CH32V307 TCPClient — 红外热像采集端固件（MCU 端）

MCU: CH32V307WCU6 (RISC-V, 144 MHz)
协议版本: QDX v2.0 / 采集端通信协议规范 v2.1.3
固件版本: v2.0 自主触发架构
最近更新: 2026-03

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目录

1. 项目简介
2. 硬件配置
3. 软件架构
4. 目录结构
5. 快速上手
6. 编译期配置
7. 网络配置
8. 运行时行为
9. GPIO 引脚分配
10. 已知问题 / TODO
11. 参考文档

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1. 项目简介

本项目是基于 CH32V307WCU6 的红外热像采集端（MCU 端）嵌入式固件，实现以下核心功能：

• 驱动 Mini212G2 红外热像仪（256×192，Y16 原始温度格式）采集帧数据
• 运行 FreeRTOS 实时操作系统，多任务并行处理
• 通过 WCHNET 1000M 以太网 与上位机（ConfigServer，运行于 PC/服务器）进行 TCP 通信
• 使用 QDX TLV 二进制协议（帧头 0x55AA，协议版本 v2.0）向上位机上报数据
• 支持 2D 触发连拍（内部温度触发 / 外部 GPIO 触发）与 1D 时序采集
• 支持上位机运行时下发配置，MCU（采集端）自主驱动全部业务逻辑

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2. 硬件配置

资源	规格
MCU	CH32V307WCU6，RISC-V，144 MHz
FLASH	128 KB
SRAM	192 KB（Option Bytes [7:5]=110）
传感器	Mini212G2，256×192，Y16 原始温度
网络接口	1000M 以太网，RGMII（WCHNET）
串口调试	USART3，921600 baud（PB10 TX / PB11 RX）
外部触发输入	PA15 / EXTI15，上升沿
NG 输出	PA8，推挽，高有效，脉冲宽度可配
DVP 接口	传感器图像数据采集（DMA 行搬运）

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3. 软件架构

┌──────────────────────────────────────────────────────┐
│                   FreeRTOS 任务层                     │
│  task_net_entry      — WCHNET 轮询 / TCP 收发        │
│  task_business_entry — 业务主循环（2D/1D 状态机）   │
│  task_test_pattern   — 仅测试模式：模拟帧生成        │
└─────────────────┬────────────────────────────────────┘
                  │
┌─────────────────▼────────────────────────────────────┐
│                   中间件 / 协议层                     │
│  QDX 协议栈     — TLV 编解码、TCP 逻辑封装           │
│  qdx_preprocess — 滑窗 ROI + 温度统计 + 降尺寸       │
└─────────────────┬────────────────────────────────────┘
                  │
┌─────────────────▼────────────────────────────────────┐
│                   驱动 / HAL 层                       │
│  eth_driver     — WCHNET 以太网驱动                  │
│  dvp.c          — DVP + DMA 行采集                   │
│  mini212g2.c    — 传感器控制（当前通过 USB 预配置）  │
│  debug.c        — USART1 调试输出                    │
└──────────────────────────────────────────────────────┘

RTOS 资源

组件	说明
FreeRTOS v202112.00	Heap_4，Heap 大小 16 KB
WCHNET	万瑞 TCP/IP 协议栈，2 个 TCP socket
QDX 协议栈	自定义 TLV 二进制协议，双缓冲零拷贝 TX
预处理模块	滑窗 ROI 搜索 + 最大/平均温度统计 + 自动降尺寸

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4. 目录结构

Project_Ch32v307/
├── User/               # 应用层入口
│   ├── main.c          # 初始化、FreeRTOS 任务创建、业务状态机
│   ├── net_config.h    # WCHNET socket / MAC 参数
│   ├── FreeRTOSConfig.h
│   └── ch32v30x_conf.h
├── Middle/
│   └── QDXnetworkStack/  # QDX TLV 协议栈（端口适配 + 预处理 + TCP 逻辑）
├── Debug/
│   ├── dvp.c/h           # DVP + DMA 传感器图像采集
│   └── mini212g2.c/h     # Mini212G2 传感器驱动
├── NetLib/               # WCHNET 以太网驱动（多 PHY 版本）
├── FreeRTOS/             # FreeRTOS 内核 + portable + MemMang
├── Peripheral/           # CH32V30x 外设库
├── Core/                 # RISC-V 内核支持
├── Startup/              # 启动汇编文件
├── Ld/                   # 链接脚本
└── Doc/                  # 协议规范、用户手册等文档

