robot/project/Spoolend

Spoolold → Spoolend 移植计划

一、Spoolold 功能汇总

Spoolold 是一个 线缆卷筒末端控制器（STM32G431），核心功能如下：

功能模块	说明
Modbus RTU 从机	UART1, 地址 0x34, 支持 FC03/FC06/FC10, 12 个保持寄存器
Modbus RTU 主机	UART2, 向 DMK 电机驱动器发送速度/方向指令
4 路继电器输出	K1-K4 独立开关控制，由 Modbus 寄存器 [0]-[3] 驱动
电源管理	K5 继电器，支持手动/自动(超时)模式，含极性反转配置
通信超时保护	无通信活动时自动停止电机、关闭电源
DMK 电机控制	3 相状态机（模式→速度→方向），100ms/相，通过 Modbus FC06 发送
Flash 参数持久化	12 个 int16_t 参数存储在 Flash 最后一页，写入 55 触发保存
IWDG 看门狗	主循环喂狗，死机自动复位

核心数据结构：holdingRegisters[12]

索引	默认值	功能
[0]-[3]	50	K1-K4 继电器控制（0=关, 非0=开）
[4]	0	电源极性（0=正逻辑, 非0=反转）
[5]	0	电源模式（0=自动超时, 非0=手动）
[6]	0	手动电源开关（0=关, 非0=开）
[7]	0	通信超时阈值(ms)
[8]	2000	电机速度
[9]	0	电机状态（0=停, 1=正转, 2=反转）
[10]	0	Flash 保存触发（55=保存）
[11]	0	保留

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二、新旧架构对比

维度	Spoolold (旧)	Spoolend (新)
UART 驱动	直接调 HAL，逐字节中断接收	bsp_uart.h + TComCtrl 抽象层，环形缓冲区
Modbus 协议	自带 modbus.c（从机+主机）	无，需移植
电机控制	自带 dmk.c（3 相状态机）	无，需移植
Flash 操作	自带 flash_operation.c（直接操作 Flash）	可用 bspMCU/stmflash.h
GPIO 控制	直接 HAL_GPIO_WritePin	同样方式，无需改变
发送方式	DMA 发送	TComCtrl 的 rd_ComSendProc + 自定义 send 回调

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三、移植方案

3.1 文件结构规划

在 robot/project/Spoolend/ 下新增：

Spoolend/
├── CMakeLists.txt          (已有，需更新源文件列表)
├── Spoolend.c              (已有，需重写)
├── include/
│   ├── Spoolend.h          (新建 - 公共接口)
│   ├── modbus.h            (从 Spoolold 移植，适配 TComCtrl)
│   ├── dmk.h               (从 Spoolold 移植)
│   └── flash_operation.h   (从 Spoolold 移植，适配 stmflash)
├── modbus.c                (从 Spoolold 移植，重写收发层)
├── dmk.c                   (从 Spoolold 移植，适配新 Modbus 接口)
└── flash_operation.c       (从 Spoolold 移植，适配 stmflash API)

3.2 各模块移植要点

A. Modbus 协议栈 (modbus.c/h)

保留：

• CRC-16 计算逻辑
• FC03/FC06/FC10 帧解析与响应构造
• 异常响应机制
• 寄存器读写逻辑 + 可写性检查

重写：

• 接收层：不再逐字节中断接收，改为通过 TComCtrl 的 check/decode 回调机制
  • check_RS485_1() → 做 Modbus 帧完整性校验（CRC + 长度），返回帧长或 0
  • decode_RS485_1() → 调用 Modbus_Process() 解析帧内容
• 发送层：Modbus_SendResponse() 改为调用 rd_ComWrite(g_ptRS485_1, ...)
• 主机发送：Modbus_Master_Send() 改为调用 rd_ComWrite(g_ptRS485_2, ...)
• 超时检测：不再依赖 Rx_Pre_time，改用 TComCtrl 的 m_uiLastRecvTime

关键适配：

// 旧：HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1, data, len)
// 新：rd_ComWrite(g_ptRS485_1, (char*)data, len)

// 旧：逐字节 HAL_UART_Receive_IT + HAL_UART_RxCpltCallback
// 新：check 回调做帧校验，decode 回调做帧处理

