zhou yang和Claude Opus 5.5
b8ad69681f
2026-09-16 完成、当时未提交，这里补提交（原样，不含 09-27 上板的修改）。 - 器件层 / 拓扑层整体从 R1 换到 R2：TCA9548A 分通道、五路同址 INA226 0x40 + 输入侧 0x43、 刀片 PCA9555（VBUS_EN 挪到 P0.4）、CH224A 只读驱动、风扇闭环 t_thermal - 新增 i2cbus（mux 原子事务）、slot（刀片 I/O 门面）、host/qtest.sh - 74HC595 链退役（代码与测试保留） - 判据阈值与时间常量未动；19 个 ctest 全绿，idf.py build 通过 Co-Authored-By: Claude Opus 5.5 <[email protected]>
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16 KiB
C
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/* 假板子的控制面 —— 只有宿主机测试与 sim/ 自己会包含它，应用代码一律不许包含。
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（包含了就编不过：ESP 目标根本不编译 sim/。）
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⚠️ 模拟器是用来证明**代码逻辑**对的，不是用来证明**设计**对的。
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电压、余量、时序裕量的结论全部来自设计文档的计算与首板实测。见计划 §4.2。 */
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#ifndef SIM_HAL_H
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#define SIM_HAL_H
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#include <stdbool.h>
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#include <stdint.h>
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#include "hal_gpio.h"
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#include "hal_i2c.h"
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#include "hal_i2c_acct.h"
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#include "hal_lock.h"
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#include "hal_pwm.h"
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#include "hal_store.h"
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#include "hal_time.h"
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#ifdef __cplusplus
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extern "C" {
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#endif
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/* 各路 sim 全部恢复出厂：器件表清空、引脚未配置、PWM 未配置、时钟归零、
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init 标志清掉，**掉电不丢区整块擦成 0xFF**。每个测试的 setUp() 里调它。
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语义是「换了一块新板子」。 */
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void sim_hal_reset(void);
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/* **掉电重启**：除了掉电不丢区里的内容，其余与 `sim_hal_reset()` 完全一样。
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§10.7 的验收「掉电重启后能读回」就是靠这两个的区别 ——
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拿 reset 去测重启，测的是「刚擦干净的 flash 读不出东西」，永远绿。 */
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void sim_hal_reboot(void);
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/* ---------------- I²C ---------------- */
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#define SIM_I2C_MAX_DEV 24 /* R2：主干 4 + 五片刀片各 2 = 14，留些余量 */
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#define SIM_I2C_REGS 256
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#define SIM_I2C_LOG_BYTES 8
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#define SIM_I2C_MUX_CH 8 /* TCA9548A 的通道数 */
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/* 假器件的窃听事件。通用寄存器表模拟不了「配成输出就对地短路」这种事，
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所以按 datasheet 建模的假器件（sim_pca9555）挂一个钩子进来。 */
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typedef enum {
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SIM_I2C_EV_POST_WRITE = 0, /* 一次写事务刚落进寄存器表 */
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SIM_I2C_EV_PRE_READ, /* 一次读事务即将取寄存器表 —— 在这里合成输入 */
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} sim_i2c_ev_t;
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struct sim_i2c_dev;
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typedef void (*sim_i2c_hook_t)(struct sim_i2c_dev *d, sim_i2c_ev_t ev);
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typedef struct sim_i2c_dev {
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uint8_t addr;
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/* **R2**：-1 = 挂在主干上；0~7 = 挂在 mux 的那个通道后面。
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通道关着的时候它看不见（事务一律 NAK），这正是「选错通道」能被测出来的原因。 */
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int bus;
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bool is_mux; /* 这颗就是 TCA9548A 自己：写它是**一个裸字节**，不带寄存器号 */
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uint8_t reg_width; /* 1 或 2 字节。2 字节按**大端**——INA226 / DAC63204 都是 */
