# 架构设计说明书 (Docs/30_architecture/main.md) 本章节定义手环的系统软硬件架构设计，包括引脚分配、核心状态机迁移关系、持久化数据存储结构以及软件分层框架与主循环调度流程。 --- ## 1. 硬件原理图与引脚分配架构 手环的完整电路连接设计参见以下 KiCad 硬件工程文件： * **硬件原理图**：[text.kicad_sch](file:///c:/workfile/105/stc32g12k128/Hardware/text.kicad_sch) * **PCB 布局图**：[text.kicad_pcb](file:///c:/workfile/105/stc32g12k128/Hardware/text.kicad_pcb) 主控芯片采用 **STC32G12K128**（工作频率 24.0 MHz，单周期 8051 内核，32位乘除法器）。 显示端采用 **Truly 0.95寸 AMOLED 屏幕**，物理分辨率为 **120x240 像素**，控制芯片为 **RM69310**。 ### 1.1 GPIO 物理映射表 | 引脚号 | 引脚名称 | IO 模式 | 连接外设与功能描述 | | :--- | :--- | :--- | :--- | | **P0.0** | `BAT_ADC` | 模拟输入 | 电池电压采样输入端口，对应硬件 ADC 通道 8 (A8) | | **P0.1** | `KEY_UP` | 高阻输入+上拉 | 侧边按键 ▲ (上移)，按下为低电平 | | **P0.2** | `KEY_SOS1` | 高阻输入+上拉 | 上部按键 SOS 1，按下为低电平 | | **P0.3** | `KEY_DOWN` | 高阻输入+上拉 | 侧边按键 ▼ (下移)，按下为低电平 | | **P0.4** | `KEY_CONFIRM`| 高阻输入+上拉 | 侧边按键 ■ (确认)，按下为低电平 | | **P0.5** | `KEY_SOS2` | 高阻输入+上拉 | 上部按键 SOS 2，按下为低电平 | | **P1.1** | `LCD_RST` | 推挽输出 | LCD 屏幕复位引脚 | | **P1.3** | `LCD_RS` | 推挽输出 | LCD 屏幕 SPI 数据/命令寄存器选择 (D/C) | | **P1.4** | `LCD_CS` | 推挽输出 | LCD 屏幕 SPI 片选信号 | | **P1.5** | `LCD_SCL` | 推挽输出 | LCD 屏幕 SPI 时钟信号 | | **P1.6** | `LCD_SDA` | 推挽输出 | LCD 屏幕 SPI 数据信号 | | **P2.3** | `WS2812_DI` | SPI MOSI | 连接可编程双级联 RGB 灯珠的 DIN 信号输入 | | **P2.5** | `MOTOR` | 推挽输出 | 连接振动马达驱动电路。高电平震动，低电平静止 | | **P2.7** | `USB_DET` | 高阻输入 | USB 插入充电检测引脚，高电平代表正在充电 | | **P3.4** | `SGM_CTRL` | 推挽输出 | OLED 供电芯片 SGM3833 控制引脚。高电平使能，低电平关闭 | --- ## 2. 软件核心业务状态机 系统包含 10 个业务状态，其状态迁移关系如下图所示： ```mermaid stateDiagram-v2 [*] --> STATE_CLOCK %% 休眠与唤醒 STATE_CLOCK --> STATE_SLEEP : 10秒无操作超时 STATE_SLEEP --> STATE_CLOCK : 中断唤醒 (按键/无线信号) %% 主选择菜单迁移 STATE_CLOCK --> STATE_MENU : CONFIRM 长按 3 秒 STATE_MENU --> STATE_CLOCK : CONFIRM 长按 3 秒 / 10秒无操作超时 STATE_MENU --> STATE_SLEEP : 10秒无操作超时 %% 子设置页面迁移 STATE_MENU --> STATE_SET_TIME : 选中 "1. DATE/HEURE" + 确认键单击 STATE_SET_TIME --> STATE_CLOCK : 保存退出 / 10秒无操作超时 STATE_MENU --> STATE_PAIR_SEARCH : 选中 "2. APPAIRAGE" + 确认键单击 STATE_PAIR_SEARCH --> STATE_PAIR_CONFIRM : 捕获 433MHz 传感器数据 (自动识别传感器类型) STATE_PAIR_CONFIRM --> STATE_CLOCK : 序号微调后 CONFIRM 确认保存 STATE_PAIR_SEARCH --> STATE_MENU : 长按 ▼ 键退出 STATE_MENU --> STATE_ARM_DISARM_SELECT : 选中 "3. ARM/DISARM" + 确认键单击 STATE_ARM_DISARM_SELECT --> STATE_CLOCK : 选择完成并返回 STATE_MENU --> STATE_IPC_BIND : 选中 "4. LIAISON IPC" + 确认键单击 STATE_IPC_BIND --> STATE_CLOCK : 发射结束 / 确认键长按 3s 退出 / ▼键长按 2s 退出 %% 报警迁移 STATE_CLOCK --> STATE_SOS_EMITTED : 按下上部任意 SOS 键 (点击/长按) STATE_SLEEP --> STATE_SOS_EMITTED : 中断唤醒直接报警 STATE_SOS_EMITTED --> STATE_CLOCK : 按任意键/超时退出 STATE_CLOCK --> STATE_ALARMING : 捕获已配对传感器报警 (ZONE 0 或布防下的 ZONE 1) STATE_ALARMING --> STATE_CLOCK : 按任意键/超时退出 ``` ### 2.1 低功耗设计与唤醒架构 为实现超低功耗，系统在 `STATE_SLEEP` 状态下使用以下硬件与软件协同设计： 1. **彻底切断 PMIC**：拉低 `SGM_CTRL = 0`，使 SGM3833 停止工作，彻底消除 Truly AMOLED 屏的负压静态功耗。 2. **休眠配置**：允许 P0 口电平变化中断与射频接收引脚的中断使能。 3. **进入停机**：将单片机挂起写入 `PCON |= 0x02` 进入停机模式，关闭主时钟。 4. **中断唤醒**：按键按下或 LR690L 接收到载波变化时，触发中断唤醒 MCU，ISR 立即拉高 `SGM_CTRL = 1` 并延时约 50ms 重新初始化 RM69310 屏幕控制器以恢复显示。 --- ## 3. 持久化配置数据库架构 为了确保配对数据掉电不丢失，手环使用内置 IAP 读写 Flash 扇区： * **物理存储扇区**：`0xFE0000` (末尾扇区，大小为 512 字节)。 * **数据库容量**：共 16 组传感器配置槽位。 * **存储结构定义**： ```c typedef struct { u8 is_used; // 有效标志 (0x01: 有效, 其它: 空闲) u8 addr[3]; // 24位射频物理地址 (EV1527) u8 type; // 传感器类型 (0: 门磁, 1: 红外, 2: 烟感, 3: 紧急, 4: 气体, 5: 水浸, 6: 振动) u8 zone; // 防区类别 (0: 永久防区, 1: 普通可撤布防区) char name_gbk[16]; // 法语自定义防区名称 (格式化为: [名前缀] [两位序号]) } Sensor_Slot; ``` --- ## 4. 软件层级架构与核心代码框架 软件系统采用 **非阻塞** 的三层级模块化架构设计： ```mermaid graph TD subgraph Layer3 [应用层 (APP)] MainScheduler[主循环轮询 & 喂狗] SysStateMachine[SystemState 业务状态机] SoftRTC[软件 RTC 计时器] end subgraph Layer2 [外设驱动层 (DRV)] AMOLED[RM69310 AMOLED 屏幕绘制] RF[LR690L 编解码 & 过滤 0x08 SOS 信号] KEY[按键消抖 & 长按长计时] PM[低功耗休眠与唤醒] LED[WS2812B 级联双彩灯时序] MOTOR[振动马达脉冲时序] end subgraph Layer1 [硬件抽象与时基层 (HW)] Timer1[Timer 1 中断 (1ms 滴答)] ADC[12位电压采集] Flash[IAP 读写] GPIO[数字 I/O 与电平中断] end Layer1 --> Layer2 Layer2 --> Layer3 ``` ### 4.1 核心主程序调度框架 (main.c) 主程序采用完全解耦的时间片轮询加事件触发的非阻塞循环结构： ```c #include "config.h" // 全局状态变量 SystemState current_state; u16 inactivity_timer; u32 rx_addr; u8 rx_type; void main(void) { // 1. 