B. DMK 电机控制 (dmk.c/h)

保留：

• 3 相状态机逻辑（模式→速度→方向，100ms/相）
• 电机方向映射（0=停, 1=正转→0x01, 2=反转→0x14）

重写：

• MB_WriteHoldingReg() 调用改为新的 Modbus 主机接口
• 超时检测逻辑适配 TComCtrl 时间戳

C. Flash 参数存储 (flash_operation.c/h)

方案选择： 使用 bspMCU/stmflash.h 提供的 API

适配：

// 旧：直接 HAL_FLASH_Unlock / HAL_FLASH_Program(FLASH_TYPEPROGRAM_DOUBLEWORD, ...)
// 新：STMFLASH_Write(WriteAddr, pBuffer, NumToWrite)
//     STMFLASH_Read(ReadAddr, pBuffer, NumToRead)
//     STMFLASH_EraseByAddress(Address)

注意：stmflash.h 有 #ifdef USE_ONCHIP_FLASH 保护，需确保 CMake 中启用该宏。

D. 主逻辑 (Spoolend.c)

SpoolendInit()：

1. 初始化 RS485_1（已有）→ 绑定 Modbus 从机 check/decode
2. 初始化 RS485_2（已有）→ 绑定 Modbus 主机 send
3. 初始化 FDCAN1（保留，可选）
4. 调用 Flash_ReadParameters() 恢复参数
5. 设置 holdingRegisters[8] = 2000（默认速度）
6. IWDG 初始化（如 CubeMX 未配置）

SpoolendTask()：

1. HAL_IWDG_Refresh() 喂狗
2. rd_ComRead + Modbus_Process() 处理 Modbus 帧
3. K1-K4 GPIO 控制（holdingRegisters[0..3]）
4. 通信超时判断 + 电机停止
5. handle_dmk_motor() 电机控制
6. handle_power_on_off() 电源管理
7. Flash 保存检查（holdingRegisters[10]==55）
8. rd_ComSendProc() 发送处理

3.3 CMakeLists.txt 更新

set(SRC_LIST
    Spoolend.c
    modbus.c
    dmk.c
    flash_operation.c
)

依赖关系保持不变：target_link_libraries(${TARGET_NAME} PUBLIC bspMCU)

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四、移植顺序

1. flash_operation.c/h → 最独立，先移植并验证 Flash 读写
2. modbus.c/h → 核心协议，移植从机部分先（FC03/06/10），再移植主机部分
3. dmk.c/h → 依赖 Modbus 主机接口
4. Spoolend.c → 整合所有模块，替换 demo 逻辑为正式控制逻辑

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五、验证方案

1. Flash 验证：写入参数 → 重启 → 读取比对
2. Modbus 从机验证：用 Modbus Poll 等工具连接 RS485_1，读写 12 个寄存器
3. Modbus 主机验证：连接 DMK 驱动器，发送速度/方向命令，观察响应
4. GPIO 验证：通过 Modbus 写 K1-K4 寄存器，用万用表测引脚电平
5. 电源管理验证：设置超时阈值，断开通信，观察 K5 自动关闭
6. 看门狗验证：故意死循环，观察系统自动复位

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六、关键文件路径

文件	路径
Spoolold 主逻辑	robot/project_old/Spoolold/Spoolold.c
Modbus 旧实现	robot/project_old/Spoolold/modbus.c
DMK 旧实现	robot/project_old/Spoolold/dmk.c
Flash 旧实现	robot/project_old/Spoolold/flash_operation.c
Spoolend 当前代码	robot/project/Spoolend/Spoolend.c
TComCtrl 通信抽象	robot/peripheral/include/com.h
BSP UART 驱动	robot/bspMCU/include/bsp_uart.h
BSP Flash 驱动	robot/bspMCU/include/stmflash.h
根 CMakeLists	robot/CMakeLists.txt

Spoolend 线轴端控制板 — 测试用例文档

一、测试环境

项目	说明
硬件	STM32G431 控制板 + DMK 电机驱动器 + 5路继电器模块
上位机工具	Modbus Poll / Modbus Slave / 自定义串口工具
连接	RS485_1 (USART1) → 上位机主机, RS485_2 (USART3) → DMK 驱动器
波特率	115200, 8N1
Modbus 从机地址	0x34 (52)

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二、Modbus 从机通信测试

TC-MODBUS-01: FC03 读保持寄存器 — 正常读取全部寄存器

项目	内容
前置条件	系统正常启动
操作	发送: 34 03 0000 000C CRC
预期响应	34 03 18 [24字节寄存器数据] CRC
验证点	返回 12 个寄存器值，与 holdingRegisters[0..11] 一致