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bool present; /* false = 器件失联（A15 降级矩阵用），事务一律 NAK */
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int nak_left; /* >0：接下来 n 次事务 NAK 后自动恢复；<0：一直 NAK；0：正常 */
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uint16_t regs[SIM_I2C_REGS];
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uint8_t ptr; /* 器件内部的寄存器指针，跨事务保持（真器件就是这个行为） */
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uint32_t n_write; /* 事务计数，可用来断言「驱动真的访问过它 / 没多访问」 */
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uint32_t n_read;
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uint8_t last_write[SIM_I2C_LOG_BYTES]; /* 最后一次写进去的原始字节 */
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uint8_t last_write_len;
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sim_i2c_hook_t hook; /* NULL = 就是一张寄存器表 */
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} sim_i2c_dev_t;
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/* 往假总线的**主干**上挂一个器件。同一条支路上地址重复会 abort（测试写错了）。 */
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sim_i2c_dev_t *sim_i2c_add(uint8_t addr, uint8_t reg_width);
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sim_i2c_dev_t *sim_i2c_dev(uint8_t addr); /* 主干上的那一个，没挂返回 NULL */
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/* 往 mux 的某个通道后面挂一个器件（**R2**：五片刀片可以用同一个地址）。 */
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sim_i2c_dev_t *sim_i2c_add_ch(int ch, uint8_t addr, uint8_t reg_width);
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sim_i2c_dev_t *sim_i2c_dev_ch(int ch, uint8_t addr);
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/* 挂那颗假 TCA9548A。`rst_pin` 是 `MUX_RST#` 接的 GPIO（低有效）——
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固件拉低它的那一刻，假器件的通道**全部关掉**，和真器件一样。 */
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void sim_i2c_add_mux(uint8_t addr, int rst_pin);
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int sim_i2c_mux_ch(void); /* 当前通道：-1 全关 / 0~7 / **-2 同时开了多路** */
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uint8_t sim_i2c_mux_mask(void); /* 控制字原样 */
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uint32_t sim_i2c_mux_resets(void);
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/* 同一个地址在**当前可见范围**里出现了不止一次的次数。
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真板上那是两片一起应答、读回来是线与（数值正常、还很稳），
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所以这个计数必须恒为 0 —— 非 0 就是通道开重了。 */
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uint32_t sim_i2c_ambiguous(void);
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/* 预置 / 回读寄存器。地址没挂过会 abort。 */
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void sim_i2c_set_reg(uint8_t addr, uint8_t reg, uint16_t val);
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uint16_t sim_i2c_get_reg(uint8_t addr, uint8_t reg);
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void sim_i2c_set_reg_ch(int ch, uint8_t addr, uint8_t reg, uint16_t val);
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uint16_t sim_i2c_get_reg_ch(int ch, uint8_t addr, uint8_t reg);
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/* 故障注入。count>0：接下来 count 次事务 NAK；count<0：一直 NAK；0：清除。 */
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void sim_i2c_inject_nak(uint8_t addr, int count);
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void sim_i2c_set_present(uint8_t addr, bool present);
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void sim_i2c_inject_nak_ch(int ch, uint8_t addr, int count);
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void sim_i2c_set_present_ch(int ch, uint8_t addr, bool present);
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/* **假总线上的事务是要花时间的**（默认开）：每次事务把虚拟时钟往前拨
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`hal_i2c_txn_bits() / 频率` 那么多微秒。没有这一条，t_safety 的一个周期在 sim 里
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耗时为零，「20 ms 周期」的测试就只是在测「delay 传了 20」——
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而真正会出事的是「巡检自己就占掉了 1.5 ms、周期还准不准」。
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关掉它只有一个正当理由：某个测试要拿虚拟时钟当纯计数器用。 */
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void sim_i2c_set_bus_time(bool on);
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/* ---------------- GPIO ---------------- */
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/* ESP32-S3 的 GPIO 编号 **0~48**，所以数组要 49 个 —— `EFUSE_EN2` 就在 IO48 上。
