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zouhaitao 677356546a docs: 调整系统依赖架构图为横向布局(graph LR)以提升显示清晰度

2026-07-09 19:51:36 +08:00

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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
PCB 布局图：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

芯片引脚号	引脚名称	逻辑网络标号	IO 模式	连接外设与功能描述
Pin 1	`P1.0`	`TXD`	推挽输出	串口 1 (UART1) 发送脚
Pin 2	`P1.1`	`RXD`	高阻输入	串口 1 (UART1) 接收脚
Pin 4	`P1.5`	`+3.3V`	电源	屏幕/系统 3.3V 逻辑供电
Pin 5	`P1.6`	`+3.3V`	电源	屏幕/系统 3.3V 逻辑供电
Pin 6	`P1.7`	`TP_RST`	推挽输出	触摸屏复位脚 (NC)
Pin 8	`UCAP`	`TP_INT`	输入中断	触摸屏中断唤醒脚 (NC)
Pin 9	`P5.4`	`SPI_SDO`	推挽输出	Truly AMOLED 屏幕 SPI 串行数据输出 (MISO)
Pin 10	`Vcc`	`SPI_CS`	推挽输出	Truly AMOLED 屏幕 SPI 片选信号 (CS)
Pin 11	`VREF+`	`SPI_CLK`	推挽输出	Truly AMOLED 屏幕 SPI 串行时钟信号 (SCL)
Pin 12	`GND`	`SPI_SDI`	推挽输出	Truly AMOLED 屏幕 SPI 串行数据输入 (MOSI/SDA)
Pin 13	`P3.0`	`SPI_DCX`	推挽输出	Truly AMOLED 屏幕 SPI 数据/指令选择脚 (D/C)
Pin 14	`P3.1`	`DIS_RST`	推挽输出	Truly AMOLED 屏幕复位控制脚 (RESET)
Pin 19	`P3.6`	`KEY_DOWN`	高阻输入 + 上拉	侧边按键 ▼ (下移)，按下为低电平
Pin 20	`P3.7`	`KEY_CONFIRM`	高阻输入 + 上拉	侧边按键 ■ (确认/菜单)，按下为低电平
Pin 21	`P2.0`	`KEY_UP`	高阻输入 + 上拉	侧边按键 ▲ (上移)，按下为低电平
Pin 22	`P2.1`	`BAT_ADC`	模拟输入	电池电压采样输入端口，对应硬件 ADC 通道 9 (A9)
Pin 23	`P2.2`	`DET`	高阻输入	USB 插入充电检测引脚，高电平代表正在充电
Pin 24	`P2.3`	`KEY_SOS`	高阻输入 + 上拉	上部并联 SOS 求救按键，按下为低电平
Pin 25	`P2.4`	`MOTOR_PWM`	推挽输出	连接振动马达驱动电路。高电平震动，低电平静止
Pin 27	`P2.6`	`LED_RGB`	SPI MOSI	WS2812B 级联双幻彩灯珠 DIN 控制信号
Pin 28	`P2.7`	`SHUT`	推挽输出	OLED 供电芯片 SGM3833 控制引脚。高电平开启供电，低电平切断
Pin 29	`P0.0`	`RF_RX_DATA`	输入中断	LR690L 433MHz 射频接收芯片数据输出脚 (INT0/INT2)
Pin 30	`P0.1`	`RF_TX`	推挽输出	LR690L 射频芯片发射使能控制引脚
Pin 31	`P0.2`	`RF_RX`	推挽输出	LR690L 射频芯片接收使能控制引脚
Pin 32	`P0.3`	`RF_TX_DAT`	推挽输出	LR690L 射频芯片发射调制数据输入引脚

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：

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. HORLOGE" + 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. APPAIR." + 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. ALARME" + 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" + 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：

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。
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。
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。
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：

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 分层依赖、事件驱动、非阻塞 的模块化架构设计。其层级结构与核心依赖关系如下：

4.1 系统层级依赖与调用图

graph LR
    %% --- 硬件抽象与时基层 (左侧) ---
    subgraph LayerHW ["硬件抽象与时基层 (HW Layer)"]
        Timer1["Timer 1 (1ms中断)"]
        ADC["ADC (电量检测)"]
        Flash["IAP (Flash读写)"]
        GPIO["GPIO (引脚中断/控制)"]
    end

    %% --- 外设驱动层 (中间) ---
    subgraph LayerDRV ["外设驱动层 (DRV Layer)"]
        KEY["KEY (按键扫描/队列)"]
        RF["RF (LR690L收发)"]
        PM["PM (功耗电源管理)"]
        AMOLED["AMOLED (屏幕绘制)"]
        LED["LED (RGB彩灯时序)"]
        MOTOR["MOTOR (马达异步震动)"]
    end