TC-MODBUS-02: FC03 读保持寄存器 — 读取单个寄存器

项目	内容
操作	发送: 34 03 0000 0001 CRC (读 K1 状态)
预期响应	34 03 02 [K1值高] [K1值低] CRC

TC-MODBUS-03: FC03 读保持寄存器 — 地址越界

项目	内容
操作	发送: 34 03 000B 0002 CRC (从地址11开始读2个)
预期响应	34 83 02 CRC (异常码 0x02: 非法数据地址)

TC-MODBUS-04: FC06 写单个寄存器 — 写 K1 控制

项目	内容
操作	发送: 34 06 0000 0000 CRC (K1 设为 0)
预期响应	34 06 0000 0000 CRC (原帧回显)
验证点	K1 引脚变为低电平；再发 34 06 0000 0001 CRC，K1 恢复高电平

TC-MODBUS-05: FC06 写单个寄存器 — 地址越界

项目	内容
操作	发送: 34 06 000C 0000 CRC (地址 12 超出范围)
预期响应	34 86 02 CRC (异常码 0x02)

TC-MODBUS-06: FC10 写多个寄存器 — 批量写入 K1-K4

项目	内容
操作	发送: 34 10 0000 0004 08 0001 0000 0001 0000 CRC
预期响应	34 10 0000 0004 CRC
验证点	K1=1, K2=0, K3=1, K4=0；GPIO 引脚电平对应变化

TC-MODBUS-07: FC10 写多个寄存器 — 数据长度错误

项目	内容
操作	发送: 34 10 0000 0004 04 0001 0000 CRC (byteCount=4 但 registerCount=4 需要 8 字节)
预期响应	34 90 03 CRC (异常码 0x03)

TC-MODBUS-08: FC10 写多个寄存器 — 只读寄存器保护

项目	内容
前置条件	registerWritable[i] = 0 的寄存器
操作	尝试写入只读寄存器
预期响应	正常响应，但只读寄存器值不变

TC-MODBUS-09: CRC 校验 — 错误 CRC

项目	内容
操作	发送: 34 03 0000 0001 0000 (CRC 错误)
预期响应	无响应（静默丢弃）

TC-MODBUS-10: 不支持的功能码

项目	内容
操作	发送: 34 01 0000 0001 CRC (FC01 不支持)
预期响应	34 81 01 CRC (异常码 0x01)

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三、GPIO 继电器控制测试

TC-GPIO-01: K1-K4 独立控制

项目	内容
操作	通过 FC06 依次写 holdingRegisters[0..3] 为非零值
预期	K1→K4 引脚依次变为高电平 (GPIO_PIN_SET)
操作	写为 0
预期	K1→K4 引脚依次变为低电平 (GPIO_PIN_RESET)

TC-GPIO-02: K1-K4 默认状态

项目	内容
操作	系统上电，不发送任何 Modbus 命令
预期	holdingRegisters[0..3] 默认值为 50 (0x32)，K1-K4 均为高电平

TC-GPIO-03: LED1 指示灯

项目	内容
操作	发送任意 Modbus 命令到本机地址 (0x34)
预期	LED1 翻转一次

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四、电源管理测试 (K5)

TC-PWR-01: 自动模式 — 通信正常时电源开启

项目	内容
前置条件	holdingRegisters[5]=0 (自动), [4]=0 (正极性), [7]=5000 (5秒超时)
操作	持续发送 Modbus 命令（间隔 < 5秒）
预期	K5 引脚保持低电平（电源开启，正极性时 RESET=开）

TC-PWR-02: 自动模式 — 通信超时关闭电源

项目	内容
前置条件	同上
操作	停止发送 Modbus 命令，等待超过 5 秒
预期	K5 引脚变为高电平（电源关闭）

TC-PWR-03: 自动模式 — 通信恢复重新开启

项目	内容
操作	超时后重新发送 Modbus 命令
预期	K5 引脚恢复低电平（电源重新开启）

TC-PWR-04: 手动模式 — 开启电源

项目	内容
操作	FC06 写 holdingRegisters[5]=1 (手动), [6]=1 (开)
预期	K5 引脚变为低电平（电源开启）

TC-PWR-05: 手动模式 — 关闭电源

项目	内容
操作	FC06 写 holdingRegisters[6]=0 (关)
预期	K5 引脚变为高电平（电源关闭）

TC-PWR-06: 极性反转

项目	内容
操作	FC06 写 holdingRegisters[4]=1 (反极性)
预期	K5 引脚电平逻辑反转（SET=关, RESET=开）

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五、DMK 电机控制测试

TC-DMK-01: 电机正转

项目	内容
操作	FC06 写 holdingRegisters[9]=1 (正转), [8]=2000 (速度)
预期	RS485_2 周期性 (300ms) 向 DMK 发送: 模式→速度→方向(0x01)
验证点	用串口监听 RS485_2，确认 3 相 Modbus FC06 帧正确

