysTick，SysTick 被 FreeRTOS 占用）
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8. **MCU**: STM32F103RCT6 (256KB/48KB)，若 RAM 不够换 RDT6 (384KB/64KB) pin-to-pin
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## 任务清单（9 个 FreeRTOS 任务）
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| 任务 | 优先级 | 栈(words) | 阻塞方式 | 对应文件 |
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| tcpip_thread | 6 | 512 | mbox | lwIP 自动创建 |
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| NetPollTask | 5 | 384 | BinarySem 2ms 超时 | 新建 `task_net_poll.c` |
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| TcpSrvTask_S1 | 4 | 384 | netconn_accept 阻塞 | 重写 `tcp_server.c` |
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| TcpSrvTask_S2 | 4 | 384 | netconn_accept 阻塞 | 重写 `tcp_server.c` |
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| TcpCliTask_C1 | 4 | 256 | netconn_connect 阻塞 | 重写 `tcp_client.c` |
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| TcpCliTask_C2 | 4 | 256 | netconn_connect 阻塞 | 重写 `tcp_client.c` |
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| UartRxTask | 4 | 384 | TaskNotify 10ms 超时 | 适配 `uart_trans.c` |
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| ConfigTask | 2 | 256 | QueueReceive 阻塞 | 适配 `config.c` |
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| DefaultTask | 1 | 128 | vTaskDelay 500ms | `freertos.c` CubeMX 生成，LED 心跳 + IWDG 喂狗，保留不可删 |
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## 文件级操作指南
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### 第一优先级：sys_arch.c（lwIP 移植层）
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**文件**: `Drivers/LwIP/port/sys_arch.c`
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这是最关键的基础模块，没有它 tcpip_thread 无法启动。必须实现：
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- `sys_init()` — 空函数即可
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- `sys_thread_new(name, thread, arg, stacksize, prio)` — 调用 `xTaskCreate`
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- `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`
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- `sys_sem_new` / `sys_sem_free` / `sys_arch_sem_wait` / `sys_sem_signal` — 基于 FreeRTOS `xSemaphoreCreateBinary` 等
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- `sys_mutex_new` / `sys_mutex_free` / `sys_mutex_lock` / `sys_mutex_unlock` — 基于 FreeRTOS `xSemaphoreCreateMutex`
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- `sys_arch_protect()` / `sys_arch_unprotect()` — 基于 `vPortEnterCritical()` / `vPortExitCritical()`
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- `sys_now()` — 返回 `xTaskGetTickCount()`
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- `sys_thread_id()` — 返回 `xTaskGetCurrentTaskHandle()`
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参考 FreeRTOSConfig.h 中已定义的兼容宏：
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```c
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#define sys_arch_protect() vPortEnterCritical()
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#define sys_arch_unprotect(x) vPortExitCritical()
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#define sys_now() ((uint32_t)xTaskGetTickCount())
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```
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**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。
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### 第二优先级：main.c + freertos.c
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**文件**: `Core/Src/main.c`
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当前 main.c 是裸机 while(1) 轮询架构，需要改为：
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1. 保留所有 `MX_xxx_Init()` 外设初始化
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2. 删除 `App_Init()` / `App_Poll()` 及所有 `App_Route*` 函数
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3. 删除 `StackGuard_*`（FreeRTOS 有自己的栈溢出检测）
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4. 保留 `SystemClock_Config()`、`Debug_TrapWithRttHint()`、`Error_Handler()`
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5. `main()` 最后调用 `MX_FREERTOS_Init()` 启动调度器（由 CubeMX 生成的 freertos.c 中实现）
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**文件**: `Core/Src/freertos.c`
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CubeMX 生成的框架文件，需要在 `MX_FREERTOS_Init()` 中创建所有自定义任务：
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- NetPollTask
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- TcpSrvTask_S1 / TcpSrvTask_S2
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- TcpCliTask_C1 / TcpCliTask_C2
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- UartRxTask
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- ConfigTask
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任务优先级和栈大小使用 FreeRTOSConfig.h 中定义的常量：
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```c
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#define TASK_PRIORITY_NET_POLL 5
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#define TASK_STACK_NET_POLL 384
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// ... 等等，见 FreeRTOSConfig.h 底部
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```
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### 第三优先级：tcp_server.c / tcp_client.c（重写）
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**文件**: `App/tcp_server.c` / `App/tcp_server.h`
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当前基于 RAW API (`tcp_pcb`, `tcp_recv` 回调)，需完全重写为 netconn：