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A7 之前这里是 48，于是 CH2 的 eFuse 既开不了也**关不掉**（`hal_gpio_config()`
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直接 HAL_ERR_ARG）。边界写成「个数」而不是「上限」，就是这么错的。 */
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#define SIM_GPIO_PINS 49
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/* 外部世界把某个**输入**脚拉成 level。对输出脚调用会 abort（那是总线打架）。 */
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void sim_gpio_drive(int pin, int level);
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/* 该脚当前电平：输出脚 = 固件驱动的值，输入脚 = 外部驱动的值。没配过返回 -1。 */
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int sim_gpio_level(int pin);
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/* 被 hal_gpio_write() 写成功过几次。断言「改 CH1 没动 CH2~5」用得上（A5）。 */
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uint32_t sim_gpio_writes(int pin);
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/* 全局递增的写序号：每成功写一个脚 +1，本函数返回**该脚最后一次**被写时的序号
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（从没被写过返回 0）。用来断言顺序 —— 「先断 VBUS 再关 eFuse」（A7）、
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「17 ms 上电时序」（A9）这类事，光看每个脚的终值和次数是看不出来的。 */
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uint32_t sim_gpio_write_seq(int pin);
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/* ---------------- 74HC595 ×3 的 24 位链 ---------------- */
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/* 按 datasheet 建模的假移位链，**只看线上真实发生的边**（SRCLK / RCLK 上升沿）。
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对着驱动自己的影子变量断言等于自己证明自己 —— 字节顺序发反、每帧多打一个时钟、
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RCLK 打早了，影子变量一律看不出来。位号与 sr595.h 一致：0 = U21.QA，23 = U33.QH。
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attach 之后移位寄存器与输出锁存器被塞成 0xA5A5A5：真板子上电时它们的内容
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**不确定**（`MR#` 接死在 +3V3，没有复位线），驱动必须先锁存安全值再使能 OE#。 */
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void sim_sr595_attach(int ser_pin, int srclk_pin, int rclk_pin, int oe_pin);
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uint32_t sim_sr595_outputs(void); /* 输出锁存器（不管 OE# 是高是低） */
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uint32_t sim_sr595_shift(void); /* 移位寄存器当前内容（还没锁存的那一份） */
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uint32_t sim_sr595_clocks(void); /* SRCLK 上升沿总数：一帧应当正好 +24 */
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uint32_t sim_sr595_latches(void); /* RCLK 上升沿总数：一帧应当正好 +1 */
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int sim_sr595_oe(void); /* OE# 当前电平。初值 1 —— 板上 R609 拉着 */
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/* OE# 第一次被拉低那一刻的现场。断言「输出使能之前已经锁存过安全值」用：
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驱动要是把顺序换了，enable_latches 会是 0、enable_outputs 会是那坨 0xA5A5A5。 */
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bool sim_sr595_enabled(void);
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uint32_t sim_sr595_enable_latches(void);
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uint32_t sim_sr595_enable_outputs(void);
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/* 某一位在栅极上的实际电平；OE# 为高时返回 -1（高阻，不是 0）。 */
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int sim_sr595_pin(int bit);
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/* ---------------- PCA9555 ×5（按 datasheet 建模的假器件） ---------------- */
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/* 通用寄存器表证明不了这一层的核心判据。这个模型只多做三件真器件会做的事：
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① **Output Port 复位值 0xFF** —— 所以把一个脚配成输出，它下一刻就输出高；
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② 输入寄存器按位合成：配成输入的位读**外部电平**，配成输出的位读**自己的输出**；
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③ 备用脚 P0.5~7 / P1.4~7 **焊死在地上** —— 读永远是 0，被驱动成高就是短路。
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③ 是这块板子上「配错方向」唯一会留下痕迹的地方：真板子上它既不报错也不 NAK。
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**R2**：五片刀片各一颗，同地址、不同 mux 通道。`idx` 是 0~4，
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与 `rail - 1` 对应 —— 但那是测试自己的约定，假器件只认 attach 的顺序。 */
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#define SIM_PCA9555_MAX 5
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void sim_pca9555_attach_ch(int idx, int ch, uint8_t addr);
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/* 外部世界把某个端口的 8 根线驱动成 level（接地脚不受影响，恒 0）。
