2026-03-14 23:29:19 +08:00

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CH32V307 TCPClient 模式配置与功能说明

1. 系统架构概述

本系统基于 CH32V307WCU6 (RISC-V) 微控制器，运行 FreeRTOS 实时操作系统，通过 WCHNET TCP/IP 协议栈与上位机通信。系统支持两种运行模式：测试模式（软件生成模拟热成像数据）和正常模式（通过 DVP 接口采集 Mini212G2 红外传感器真实数据）。

硬件资源

资源	配置
MCU	CH32V307WCU6 (RISC-V, 144MHz)
FLASH	128KB
SRAM	192KB (Option Bytes [7:5]=110)
传感器	Mini212G2 (256×192, Y16 原始温度)
网络	10M 以太网 (WCHNET)
串口波特率	921600

软件组件

组件	说明
FreeRTOS v202112.00	实时操作系统，Heap=16KB
WCHNET	万瑞 TCP/IP 协议栈
QDX 协议栈	自定义 TLV 二进制通信协议
预处理模块	滑窗 ROI 搜索 + 温度统计

2. 运行模式说明

两种模式对比

对比项	测试模式 (`TEST_PATTERN_MODE=1`)	正常模式 (`TEST_PATTERN_MODE=0`)
数据来源	软件生成模拟热图 (~10 FPS)	Mini212G2 传感器 DVP/DMA 采集
硬件依赖	仅需网口，无需传感器	需连接 Mini212G2 + DVP 线缆
初始化	跳过 `Mini212G2_Init()` 和 `DVP_Init()`	执行传感器初始化 + DVP 配置
帧生成	`task_test_pattern_entry` 任务周期填充	DVP 行中断逐行 DMA 搬运
心跳显示	`[HB] N tick=X TEST_MODE frm=Y`	`[HB] N tick=X dvp_frm=Y row_irq=Z`
默认配置	自动加载测试配置（64×64, 80°C 阈值）	等待服务器下发，默认 1×1
适用场景	软件调试、协议验证、无硬件开发	生产环境、实际传感器采集

3. 宏开关配置总表

所有宏定义位于 prj/TCPClient/User/main.c 文件头部。

3.1 主模式开关

宏名	文件位置	当前值	说明
`TEST_PATTERN_MODE`	main.c:18	1	主开关：1=测试模式，0=正常模式

3.2 功能子开关

宏名	当前值	控制功能	依赖条件
`TEST_ENABLE_HEARTBEAT`	1	周期心跳调试打印（2秒间隔）	无
`TEST_ENABLE_TRIGGER`	0	内部触发 + 连拍上传	需配合阈值配置
`TEST_ENABLE_NG_GPIO`	0	PA8 NG GPIO 脉冲输出	需硬件连接
`TEST_ENABLE_TEMP_REQ`	1	服务器按需帧请求响应	需服务器发送请求
`TEST_ENABLE_TCP_SEND`	1	TCP 数据通道发送	需网络连接

3.3 其他编译期常量

宏名	值	说明
`KEEPALIVE_ENABLE`	1	TCP KeepAlive 保持（20s 探测）
`DEFAULT_BURST_COUNT`	3	默认连拍帧数
`DEFAULT_BURST_INTERVAL_MS`	200	默认连拍帧间隔 (ms)
`MAX_TCP_PAYLOAD_SIZE`	10240	TCP 发送缓冲区大小 (字节)
`TEST_FPS_DELAY_MS`	100	测试模式帧间隔 (~10 FPS)
`TEST_1D_POINTS`	30	1D 模式采样点数

3.4 传感器相关宏 (dvp.h)

宏名	值	说明
`SENSOR_WIDTH`	256	传感器像素宽度
`SENSOR_HEIGHT`	192	传感器像素高度
`BYTES_PER_LINE`	512	每行字节数 (256×2)

3.5 传感器通信宏 (mini212g2.h)

当前模组已通过 USB 预配置，MCU UART 配置功能已用 #if 0 关闭。 USART2 (PA2/PA3) 引脚已被占用，不可用于传感器通信。

宏名	当前值	说明
`SENSOR_USE_USART3`	0	启用后必须为 1（USART2 不可用）
`SENSOR_UART_ENABLE`	0 (已禁用)	MCU UART 配置已禁用，传感器通过 USB 预配置
`SENSOR_UART_BAUD`	115200	传感器 UART 波特率（未使用）