    %% --- 应用逻辑层 (右侧) ---
    subgraph LayerAPP ["应用逻辑层 (APP Layer)"]
        MainScheduler["主循环调度器 (main.c)"]
        SysStateMachine["SysState 业务状态机"]
        SoftRTC["SoftRTC 软件时钟"]
    end

    %% --- 连线关系：时基与底层输入驱动外设 ---
    Timer1 ==>|1ms时基中断| KEY
    Timer1 ==>|1ms中断分频| MOTOR
    Timer1 ==>|中断异步控制| LED
    Timer1 ==>|秒计数器累加| SoftRTC
    
    GPIO -.->|外部中断沿触发| RF
    GPIO -.->|按键电平读取| KEY

    %% --- 连线关系：外设动作驱动与底层交互 ---
    PM -->|SHUT引脚开关SGM3833| GPIO
    AMOLED -->|SPI接口像素写指令| GPIO
    LED -->|P2.6输出彩灯数据| GPIO
    MOTOR -->|P2.4输出马达电平| GPIO

    %% --- 连线关系：主循环轮询输入 ---
    KEY ==>|压入环形队列 / 主循环读出| MainScheduler
    RF ==>|解码成功包 / 主循环获取| MainScheduler
    MainScheduler ==>|喂看门狗| GPIO

    %% --- 连线关系：状态机控制外设输出 ---
    MainScheduler -->|分发事件| SysStateMachine
    SysStateMachine -->|读取电量及状态| ADC
    SysStateMachine -->|读写配对防区数据| Flash
    SysStateMachine -->|休眠判定/深度睡眠控制| PM
    SysStateMachine -->|Redraw=1 触发重绘| AMOLED
    SysStateMachine -->|射频包发射| RF
    SysStateMachine -->|指示灯闪烁指示| LED
    SysStateMachine -->|马达震动反馈| MOTOR
    SysStateMachine -->|获取与同步时间| SoftRTC

4.2 架构设计与依赖原则说明

单向依赖原则：
- APP 层仅依赖于 DRV 层提供的高级抽象接口（例如 LED_Set_Color、Motor_Start_Pattern）和 HW 层的数据库读写。严禁在 APP 层直接写入具体 IO 寄存器。
- DRV 层调用 HW 层提供的基础时基与 GPIO 端口函数，不保存任何系统级别的状态变量（current_state 等）。
- HW 层为最底层，除触发中断服务子程序 (ISR) 外，不依赖任何上层逻辑。
事件驱动与非阻塞机制：
- 按键事件缓冲机制：KEY 驱动在 Timer1 中断中进行每 10ms 的定时扫描消抖。识别到有效按键动作后，将其转换为 KeyEvent 并压入内部的 环形事件队列。主循环通过轮询读出该事件，避免了在按键按下时产生任何 while 等待导致系统挂起。
- 马达与彩灯的异步时序设计：MOTOR 与 LED 的报警波形（如：长震、间歇闪烁）均采用在 1ms 中断中自动扣减计数器的方式实现。APP 层发出启动指令后立即返回，由硬件中断负责底层的波形电平跳转，保证了射频解码及按键响应不会因为声光报警动作而产生卡顿。
电源控制与低功耗恢复链条：
- 休眠决策完全由主循环内的 inactivity_timer 进行倒计时判定。
- 进入休眠前，由 PM 驱动断开 SGM3833 电源以彻底消除 AMOLED 的暗漏电流。
- 唤醒时，由 GPIO 的电平沿变化触发中断，唤醒 CPU 后由 PM 优先执行 “上电 -> 强延时 50ms 避开浪涌 -> 屏幕控制器重初始化” 的安全恢复时序，防止未稳定电网下的写屏导致屏幕损坏或花屏。

4.3 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：

#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 发送对码或主动SOS信号。
显示模块 (LCD)	状态机重绘请求 `Redraw == 1`	SPI 像素渲染显示流	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 -> 拉低 `SGM_CTRL = 0` -> 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` -> 延时 50ms -> 重新初始化 RM69310 屏幕控制器（主循环恢复运行并重绘时钟）。
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：

