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CH32V307 固件系统总览

文档版本：1.0 · 日期：2026-03-15 · 状态：已发布

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1. 项目背景与硬件平台

1.1 项目概述

本固件运行于 CH32V307WCU6 微控制器，连接 Mini212G2（256×192）红外热像传感器，通过 1000M RGMII 以太网实时向上位机（ConfigServer）上报温度数据。

系统支持两种主要工作模式，均在 FreeRTOS 多任务框架下运行：

• 2D 模式：矩阵温度帧触发采集（外部 GPIO 触发或内部温度阈值触发）
• 1D 模式：时间轴温度序列采集（外部 GPIO 触发或内部连续热帧检测）

1.2 硬件配置

项目	规格
MCU	CH32V307WCU6，RISC-V，144 MHz
FLASH	128 KB（Option Bytes 配置 FLASH_128_SRAM_192）
SRAM	192 KB
FreeRTOS Heap	16 KB（Heap_4）
传感器	Mini212G2，256×192，TMP 模式（0.1°C/LSB）
传感器接口	DVP 8-bit CMOS，硬件 DMA ping-pong
以太网	1000M RGMII
调试串口	USART3（PB10 TX / PB11 RX），921600 baud
外部触发输入	PA15 / EXTI15，上升沿，内部下拉
NG 输出	PA8，推挽，高电平有效

TMP 模式说明：传感器必须预配置为 TMP 模式（非 Y16 原始 ADC），输出值为 0.1°C/LSB 的绝对温度，无需 MCU 换算。配置方法见 Doc/Mini212G2预配置指南.md。

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2. FreeRTOS 任务拓扑

2.1 任务列表

任务名	优先级	栈（words）	条件	职责
task_wchnet_entry	6（最高）	512	始终创建	WCHNET 协议栈驱动，每 5 ms 轮询
task_business_entry	5	512	始终创建	DVP 帧消费、2D/1D 状态机、TCP 发送
task_test_pattern_entry	4	256	TEST_PATTERN_MODE=1 时	仿真传感器数据（不含真实DVP）
task_heartbeat_entry	3（最低）	256	始终创建	调试心跳打印，每 2 s 一次

2.2 任务间数据流

传感器（DVP 硬件）
        │  每行 512 B，DMA ping-pong
        ↓
  DVP_IRQHandler（WCH-Interrupt-fast）
        │  ① STR_FRM → current_line_idx = 0
        │  ② ROW_DONE → memcpy → FrameBuffer[idx]
        │  ③ idx == 191 → Frame_Ready_Flag = 1
        ↓
  task_business_entry（优先级 5）
        │  轮询 Frame_Ready_Flag
        │  读取 FrameBuffer（共享内存）
        │  执行 Preprocess_Execute / get_1d_sample
        ↓
  TcpLogic_BuildAndSendTemperatureFrame
        │  零拷贝写入帧头（HeadOffset 空间复用）
        ↓
  task_wchnet_entry（优先级 6）
        │  WCHNET_MainTask / WCHNET_HandleGlobalInt
        ↓
     以太网 → ConfigServer

关键同步机制：

• Frame_Ready_Flag：volatile uint8_t，IRQ 置 1，业务任务读取后清 0
• FrameBuffer：uint8_t[192][512]，IRQ 写入，业务任务只读
• 双缓冲 TX：g_TxNetBuffer_A / g_TxNetBuffer_B，use_buffer_A 标志交替，保证一帧发送未完时下一帧可立即写入
• qdx_port_net_lock/unlock：互斥量保护 WCHNET API，防止业务任务和网络任务并发

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3. 系统启动序列

main() 按以下顺序执行初始化，各步骤依赖前序完成：

SystemCoreClockUpdate()         → 更新 SystemCoreClock（144 MHz）
Delay_Init()                    → SysTick 初始化，提供 sys_tick_ms 计时
USART_Printf_Init(921600)        → USART3 调试串口（PB10/PB11）
Config_Flash_SRAM(FLASH_128_SRAM_192) → Option Bytes：FLASH=128K，SRAM=192K
                                   （若已配置跳过；否则写入后系统复位）
DVP_Init()                      → GPIO 配置、DMA ping-pong 缓冲、IRQ 使能
TIM2_Init()                      → WCHNET 定时器（1 ms 周期）
ExtTrigger_GPIO_Init()           → PA15 EXTI15，上升沿中断
NG_GPIO_Init()                   → PA8 推挽输出，默认低
ETH_LibInit(IP, GW, Mask, MAC)  → WCHNET 协议栈初始化，1000M RGMII
WCHNET_ConfigKeepLive(20000,15000,9) → TCP Keepalive
qdx_port_init()                 → QDX 网络层 socket/互斥量初始化
Preprocess_Init(256, 192)       → 图像预处理模块
TcpLogic_Init(MACAddr, NULL)    → TCP 逻辑层，注册 DeviceUUID=MAC
TcpLogic_Register*Callback()    → 注册 OnConfigUpdate / OnDetectionResult / OnTempFrameRequest
TcpLogic_Start()                → 启动后台连接状态机（控制流 → 握手 → 数据流）
xTaskCreate(×3 或 ×4)           → 创建 RTOS 任务
vTaskStartScheduler()           → 启动调度器（不返回）