4. 测试模式详解

4.1 启用方式

#define TEST_PATTERN_MODE    1

编译烧录即可，无需连接任何传感器硬件，仅需以太网连接。

4.2 测试图案

系统自动循环生成 4 种测试图案（256×192 Y16 格式）：

图案	持续帧数	温度范围	是否触发	用途
对角渐变	20 帧	25.0°C → 45.0°C	否	基线测试
中心热点	5 帧	背景 28~32°C, 中心 90.0°C	是 (>80°C)	触发测试
均匀温场	10 帧	35.0°C	否	无触发验证
棋盘格	5 帧	28.0°C / 85.0°C 交替	是 (>80°C)	ROI 搜索测试

总周期：40 帧 ≈ 4 秒循环一次。

4.3 默认配置参数

测试模式启动时自动加载以下配置（无需服务器下发即可工作）：

TargetWidth  = 64        # 预处理输出宽度
TargetHeight = 64        # 预处理输出高度
TriggerRoiX  = 0         # 触发检测区域起点 X
TriggerRoiY  = 0         # 触发检测区域起点 Y
TriggerRoiW  = 256       # 触发检测区域宽度（全幅）
TriggerRoiH  = 192       # 触发检测区域高度（全幅）
TriggerCondition = 1     # 触发条件：1=最大温度
TriggerTemperatureThreshold = 800   # 80.0°C (0.1°C/LSB)
TriggerBurstCount = 3    # 连拍帧数
TriggerInternalIntervalMs = 200  # 连拍间隔 (ms)
NGioDelay = 200          # NG 脉冲宽度 (ms)

注意：如果服务器连接后下发了 Config2D，将覆盖上述默认配置。

4.4 测试模式数据流

task_test_pattern_entry (优先级 4, 100ms 周期)
    │ 生成 256×192 Y16 测试图案
    │ 写入 FrameBuffer[]
    │ 设置 Frame_Ready_Flag=1
    ▼
task_business_entry (优先级 5)
    ├── 检查 g_temp_req_pending (服务器请求)
    │   ├── is2D=1 → Preprocess_Execute() → 滑窗搜索 → 发送 2D 帧
    │   └── is2D=0 → send_1d_frame_from_raw() → 采样中心行 → 发送 1D 帧
    │
    └── 检查 Frame_Ready_Flag (仅 TRIGGER 启用时)
        └── Preprocess_CheckInternalTrigger2D()
            └── 触发 → 连拍发送

4.5 启动串口输出示例

TCPClient Test
SystemClk:144000000
=== Feature Switches ===
  PATTERN=1  TRIGGER=0  NG_GPIO=0  TEMP_REQ=1  TCP_SEND=1  HB=1
UserByte: c0
=== TEST PATTERN MODE === No sensor/DVP hardware needed
net version:1c
WCHNET_LibInit Success
Test default config loaded: trigger thresh=800 ROI=full burst=3
[HB] 0  tick=1010  TEST_MODE  frm=9
[HB] 1  tick=3010  TEST_MODE  frm=29

5. 正常模式详解

5.1 启用方式

#define TEST_PATTERN_MODE    0

需要：

Mini212G2 传感器正确连接 DVP 接口
传感器已通过 USB 或 UART 预配置为 CMOS/DVP Y16 输出

5.2 硬件连接

DVP 引脚定义

功能	GPIO	说明
DATA[0]	PA4	数据线 bit0
DATA[1]	PA5	数据线 bit1
DATA[2]	PA6	数据线 bit2
DATA[3]	PA9	数据线 bit3
DATA[4]	PA10	数据线 bit4
DATA[5]	PB3	数据线 bit5
DATA[6]	PB8	数据线 bit6
DATA[7]	PB9	数据线 bit7
HSYNC	PC8	行同步
VSYNC	PC9	场同步（高有效）
PCLK	PC11	像素时钟（上升沿采样）