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5. 快速上手

5.1 工具链要求

• IDE: MounRiver Studio（推荐）或 GCC RISC-V 工具链
• 调试器: WCH-Link

5.2 编译步骤

1. 用 MounRiver Studio 打开 TCPClient1.wvproj
2. 根据实际环境修改 User/net_config.h 中的 IP 地址（见网络配置）
3. 按需设置 User/main.c 顶部的 TEST_PATTERN_MODE 宏
4. 编译并烧录到目标板

5.3 两种运行模式

项目	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	需连接 Mini212G2 + DVP 线缆
默认配置	自动注入（2D Enabled=1，内部触发，80°C 阈值）	等待服务器下发，默认不使能
适用场景	协议联调、网络测试	实际生产部署

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6. 编译期配置

所有宏定义位于 User/main.c 文件头部。

主模式开关

宏名	默认值	说明
TEST_PATTERN_MODE	0	唯一编译开关：1=测试模式，0=正常模式

业务常量

宏名	默认值	说明
DEFAULT_BURST_COUNT	3	服务器未配置时的默认连拍帧数
DEFAULT_BURST_INTERVAL_MS	200	默认连拍间隔（ms）
MAX_TCP_PAYLOAD_SIZE	9216	TCP 发送缓冲区大小（字节）
NG_PULSE_MS	200	NG 脉冲默认宽度（服务器可通过 NGioDelay 覆盖）
MAX_1D_POINTS	512	1D 采集缓冲最大样本数

传感器尺寸（Debug/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）

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7. 网络配置

网络参数在 User/net_config.h 和 User/main.c 中配置：

参数	说明
本机 IP	静态 IP（在 main.c 初始化结构体中设置）
控制通道	TCP，主动连接上位机（ConfigServer）控制端口，接收命令与配置
数据通道	TCP，主动连接上位机（ConfigServer）数据端口，上报帧数据
TCP socket 数	2（WCHNET_NUM_TCP=2）
TCP MSS	1460 字节
KeepAlive	开启，20 s 空闲 / 15 s 探测 / 9 次

通信协议详见 Doc/采集端通信协议规范.md。

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8. 运行时行为

系统行为完全由上位机（ConfigServer）运行时配置驱动，MCU 为采集端，主动连接上位机：

上位机下发 Config2D (Enabled=1) → MCU（采集端）自主执行 2D 触发 / 连拍 / 上报
上位机下发 Config1D (Enabled=1) → MCU（采集端）自主执行 1D 时序采集 / 上报
两者互斥：Config2D.Enabled 优先级高于 Config1D.Enabled

2D 触发状态机

IDLE → 检测触发条件（内部温度阈值 or 外部 GPIO）
     → 防抖（DebounceMs）
     → 延迟（DelayMs）
     → 连拍 N 帧（BurstCount × BurstIntervalMs）
     → 每帧：预处理 → TCP 上报 → NG 输出（若 NG 条件满足）
     → IDLE

1D 采集状态机

IDLE → 触发（外部 GPIO 高电平计时 or 内部连续 3 帧超阈值）
     → 防抖（HighTimerLimit）
     → 逐帧采样温度点（中心行最大值）
     → 阈值停止
     → 裁切 [LSizeStart, -RSizeStart]
     → TCP 上报
     → IDLE

TEMP_REQ 辅助通道

服务器可随时发送 TEMP_REQ 命令，MCU 立即采集当前帧并上报（frameType=0x02），不影响主状态机。

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9. GPIO 引脚分配

引脚	方向	功能
PA15	输入	外部触发（2D/1D，上升沿，EXTI15）
PA8	输出	NG 信号（推挽，高有效，脉冲宽度可配）
PA2/PA3	—	USART2（已被 DVP 占用，传感器通过 USB 预配置，不可复用）
USART1	输出	921600 baud 调试串口

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10. 已知问题 / TODO

• 需与采集端联调具体业务逻辑
• 上位机接收上报温度数据后出现卡死/异常，待排查

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11. 参考文档

文档	说明
Doc/采集端通信协议规范.md	QDX TLV 协议完整规范（v2.1.3）
Doc/函数调用指南.md	主要 API 调用说明
Doc/模式配置与功能说明.md	编译期/运行时配置详细说明
Doc/下位机协议实现完备性分析.md	协议实现覆盖度分析
Doc/CH32二维运行结构概览.md	系统状态机全景图
Doc/TCPClient测试指南.md	测试模式使用说明
Doc/Mini212G2用户手册.md	传感器硬件手册
Doc/Mini212G2预配置指南.md	通过外部工具配置传感器的必要参数说明（CMOS8 LSB、Y16、帧率等）
Doc/Mini212G2串口通讯协议.md	传感器通信协议