初始化底层硬件与外设驱动 System_Init(); Power_Init(); // SGM_CTRL 默认拉高工作 LCD_Init(); // Truly AMOLED 初始化 RF_Init(); // LR690L 接收中断与发射初始化 WS2812_Init(); // 双级联彩灯初始化 Motor_Init(); // 马达脉冲时序初始化 ADC_Init(); // 电池采样初始化 // 2. 载入持久化数据配置 Load_Database(); // 3. 初始化软件状态与计时器 current_state = STATE_CLOCK; inactivity_timer = 0; Redraw = 1; // 开启全局中断 EA = 1; // 4. 核心主循环轮询调度 while (1) { // A. 轮询射频接收 if (EV1527_Decode(&rx_addr, &rx_type)) { inactivity_timer = 0; // 重置休眠计数 Process_RF_Event(rx_addr, rx_type); } // B. 轮询并消耗按键事件 if (key_event_buf != KEY_EVENT_NONE) { KeyEvent evt = key_event_buf; key_event_buf = KEY_EVENT_NONE; // 清空事件 inactivity_timer = 0; // 重置休眠计数 Process_System_Event(evt); } // C. 超时低功耗检测判定 if (inactivity_timer >= 1000) { // 10秒无操作 inactivity_timer = 0; current_state = STATE_SLEEP; // 执行硬件关屏断电并让单片机进入深度休眠 Enter_Low_Power_Sleep(); // 被外部中断唤醒后从此处开始继续向下运行，执行电源与显示恢复 Wakeup_Restore(); current_state = STATE_CLOCK; Redraw = 1; } // D. 屏幕刷新渲染调度 if (Redraw) { Redraw = 0; // 清除标志 Render_UI_Screen(current_state); } // E. 喂狗操作 WDT_CONTR = 0x17; } } ``` --- ## 5. 模块间输入/输出事件与流转处理消耗图 为了使各功能模块（Drivers & App）交互逻辑清晰可见，下表整理了各模块产生的事件源（输入）及其被消费（输出）的处理链路： ### 5.1 模块输入/输出事件矩阵 | 模块名称 | 输入源 (触发源) | 产生/发出事件 | 输出消费对象 (消费处理) | | :--- | :--- | :--- | :--- | | **按键模块 (KEY)** | 物理引脚（P0.1~P0.5）电平状态改变 | `KeyEvent`
- `KEY_UP_SHORT` / `KEY_DOWN_SHORT`
- `KEY_DOWN_LONG` (长按▼ 2秒)
- `KEY_CONFIRM_CLICK`
- `KEY_CONFIRM_LONG` (长按■ 3秒)
- `KEY_SOS_SHORT` / `KEY_SOS_LONG` (SOS键短按或长按) | 写入全局事件缓冲队列 `key_event_buf`。由 **APP 应用状态机** 读出后用于控制页面导航、退出告警或启动对码。 | | **无线射频 (RF)** | LR690L 433MHz 载波信号接收（输入电平变化） | `RFEvent` (包含 `rx_addr` 与 `rx_type`) | 传递至 **APP 状态机** 的 `Process_RF_Event` 进行报警分发。 | | **状态机 (APP)** | 消耗 `key_event_buf` 或 `RFEvent` | `SysState` 业务状态跳转及动作指令 | 1. 改变 `current_state` 并设置 `Redraw = 1`；