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```c
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// Server 任务模板（每个实例一个任务）
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void TcpSrvTask_S1(void *arg) {
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struct netconn *conn = netconn_new(NETCONN_TCP);
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netconn_bind(conn, IP_ADDR_ANY, cfg->links[0].lport);
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netconn_listen(conn);
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for (;;) {
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struct netconn *newconn;
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if (netconn_accept(conn, &newconn) == ERR_OK) {
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server_worker(newconn, LINK_S1);
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netconn_close(newconn);
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netconn_delete(newconn);
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}
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}
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}
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void server_worker(struct netconn *conn, uint8_t link_idx) {
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struct netbuf *buf;
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while (netconn_recv(conn, &buf) == ERR_OK) {
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// 构造 route_msg_t，投递到 xTcpRxQueue
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// xQueueSend(xTcpRxQueue, &msg, pdMS_TO_TICKS(10));
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netbuf_delete(buf);
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}
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}
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```
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**文件**: `App/tcp_client.c` / `App/tcp_client.h`
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```c
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void TcpCliTask_C1(void *arg) {
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for (;;) {
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struct netconn *conn = netconn_new(NETCONN_TCP);
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ip_addr_t rip;
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IP_ADDR4(&rip, cfg->links[2].rip[0], ...);
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if (netconn_connect(conn, &rip, cfg->links[2].rport) == ERR_OK) {
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client_worker(conn, LINK_C1);
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}
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netconn_close(conn);
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netconn_delete(conn);
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vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(reconnect_interval));
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}
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}
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```
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**重要**：
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- 删除内部 ring buffer（netconn 内部有 pbuf 缓冲）
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- 删除 RAW API 回调函数 (`tcp_recv`, `tcp_sent`, `tcp_err` 等)
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- Server 接受的连接在**本任务内**处理（不 spawn 新任务）
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- Client 断连后需自动重连（delay 后重试）
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- TCP→UART 数据通过 `xTcpRxQueue` 传递 route_msg_t 指针
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### 第四优先级：uart_trans.c 适配
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**文件**: `App/uart_trans.c` / `App/uart_trans.h`
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核心改动：
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1. 删除 `uart_trans_poll()` 函数（不再需要轮询）
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2. UART IDLE 中断回调中调用 `xTaskNotifyFromISR(xUartRxTaskHandle, 1, eSetBits, &xHigherPriorityTaskWoken)`
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3. UART TX 完成中断回调中触发 DMA 继续发送（保持现有逻辑）
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4. 保持 MUX 帧编解码 (`uart_mux_try_extract_frame`, `uart_mux_encode_frame`) 不变
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### 第五优先级：config.c 适配
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**文件**: `App/config.c` / `App/config.h`
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改动较小：
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1. 删除 `config_poll()` 函数
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2. ConfigTask 通过 `xQueueReceive(xConfigQueue, ...)` 阻塞等待 AT 文本
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3. AT 命令解析逻辑保持不变
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4. `flash_param.c` 无需改动
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### 第六优先级：stm32f1xx_it.c 适配
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**文件**: `Core/Src/stm32f1xx_it.c`
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改动：
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1. `EXTI0_IRQHandler`（CH390 中断）: 调用 `xSemaphoreGiveFromISR(xNetSemaphore, &xHigherPriorityTaskWoken)` + `portYIELD_FROM_ISR`