传感器 UART（仅 USART3 可用）

⚠ USART2 (PA2/PA3) 引脚已被占用，不可用于传感器通信。

配置	USART3
TX	PB10
RX	PB11
波特率	115200

注意：启用 USART3 传感器通信会占用 printf 调试端口，需通过 JTAG 调试。

5.3 传感器配置选项

修改 mini212g2.h：

// 当前状态：MCU UART 配置已禁用（#if 0）
// 模组已通过 USB 预配置，无需 MCU 配置

// 如需重新启用 MCU UART 配置，将 mini212g2.h 中的 #if 0 改为 #if 1
// 仅可使用 USART3 (PB10/PB11)，USART2 引脚已被占用
// ⚠ 启用后 printf 串口不可用，需通过 JTAG 调试

5.4 正常模式数据流

DVP 硬件中断 (DVP_IRQHandler)
    ├── STR_FRM 中断 → 帧开始，line_idx=0
    └── ROW_DONE 中断 → 行完成，DMA 乒乓切换
        │ 设置 Line_Ready_Flag=1
        ▼
task_business_entry (优先级 5)
    │ DVP_Task()
    │   ├── 复制 DMA 行缓冲 → FrameBuffer[line_idx]
    │   └── 最后一行 → Frame_Ready_Flag=1
    ▼
    ├── 检查 g_temp_req_pending (服务器请求)
    │   ├── is2D=1 → Preprocess_Execute() → 发送
    │   └── is2D=0 → 1D 采样 → 发送
    │
    └── 检查 Frame_Ready_Flag (TRIGGER 启用时)
        └── Preprocess_CheckInternalTrigger2D()

5.5 正常模式注意事项

无默认预处理参数：正常模式不加载测试默认配置，Preprocess_Init() 仅设置 TargetWidth=1, TargetHeight=1。必须等服务器下发 Config2D 后才能获取正确的目标尺寸。
传感器初始化检查：可通过 JTAG 查看 sensor_init_ok / sensor_init_fail 变量确认初始化结果。
帧率取决于传感器：Mini212G2 在 DVP 模式下的帧率由传感器内部配置决定，不通过软件控制。

5.6 启动串口输出示例（预期）

TCPClient Test
SystemClk:144000000
=== Feature Switches ===
  PATTERN=0  TRIGGER=0  NG_GPIO=0  TEMP_REQ=1  TCP_SEND=1  HB=1
UserByte: c0
[DVP] Init done CR0=0x2C CR1=0x04 ROW=1 COL=512
[DVP] DMA_BUF0=0x200XXXXX DMA_BUF1=0x200XXXXX
net version:1c
WCHNET_LibInit Success
[HB] 0  tick=1010  dvp_frm=0  row_irq=0

6. 网络与服务器配置

6.1 MCU 网络参数

定义位置：main.c

参数	值	说明
IP 地址	192.168.7.10	MCU 静态 IP
网关	192.168.7.1	默认网关
子网掩码	255.255.255.0	C 类子网
MAC 地址	由芯片自动获取	硬件 MAC

6.2 服务器连接参数

定义位置：qdx_tcp_logic.c

参数	值	说明
`SERVER_IP`	"192.168.7.50"	服务器 IP
`CONTROL_PORT`	5511	控制通道端口
`DATA_PORT`	5512	数据通道端口

修改方法：直接编辑 qdx_tcp_logic.c 中的常量值，重新编译。

6.3 TCP KeepAlive

#define KEEPALIVE_ENABLE    1   // main.c
// 探测配置: 20s 空闲后每 15s 探测一次，最多 9 次

7. 配置下发流程

7.1 TLV 配置类型

TLV Type	名称	说明
0x20	TYPE_CONFIG_COMMON	通用配置（模式、严格标记等）
0x22	TYPE_CONFIG_2D	2D 配置（目标尺寸、触发、连拍等）
0x23	TYPE_CONFIG_1D	1D 配置

7.2 Config2D 关键字段

字段	偏移	类型	说明
Width	4	u16 LE	设备/传感器分辨率宽度（仅标记，不影响预处理）
Height	6	u16 LE	设备/传感器分辨率高度（仅标记，不影响预处理）
TargetWidth	23	u16 LE	预处理输出宽度（直接控制帧大小）
TargetHeight	25	u16 LE	预处理输出高度（直接控制帧大小）
Fps	8	u16 LE	帧率
TriggerCondition	27	u8	0=平均, 1=最大
TriggerTemperatureThreshold	28	u16 LE	触发温度阈值 (0.1°C/LSB)
TriggerBurstCount	30	u8	连拍帧数
TriggerInternalIntervalMs	31	u16 LE	连拍帧间隔 (ms)
TriggerRoiX/Y/W/H	33-40	u16 LE ×4	触发检测 ROI 区域

