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
目录
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
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） |
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 |
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
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
- 用 MounRiver Studio 打开
TCPClient1.wvproj - 根据实际环境修改
User/net_config.h中的 IP 地址（见网络配置） - 按需设置
User/main.c顶部的TEST_PATTERN_MODE宏 - 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 |
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） |
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。
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。
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 |
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
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 |