TC-DMK-02: 电机反转

项目	内容
操作	FC06 写 holdingRegisters[9]=2
预期	方向寄存器 0x033 写入值 0x14

TC-DMK-03: 电机停止

项目	内容
操作	FC06 写 holdingRegisters[9]=0
预期	方向寄存器 0x033 写入值 0x00

TC-DMK-04: 速度设置

项目	内容
操作	FC06 写 holdingRegisters[8]=3000
预期	速度寄存器 0x06A 写入值 3000

TC-DMK-05: 3 相时序验证

项目	内容
操作	电机运行中，监听 RS485_2 输出
预期	每 300ms 周期: 相0(0-100ms)写模式=0, 相1(100-200ms)写速度, 相2(200-300ms)写方向

TC-DMK-06: 默认速度

项目	内容
操作	系统上电
预期	holdingRegisters[8] 硬编码为 2000（即使 Flash 中存储了其他值）

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六、通信超时保护测试

TC-TIMEOUT-01: 超时停止电机

项目	内容
前置条件	holdingRegisters[7]=5000, 电机正在运行
操作	停止 Modbus 通信超过 5 秒
预期	RS485_2 发送停止命令 MB_WriteHoldingReg(1, 0x33, 0x0)

TC-TIMEOUT-02: 超时阈值为 0 时禁用超时

项目	内容
操作	FC06 写 holdingRegisters[7]=0
预期	通信超时不会触发停止（阈值为 0 时立即超时，但需验证行为）

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七、Flash 参数持久化测试

TC-FLASH-01: 参数保存

项目	内容
操作	修改 K1-K4 为自定义值，FC06 写 holdingRegisters[10]=55
预期	参数写入 Flash 最后一页；holdingRegisters[10] 自动变为 1
验证	发送 FC03 读取确认 [10]=1

TC-FLASH-02: 参数恢复

项目	内容
前置条件	TC-FLASH-01 已执行
操作	系统复位/重新上电
预期	从 Flash 读取参数，K1-K4 恢复为保存时的值

TC-FLASH-03: 保存后速度覆盖

项目	内容
操作	保存时 holdingRegisters[8]=3000，重启
预期	Flash 读取后 [8]=3000，但 SpoolendInit 硬编码覆盖为 2000

TC-FLASH-04: 默认参数

项目	内容
操作	全新芯片首次启动（Flash 为空白 0xFF）
预期	holdingRegisters[0..3] 读取为 0xFFFF (非零=开)，K1-K4 默认开启

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八、看门狗测试

TC-WDG-01: 正常运行不复位

项目	内容
操作	系统正常运行
预期	SpoolendTask 每次循环喂狗，系统持续运行不复位

TC-WDG-02: 死机自动复位

项目	内容
操作	在 SpoolendTask 中插入 while(1); 死循环
预期	IWDG 超时后系统自动复位

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九、FDCAN 测试

TC-CAN-01: CAN 数据透传

项目	内容
操作	向 FDCAN1 发送任意 CAN 帧
预期	数据通过 rd_ComIDWrite 回传（echo）

TC-CAN-02: CAN 错误恢复

项目	内容
操作	制造 CAN 总线错误
预期	HAL_FDCAN_ErrorStatusCallback 触发 MX_FDCAN1_Init 重新初始化

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十、边界条件与异常测试

TC-EDGE-01: Modbus 帧不完整

项目	内容
操作	发送不完整的 Modbus 帧（如只有地址字节 34）
预期	等待后续数据或超时丢弃，不崩溃

TC-EDGE-02: 非本机地址帧

项目	内容
操作	发送地址非 0x34 的 Modbus 帧
预期	静默忽略，不响应

TC-EDGE-03: 高频 Modbus 请求

项目	内容
操作	以最大频率连续发送 FC03 读取请求
预期	每帧正确响应，不丢帧不乱序

TC-EDGE-04: 同时读写寄存器

项目	内容
操作	一边用 FC03 读取，一边用 FC06 写入
预期	读取返回写入前或写入后的值（无中间态撕裂）

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十一、测试用例统计

类别	用例数
Modbus 从机通信	10
GPIO 继电器控制	3
电源管理	6
DMK 电机控制	6
通信超时保护	2
Flash 参数持久化	4
看门狗	2
FDCAN	2
边界与异常	4
合计	39