重要：Width/Height 与 TargetWidth/TargetHeight 是两组不同的字段！

Width/Height：设备分辨率标记（偏移 4-7），不影响预处理

TargetWidth/TargetHeight：预处理实际输出尺寸（偏移 23-26），直接决定帧数据大小

7.3 缓冲区容量约束

MAX_TCP_PAYLOAD_SIZE = 10240 字节
HeadOffset           = 64 字节（协议头预留）
可用像素空间         = 10240 - 64 = 10176 字节
最大像素数           = 10176 / 2 = 5088 像素

推荐安全目标尺寸:
  64 × 64 = 4096 像素 = 8192 字节  ✓ (< 10176)
  71 × 71 = 5041 像素 = 10082 字节 ✓ (< 10176)
  72 × 72 = 5184 像素 = 10368 字节 ✗ (> 10176，会触发降尺寸)

7.4 自动降尺寸保护

当服务器下发的 TargetWidth × TargetHeight × 2 超过可用缓冲区时，MCU 会自动等比减半目标尺寸直到适合：

示例：服务器设 TargetWidth=185, TargetHeight=70
  185 × 70 × 2 = 25,900 > 10,176  → 减半
  93 × 35 × 2 = 6,510 < 10,176    → 使用 93×35
日志输出：PP: target clamped 185x70 -> 93x35 (buf=10176)

7.5 配置传递链

服务器 TCP 下发 TLV
    → qdx_tcp_logic.c: parse_and_dispatch_tlv()
    → 反序列化 → cached_cfg2d / cached_cfg1d / cached_common
    → OnConfigUpdate() 回调
    → Preprocess_Settings_Change() 互斥锁更新
    → 下次 Preprocess_Execute() 使用新配置

8. RTOS 任务架构

任务名	优先级	栈 (words)	条件	功能
`wchnet`	6 (最高)	512	始终创建	WCHNET 协议栈轮询
`business`	5	512	`TEST_ENABLE_TCP_SEND=1`	DVP/预处理/发送主循环
`testpat`	4	256	`TEST_PATTERN_MODE=1`	测试图案生成
`hb`	3 (最低)	256	`TEST_ENABLE_HEARTBEAT=1`	心跳调试打印
TcpLogic 内部	-	-	始终创建	管理线程 (连接/心跳)

测试模式创建 4 个任务，正常模式创建 3 个（无 testpat）。

9. 切换模式操作指南

9.1 从测试模式 → 正常模式

修改宏：打开 prj/TCPClient/User/main.c，将：

#define TEST_PATTERN_MODE    1

改为：

#define TEST_PATTERN_MODE    0

检查传感器配置：当前模组已通过 USB 预配置，mini212g2.h 中 UART 配置已用 #if 0 关闭，无需修改。如需重新启用，将 #if 0 改为 #if 1。

检查功能开关：根据需要启用/禁用各子功能：

#define TEST_ENABLE_TRIGGER      1   // 启用内部触发
#define TEST_ENABLE_NG_GPIO      1   // 启用 NG 输出（需接 PA8）

编译烧录：使用 MRS IDE 编译并烧录。

9.2 从正常模式 → 测试模式

修改宏：TEST_PATTERN_MODE 改为 1
无需断开传感器：测试模式跳过所有硬件初始化，传感器接线不影响
编译烧录

9.3 功能开关独立配置

各功能子开关在两种模式下均可独立启用/禁用，无互相依赖：

开关组合	行为
PATTERN=1, TRIGGER=1	测试模式 + 内部触发连拍（测试热点图案会触发）
PATTERN=1, TRIGGER=0, TEMP_REQ=1	测试模式 + 服务器按需请求（当前配置）
PATTERN=0, TRIGGER=1, TEMP_REQ=1	正常模式 + 自动触发 + 服务器请求（完整功能）
PATTERN=0, TRIGGER=0, TEMP_REQ=1	正常模式 + 仅服务器请求（最简运行）
TCP_SEND=0	禁用 business 任务，系统仅运行网络协议但不处理/发送帧