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2. `USART2_IRQHandler` / `USART3_IRQHandler`: IDLE 中断中调用 `xTaskNotifyFromISR` 通知 UartRxTask
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3. `TIM4_IRQHandler`: 保持 HAL 时间基准（调用 `HAL_TIM_IRQHandler`）
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4. DMA 中断保持现有逻辑
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5. **删除** `SysTick_Handler`（FreeRTOS 接管 SysTick，TIM4 做 HAL tick）
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### 第七优先级：新建路由消息模块
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**新建文件**: `App/route_msg.c` / `App/route_msg.h`
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```c
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typedef struct {
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uint8_t src_id;
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uint8_t dst_mask;
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uint16_t len;
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uint8_t conn_type; /* LINK_S1/S2/C1/C2 */
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uint8_t *data; /* 指向静态缓冲池 */
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} route_msg_t;
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#define ROUTE_BUF_COUNT 4
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#define ROUTE_BUF_SIZE 512
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/* 从池中获取空闲缓冲 */
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uint8_t *route_buf_alloc(void);
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/* 标记缓冲为可用 */
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void route_buf_free(uint8_t *buf);
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/* 构造 route_msg_t 并发送到指定 Queue */
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void route_send(QueueHandle_t queue, uint8_t src_id, uint8_t dst_mask,
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uint8_t conn_type, const uint8_t *data, uint16_t len);
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## 可参考的 baremetal-r8 分支代码
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通过 `git show baremetal-r8:<filepath>` 查看裸机版本（已验证可工作）：
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- `App/config.c` — AT 命令解析（可直接复用大部分逻辑）
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- `App/flash_param.c` — Flash 读写（完全不用改）
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- `App/uart_trans.c` — UART DMA/IDLE + MUX 帧编解码（复用 + 适配）
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- `Core/Src/main.c` — App_Poll / App_RouteRawUartTraffic / App_RouteMuxUartTraffic（路由逻辑参考）
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- `Drivers/CH390/*` — CH390 驱动（复用 + 加 Mutex）
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- `Drivers/LwIP/src/netif/ethernetif.c` — netif glue（复用 + 适配 tcpip_input）
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## 约束
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1. **不修改**以下文件：TCP2UART.ioc, MDK-ARM/TCP2UART.uvprojx, startup_stm32f103xe.s, FreeRTOSConfig.h, lwipopts.h
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2. **不引入**新依赖，不使用 DHCP、DNS、UDP
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3. FreeRTOS 堆管理用 `heap_4.c`（已在 FreeRTOSConfig.h 中配置）
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4. 调试输出统一使用 `SEGGER_RTT`
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5. ISR 中只调用 `FromISR` 后缀的 FreeRTOS API
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6. FreeRTOS 可管理的中断优先级 >= 5（configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY）
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7. 所有任务栈用 `uxTaskGetStackHighWaterMark(NULL)` 监控
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8. 所有 `.c` 文件使用 `#include "xxx.h"` 而非相对路径
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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
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## 验证目标
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完成编码后，应能通过以下验证：
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1. MDK-ARM 编译 0 Error / 0 Warning
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2. RTT 输出显示所有 9 个任务成功创建（`vTaskList` 输出）
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3. CH390 初始化成功（`ETH init: done`）
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4. TCP Server 在配置端口监听（外部工具可连接）
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5. TCP Client 连接远端成功
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6. UART 数据通过 TCP 双向透传
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7. MUX 帧模式下路由正确
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8. AT 命令通过 UART1 正常响应
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9. FreeRTOS 堆剩余 > 1KB（`xPortGetFreeHeapSize()`）
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10. 所有任务栈 highwatermark > 20% 余量
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11. DefaultTask（CubeMX 生成）保留，充实为 LED 心跳 + IWDG 喂狗，不可删除
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## 注意事项
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- 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
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- 如果仍然不够，告知用户切换 STM32F103RDT6（64KB SRAM），仅需改 startup/宏/SRAM 大小
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- `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
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- 路由逻辑参考 `baremetal-r8` 的 `App_RouteRawUartTraffic()` 和 `App_RouteMuxUartTraffic()`
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