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FLT#/PGOOD 都是开漏上拉，所以「什么都没发生」的静息值是 0xFF。 */
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void sim_pca9555_drive(int idx, int port, uint8_t level);
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uint8_t sim_pca9555_config(int idx, int port); /* 方向寄存器现值，1 = 输入 */
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uint8_t sim_pca9555_output(int idx, int port); /* 输出锁存器现值（复位 0xFF） */
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uint8_t sim_pca9555_polinv(int idx, int port);
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/* 某个输出脚**在栅极上的实际电平**：配成输入时返回 -1（高阻），
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配成输出时返回锁存器里那一位。断言「键真的被按下了」用这个，
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不要去读驱动自己的影子（那是自己证明自己）。 */
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int sim_pca9555_pin(int idx, int port, int bit);
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/* 接地脚被配成输出过几次（不管输出高低，配了就算 —— 那已经是在对地灌电流）。
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**五片合计**：这个数必须恒为 0，是哪一片犯的都一样严重。 */
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uint32_t sim_pca9555_gnd_driven(void);
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/* 其中真的输出了高电平、也就是**直接对地短路**过几次。 */
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uint32_t sim_pca9555_shorted(void);
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/* ⭐ 「方向先于输出」那条规矩的拦网：某一片在**输出锁存器还是 0xFF 的时候**
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就把 Port0 配成了输出的次数。真板上那一刻五路的键全被按下 + VBUS 全部上电。
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必须恒为 0。 */
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uint32_t sim_pca9555_unsafe_enable(void);
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/* INT# 现在是不是被拉低（低有效）。输入变化拉低，**读走输入端口才释放**。 */
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bool sim_pca9555_int_asserted(int idx);
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uint32_t sim_pca9555_int_asserts(int idx); /* 累计拉低次数 */
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/* ---------------- PWM ---------------- */
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int sim_pwm_pin(int ch); /* 未配置返回 -1 */
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uint32_t sim_pwm_freq(int ch); /* 未配置返回 0 */
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int sim_pwm_permille(int ch); /* 未配置返回 -1 */
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/* ---------------- 假风扇 ×2（A16 / TR-6 的 TACH 采样窗口） ---------------- */
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/* 按板子的接法建模的假风扇：**一路 PWM 喂两只**、一个 12V 总开关、两路独立测速。
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它比「一个转速变量」多做四件真板子会做的事，每一件都是一条判据的靠山：
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① `FAN_EN` 是低电平就**一圈都不转**（复位态就是这样，固件不主动开就没风）；
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② PWM 反相（板上 Q6 低边管）：GPIO 占空比 d ⇒ 风扇侧 `1000 − d`
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—— 固件把反相写反时，这里的转速会随温度**下降**；
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③ **可选的「关断期无脉冲」**（`sim_fan_set_gated`，三线低边调速的行为）：
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占空比 40 % 就只有 40 % 的时间在吐脉冲。TR-6 那条误报全靠它才摆得出来；
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④ 0 % PWM 仍转 `rpm_min`（设计文档 §22.6：四线风扇 0 % 下仍 3300 RPM）。
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边沿数是按**虚拟时钟**积分出来的，积分在读 `sim_fan_edges()/sim_fan_rpm()`、
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写 `hal_pwm_set_permille()`、以及 `sim_fan_set_*()` 时结算。
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⚠️ 改 `FAN_EN` 引脚之前请先读一次 `sim_fan_edges()`：模型不监视 GPIO 的写，
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那一段时间会整段按新的 EN 状态算。 */
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#define SIM_FAN_MAX 2
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void sim_fan_attach(int idx, int pwm_ch, int en_pin,
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uint32_t rpm_full, uint32_t rpm_min, uint8_t ppr);
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void sim_fan_set_gated(int idx, bool on); /* 默认 true = 关断期不吐脉冲 */
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void sim_fan_set_stalled(int idx, bool on); /* 堵转 / 拔线：一个脉冲也没有 */
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uint32_t sim_fan_edges(int idx); /* 累计 TACH 边沿数（没 attach 返回 0） */
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uint32_t sim_fan_rpm(int idx); /* 此刻的真实转速，给测试自查用 */