10. 常见配置场景

场景 A：纯软件协议调试（无硬件）

#define TEST_PATTERN_MODE        1
#define TEST_ENABLE_HEARTBEAT    1
#define TEST_ENABLE_TRIGGER      0
#define TEST_ENABLE_NG_GPIO      0
#define TEST_ENABLE_TEMP_REQ     1
#define TEST_ENABLE_TCP_SEND     1

适用：验证 TLV 协议、握手流程、Config 下发、帧分片发送等。

场景 B：测试内部触发 + 连拍

#define TEST_PATTERN_MODE        1
#define TEST_ENABLE_TRIGGER      1   // ← 打开
#define TEST_ENABLE_NG_GPIO      0
#define TEST_ENABLE_TEMP_REQ     1
#define TEST_ENABLE_TCP_SEND     1

适用：验证 80°C 触发阈值、3 帧连拍、连拍间隔。热点和棋盘格图案会触发。

场景 C：正常模式完整功能

#define TEST_PATTERN_MODE        0
#define TEST_ENABLE_TRIGGER      1
#define TEST_ENABLE_NG_GPIO      1   // ← PA8 接报警
#define TEST_ENABLE_TEMP_REQ     1
#define TEST_ENABLE_TCP_SEND     1

适用：生产运行，传感器实时采集 + 自动触发 + NG 报警 + 服务器请求。

场景 D：正常模式最小功能验证

#define TEST_PATTERN_MODE        0
#define TEST_ENABLE_TRIGGER      0
#define TEST_ENABLE_NG_GPIO      0
#define TEST_ENABLE_TEMP_REQ     1   // 仅响应服务器请求
#define TEST_ENABLE_TCP_SEND     1

适用：验证传感器数据采集 + 网络发送，无自动触发逻辑干扰。

场景 E：网络连接诊断

#define TEST_PATTERN_MODE        1
#define TEST_ENABLE_HEARTBEAT    1
#define TEST_ENABLE_TRIGGER      0
#define TEST_ENABLE_NG_GPIO      0
#define TEST_ENABLE_TEMP_REQ     0   // 关闭帧请求
#define TEST_ENABLE_TCP_SEND     0   // 关闭 business 任务

适用：仅测试 TCP 连接/断开/重连，不涉及数据帧处理。心跳打印确认系统活跃。

11. 已知注意事项

11.1 温度单位

系统统一使用 0.1°C/LSB：

温度值 350 = 35.0°C
温度值 900 = 90.0°C
TEMP_RAW(deg_c) = (uint16_t)(deg_c * 10)

11.2 TriggerTemperatureThreshold 值

温度阈值使用 0.1°C/LSB 单位，与系统所有温度值一致。当前测试默认 TriggerTemperatureThreshold = 800（80.0°C），测试热点图案 90.0°C（值 900）可正常触发。

11.3 服务器 Config2D 字段区分

Width / Height（偏移 4-7）：设备分辨率标识（如 256×192），不影响 MCU 预处理
TargetWidth / TargetHeight（偏移 23-26）：预处理输出目标尺寸，必须正确设置

如果服务器只设了 Width/Height=64×64 而未设 TargetWidth/TargetHeight，MCU 仍会使用超大目标尺寸（或上次缓存值），导致 PP fail ret=-3 或触发自动降尺寸。

11.4 正常模式默认目标尺寸

正常模式启动时 TargetWidth=1, TargetHeight=1（最小默认），必须等服务器下发 Config2D 后才会更新为正确值。测试模式自动加载 64×64。

11.5 IP 与端口硬编码

当前网络参数（IP、端口）为编译期常量，更改需修改源码并重新编译：

MCU IP：main.c → IPAddr[]
服务器 IP：qdx_tcp_logic.c → SERVER_IP
端口号：qdx_tcp_logic.c → CONTROL_PORT / DATA_PORT

11.6 printf 限制

使用 newlib-nano，仅支持 %d, %x, %s 格式。所有 uint32_t 变量必须强制转换 (int) 后打印，否则可能 HardFault。不支持 %u, %lu, %f。

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