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

6. 核心业务事件输入输出 (I/O) 架构明细表

为实现绝对清晰的软硬件交互链路，以下为手环核心业务事件的端到端输入、输出及流转逻辑汇总：

6.1 核心事件 I/O 矩阵

事件名称	输入源 (触发条件与参数)	状态机判定逻辑 (当前状态与条件)	输出结果 & 动作执行 (显示、灯效、马达与无线)
按键操作事件 `KEY_EVENT`	源：P0.1~P0.5 下降沿中断。参数：`KEY_UP`、`KEY_DOWN`、`KEY_CONFIRM` (短按/长按)。	当前状态：`STATE_CLOCK` / `STATE_MENU` 等。条件：在待机下长按确认键 3 秒进入菜单；在菜单下短按 ▲/▼ 键翻页。	1. 显示：置 `Redraw = 1`，LCD 刷新切换对应页面； 2. 触觉：发出 50ms 极短振动作按键反馈。
主动求救事件 `SOS_ACTIVE_EVENT`	源：上部任意 SOS 按键按下（短按或长按）。	当前状态：除已报警外的任意业务状态。条件：无视当前状态，拥有最高抢占优先级。	1. 状态：切入 `STATE_SOS_EMITTED`； 2. 无线：通过 LR690L 周期性（2s）发射手环 Factory ID 及 `0x08` (SOS) 数据包； 3. 显示：LCD 闪烁呈现超大警灯与分行 `SOS EMIS` 字样； 4. 灯效：WS2812B 红色高速交替闪烁（50ms周期）； 5. 马达：持续间歇长振（振 1000ms，停 200ms）。
无线对码捕获事件 `RF_PAIR_RECV_EVENT`	源：LR690L 接收 433MHz 对码载波包。参数：24-bit 物理地址 + 4-bit 传感器类型数据码。	当前状态：`STATE_PAIR_SEARCH` (搜索对码中)。条件：捕获到合法 EV1527 帧。	1. 状态：切换至 `STATE_PAIR_CONFIRM` (确认微调)； 2. 显示：只读显示自动识别的传感器名称（如 `PORTE`）、大图标，以及超大 `[ 01 ]` 序号选框； 3. 马达：发出 300ms 短振提醒成功捕获。
传感器入侵警报事件 `RF_ALARM_RECV_EVENT`	源：LR690L 接收 433MHz 警报载波包。参数：传感器地址 + 4-bit 状态码。	当前状态：`STATE_CLOCK` (待机)。条件：1. 地址与 Flash 数据库匹配； 2. 该防区属于 ZONE 0 (24h) 或处于已布防状态下的 ZONE 1。	1. 状态：切入 `STATE_ALARMING`； 2. 显示：LCD 亮起 4px 闪烁红边框与 64x64px 对应传感器报警图标，显示 `PORTE 01 INTRUSION!`； 3. 灯效：WS2812B 闪烁对应传感器防区色彩（500ms闪烁）； 4. 马达：根据传感器类型，输出对应的间歇振动波形（如门磁短振 1 次）。
系统自动休眠事件 `AUTO_SLEEP_EVENT`	源：软件时钟 `inactivity_timer >= 1000` (10s)。	当前状态：`STATE_CLOCK` / `STATE_MENU` / `STATE_SET_TIME` 等非报警状态。	1. 状态：切入 `STATE_SLEEP`； 2. 硬件：拉低 `SGM_CTRL = 0` 切断 AMOLED PMIC 供电； 3. 电源：使能 P0 口电平中断及 INT2，挂起 CPU 进入 Power-Down 极低功耗模式。
中断唤醒系统事件 `SYSTEM_WAKEUP_EVENT`	源：P0口按键沿变化或 INT2 载波接收中断。	当前状态：`STATE_SLEEP` (深度休眠中)。	1. 状态：切回 `STATE_CLOCK`； 2. 电源：拉高 `SGM_CTRL = 1` 恢复 OLED 供电； 3. 延迟：延时 50ms 避开冲击电流并完成 RM69310 的重初始化； 4. 显示：置 `Redraw = 1` 重绘时钟走时界面。
IPC 摄像头对码事件 `IPC_BIND_SEND_EVENT`	源：在菜单中确认进入 `4. LIAISON`。	当前状态：`STATE_IPC_BIND`。	1. 无线：连发 433MHz 手环 Factory ID 及 `0x01` 绑定对码包； 2. 显示：呈现 48x48px 摄像头大图标及 `LIAISON EN COURS`； 3. 退出：长按确认键 3 秒或长按 ▼ 键 2 秒，退出并恢复时钟。
警报解除复位事件 `ALARM_CLEAR_EVENT`	源：报警状态下侧边或上部任意按键按下。	当前状态：`STATE_ALARMING` 或 `STATE_SOS_EMITTED`。	1. 状态：切回 `STATE_CLOCK`； 2. 灯效：WS2812B 彻底熄灭； 3. 马达：清空马达状态并立即停振； 4. 显示：置 `Redraw = 1`，LCD 重绘走时时钟。

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