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/* ---------------- 两把互斥锁 ---------------- */
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/* 扮演第几号任务（默认 0）。单线程 sim 里「另一个任务持着锁」就靠它模拟。 */
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void sim_lock_set_task(int task);
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int sim_lock_task(void);
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/* 现在被几号任务持着；没人持着返回 -1。 */
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int sim_lock_owner(hal_lock_id_t id);
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uint32_t sim_lock_takes(hal_lock_id_t id);
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/* **强制加锁纪律**：打开之后，动这个共享资源（I²C 的任何事务 / 595 那四根线）
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却没持着对应的锁，就记一次违规。默认关 —— A3~A6 的驱动测试是直接调驱动的，
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它们不该被要求先拿锁。
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⚠️ 违规只计数、不 abort：这条检查的用处是**证明上层的加锁路径是通的**
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（t_safety 跑一圈违规为 0），以及证明这条检查本身不是句空话
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（不拿锁直接读一片 INA226，违规必须 +1）。 */
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void sim_lock_require(hal_lock_id_t id, bool on);
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uint32_t sim_lock_violations(hal_lock_id_t id);
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||
void sim_lock_check(hal_lock_id_t id); /* 给 sim 各路自己调，测试一般用不到 */
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||
/* ---------------- 掉电不丢区（NOR flash 那块） ---------------- */
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/* 假 flash 的几何。与 partitions.csv 里 `evlog` 分区的大小是同一个数，
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`test_evlog.c` 拿 `EVLOG_SECTORS` 把两边钉在一起。 */
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#define SIM_STORE_SECTOR_BYTES 4096
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#define SIM_STORE_SECTORS 17
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/* 故障注入：第 nth 次写整条失败（一个字节都不落）。0 = 清除。 */
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void sim_store_fail_next_write(int nth);
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/* **掉电打断一次写**：下一次写只落前 bytes 个字节，然后返回 HAL_ERR_BUS。
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||
这是每条记录都要带校验字节的理由 —— 半条记录在 flash 里长得和一条真记录一样。 */
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void sim_store_tear_next_write(uint32_t bytes);
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||
uint32_t sim_store_writes(void); /* 成功或半成功的写事务次数 */
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uint32_t sim_store_erases(void); /* 擦过几个扇区 —— 寿命就花在这上面 */
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uint32_t sim_store_bytes(void); /* 真正落进去的字节数 */
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uint8_t sim_store_byte(uint32_t off); /* 越界返回 0xFF */
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/* ---------------- 临界区（不是第三把锁，见 hal_lock.h） ---------------- */
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int sim_crit_depth(void); /* 当前嵌套层数。测试结束时必须是 0 */
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uint32_t sim_crit_enters(void); /* 进过几次 —— 断言「入队真的是在临界区里做的」*/
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||
/* 在临界区里干了会阻塞的事（等锁 / 睡）的次数。**必须恒为 0**。 */
|
||
uint32_t sim_crit_blocking(void);
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||
void sim_crit_blocking_note(void); /* 给 sim 各路自己调 */
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||
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||
/* ---------------- 时钟 ---------------- */
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void sim_time_set_us(uint64_t us);
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void sim_time_advance_us(uint64_t us);
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||
void sim_time_advance_ms(uint32_t ms);
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||
uint32_t sim_time_delay_calls(void); /* hal_time_delay_ms() 被调了几次 */
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#ifdef __cplusplus
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}
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||
#endif
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|
||
#endif /* SIM_HAL_H */
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