2. 调度 **LED** 及 **MOTOR** 开启报警灯效/马达振动；
3. 写入 **IAP Flash 数据库** 配对记录；
4. 调用 **RF** 发送 `0x01` (IPC对码) 或 `0x08` (主动SOS)。 | | **显示模块 (LCD)** | 状态机重绘请求 `Redraw == 1` | SPI 串行像素显示数据流 | 驱动 **Truly AMOLED** 渲染当前状态所对应的时钟、主菜单、对码、时间设定或报警画面。 | | **供电管理 (POWER)**| 1. `inactivity_timer >= 1000` (10秒超时)
2. 中断唤醒信号 (GPIO/INT2) | 电源电平控制及停机状态 | 1. **进入休眠**：发出关屏指令 $ ightarrow$ 拉低 `SGM_CTRL = 0` $ ightarrow$ 执行停机挂起（主循环暂停在 `Enter_Low_Power_Sleep` 内）；
2. **唤醒恢复**：拉高 `SGM_CTRL = 1` $ ightarrow$ 延时 50ms $ ightarrow$ 重新初始化 RM69310 屏幕控制器（主循环恢复运行并在待机页重新走时）。 | | **彩灯模块 (LED)** | 状态机调用报警指示请求 | SPI 48-bit 灯珠级联控制字 | 向两颗级联的 WS2812B 发送颜色数据（报警时交替闪烁，配对时常亮）。 | | **马达模块 (MOTOR)**| 状态机请求按键反馈/告警振动 | IO 电平状态控制字 (P2.5) | 定时驱动 `P2.5` 引脚电平产生不同振动波形（如短振、长振、间歇循环振动）。 | ### 5.2 事件流转与消费链路拓扑 手环系统的输入事件（按键中断与无线载波中断）在主循环中的处理与消耗流转关系如下： ```mermaid flowchart TD %% 硬件输入事件 PinKey[物理按键按下 / 下降沿] -->|P0.1-P0.5 端口中断| ISR_Port0[Port0 中断 ISR] Carrier[433MHz 射频载波信号] -->|INT2 中断| ISR_INT2[INT2 唤醒中断 ISR] %% 中断服务层 (ISR) ISR_Port0 -->|唤醒系统并每10ms扫描| KeyScan[消抖与长短按判定] ISR_INT2 -->|唤醒系统并使能软解码| RFDecode[EV1527 自适应比值解码] %% 事件过滤与缓冲层 KeyScan -->|判定有效按键事件| BufKey[写入 key_event_buf 缓冲区] RFDecode --> ProcessRF[生成合法传感器 RFEvent] %% APP 状态机消费处理 BufKey -->|主循环读取并重置| SM_Key[消费按键事件] ProcessRF -->|主循环调用并比对配置| SM_RF[消费已配对防区报警] SM_Key -->|CONFIRM 长按 3s| StateMenu[切入 STATE_MENU 并 Redraw=1] SM_Key -->|子页面确认操作| StateSub[执行配对/布防/时间设定并 IAP 写入] SM_Key -->|点击/长按 SOS 键| EmitSOS[调用 RF 主动发射 0x08 SOS 信号] SM_Key -->|告警状态任意键| ClearAlarm[清除本地报警状态并退回时钟] SM_RF -->|匹配成功且处于布防| LocalAlarm[触发 LED 交替闪烁 & 马达间歇振动] %% 显示与控制响应 StateMenu -->|Redraw == 1| LcdPaint[Truly AMOLED 屏幕局部像素重绘] StateSub -->|Redraw == 1| LcdPaint LocalAlarm -->|Redraw == 1| LcdPaint EmitSOS -->|Redraw == 1| LcdPaint ```