Option Bytes 说明：首次上电若 Flash/SRAM 分配不符，Config_Flash_SRAM 会写入 Option Bytes 并触发 NVIC_SystemReset()，复位后以新分配重新启动。正常运行时该函数直接返回。

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4. 2D 状态机

2D 模式在 task_business_entry 中，每帧调用 handle_2d_trigger()，由 4 个状态变量组成隐式状态机：

4.1 状态转换图

        ┌─────────────────── IDLE ──────────────────────────┐
        │                                                   │
        │  TriggerMode=1（外部）                              │  TriggerMode=0（内部）
        │  PA15 上升沿 → g_ext_trigger_flag=1               │  Preprocess_CheckInternalTrigger2D()==1
        ↓                                                   ↓
   DEBOUNCE                                           （直接）
   等待 DebounceIntervalMs                                   │
        │                                                   │
        └──────────────────────────────────────────────────→┤
                                                            ↓
                                                       DELAY
                                                   等待 TriggerDelayMs
                                                            │
                                                            ↓
                                                      BURST（循环）
                                              发送第 1 帧（立即）
                                              + 剩余 BurstCount-1 帧
                                              @ TriggerInternalIntervalMs 间隔
                                                            │
                                              burst_remaining == 0
                                                            │
                                                            ↓
                                                         → IDLE

4.2 状态参数

配置字段	默认值	说明
TriggerMode	0	0=内部温度阈值，1=外部 GPIO
TriggerDebounceIntervalMs	0	外部触发防抖等待时间（ms）
TriggerDelayMs	0	触发确认到第一帧采集的延迟（ms）
TriggerBurstCount	3	每次触发发送帧数（DEFAULT_BURST_COUNT=3）
TriggerInternalIntervalMs	200	连拍帧间隔（DEFAULT_BURST_INTERVAL_MS=200 ms）
TriggerCondition	0	内部触发判据：0=Avg，1=Max
TriggerTemperatureThreshold	—	内部触发温度阈值（0.1°C/LSB）
TriggerRoiX/Y/W/H	—	内部触发检测 ROI 区域

4.3 双缓冲 TX 策略

每次 do_2d_capture_send() 交替选择 g_TxNetBuffer_A / g_TxNetBuffer_B，通过 use_buffer_A 标志取反实现切换。TCP 发送入队后立即切换，保证下一帧填充不覆盖正在传输的缓冲区。

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5. 1D 状态机

1D 模式以每帧全帧最大温度作为一个采样点，在 task_business_entry 中每帧调用 handle_1d_trigger()。

5.1 状态图

S1D_IDLE
    │
    ├─ TriggerType=2（外部）：PA15 上升沿
    │       → S1D_DEBOUNCE（等待 HighTimerLimit ms）
    │               → S1D_COLLECTING
    │
    └─ TriggerType=1（内部）：维护 3 帧滑动窗口
            连续 3 帧最大温度 ≥ TriggerTempLimit
            → S1D_COLLECTING（直接，含预触发 3 帧数据）

S1D_COLLECTING（每帧采一个样本）
    ├─ 记录 sample = 全帧最大温度，time_offset = ms - start_time
    ├─ 热帧（≥ thresh）：s1d_consec_hot++，consec_cold=0
    │   满足 3 次热 → s1d_triggered=1
    └─ 停止条件（任意一满足）：
            ① s1d_count ≥ MAX_1D_POINTS（512）
            ② s1d_count ≥ BufferSize
            ③ s1d_triggered && s1d_consec_cold ≥ NgCountLimit
               └─ 若 triggered → send_1d_collection()
                  否则 → 丢弃，reset
        → S1D_IDLE

5.2 数据格式

每个样本 4 字节，小端序：

字节	字段	类型	说明
0–1	TimeOffset	uint16_t LE	相对采集开始的 ms 偏移
2–3	Temperature	uint16_t LE	全帧最大温度，0.1°C/LSB

5.3 切片参数

发送前对采集缓冲区切片：有效区间 = [LSizeStart, count - RSizeStart)，去除头尾噪声点。若切片越界则退化为全量发送并打印告警。

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6. TEMP_REQ 辅助通道

服务器可通过控制流随时请求单帧快照，无需等待自主采集触发：

服务器发送 TEMP_REQ（含 is2dRequest 字段）
    → OnTempFrameRequest() 回调
    → g_temp_req_pending = 1，g_temp_req_is2d = is2dRequest

task_business_entry 业务循环检测到 g_temp_req_pending：
    → TcpLogic_GetLatestConfig() 确认对应模式 Enabled
    → is2d=1：Preprocess_Execute() + TcpLogic_BuildAndSendTemperatureFrame（SocketType=0x02）
      is2d=0：send_1d_snapshot()（中心行 30 个等间距采样点，时间偏移仿真 0~600 ms）

限制：仅在对应模式（t2.Enabled / t1.Enabled）为 1 时响应；若未 Enabled，打印 DBG_ERR 并忽略请求。

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7. 相关文档

文档	内容
DVP模块设计.md	DVP 硬件初始化、DMA、IRQ、FrameBuffer 格式
QDX协议设计.md	TLV 帧结构、零拷贝 TX、分片机制
TCP通信模块设计.md	双流连接、心跳、配置缓存
对接集成指南.md	外部对接方接入手册
Mini212G2预配置指南.md	传感器 TMP 模式配置 HEX 命令