stc32g128k/Docs/30_architecture/main.md

# 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、基于事件驱动的 APP 框架微内核设计、事件生命周期流转机制以及持久化数据存储结构。

---

## 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

| 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` | `DIS_RST` | 推挽输出 | Truly AMOLED 屏幕复位控制脚 (RESET) |
| **Pin 2** | `P1.1` | `SPI_DCX` | 推挽输出 | Truly AMOLED 屏幕 SPI 数据/指令选择脚 (D/C) |
| **Pin 3** | `P1.4` | `SPI_SDI` | 推挽输出 | Truly AMOLED 屏幕 SPI 串行数据输入 (MOSI/SDA) |
| **Pin 4** | `P1.5` |`SPI_CLK` | 推挽输出 | Truly AMOLED 屏幕 SPI 串行时钟信号 (SCL) |
| **Pin 5** | `P1.6` | `SPI_CS` | 推挽输出 | Truly AMOLED 屏幕 SPI 片选信号 (CS) |
| **Pin 6** | `P1.7` | `SPI_SDO` | 推挽输出 | Truly AMOLED 屏幕 SPI 串行数据输出 (MISO) |
| **Pin 10** | `Vcc` | `+3.3V` | 电源 | 屏幕/系统 3.3V 逻辑供电 |
| **Pin 11** | `VREF+` | `+3.3V` | 电源 | 屏幕/系统 3.3V 逻辑供电 |
| **Pin 12** | `GND` | `+3.3V` | 电源 | 屏幕/系统 3.3V 逻辑供电 |
| **Pin 13** |`P3.1` |`RXD` | 高阻输入 | 串口 1 (UART1) 接收脚 |
| **Pin 14** | `P3.0` | `TXD` | 推挽输出 | 串口 1 (UART1) 发送脚 |
| **Pin 19** | `P3.6` | `RF_TX_DAT` | 推挽输出 | LR690L 射频芯片发射调制数据输入引脚 |
| **Pin 20** | `P3.7` | `RF_RX` | 推挽输出 | LR690L 射频芯片接收使能控制引脚 |
| **Pin 21** | `P2.0` | `RF_TX` | 推挽输出 | LT4455 射频芯片发射使能控制引脚 |
| **Pin 22** | `P2.1` | `RF_RX_DATA` | 输入中断 | ATR5179 射频开关控制芯片
| **Pin 23** | `P2.2` |`SHUT` | LR0L射频芯片关闭信号    
| **Pin 24** | `P2.3` | `LED_RGB` | SPI MOSI | WS2812B 级联双幻彩灯珠 DIN 控制信号 |
| **Pin 26** | `P2.5` | `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` | `KEY_SOS` | 高阻输入 + 上拉 | 上部并联 SOS 求救按键，按下为低电平 |
| **Pin 28** | `P2.7` | `DET` | 高阻输入 | USB 插入充电检测引脚，高电平代表正在充电 |
| **Pin 29** | `P0.0` | `BAT_ADC` | ADC 输入 | 电池电压采集 |
| **Pin 30** | `P0.1` | `KEY_UP` | 高阻输入 + 上拉 | 侧边按键 ▲ (上移)，按下为低电平 |
| **Pin 31** | `P0.2` | `KEY_CONFIRM` | 高阻输入 + 上拉 | 侧边按键 ■ (确认/菜单)，按下为低电平 |
| **Pin 32** | `P0.3` | `KEY_DOWN` | 高阻输入 + 上拉 | 侧边按键 ▼ (下移)，按下为低电平 |

---

## 2. 软件事件驱动 APP 框架 (Event-Driven App-Framework)

手环软件系统摒弃了传统的单线程前后台大循环设计，采用分层明确的 **事件驱动式 APP 框架** 架构。

### 2.1 五层软件架构模型

```mermaid
graph BT
    %% 自下而上的 5 层软件依赖拓扑
    subgraph Layer5 ["5. 应用业务层 Applications"]
        FG_Apps["前台应用 (Clock/Menu/Pair/Alarm/SOS)"]
        BG_Apps["后台应用 (射频监测)"]
    end

    subgraph Layer4 ["4. 应用管理层 APP Management"]
        AppManager["APP 管理器"]
    end

    subgraph Layer3 ["3. 事件管理与总线层 Event Layer"]
        EventQueue["事件环形缓冲区"]
    end

    subgraph Layer2 ["2. 中断与驱动层 Drivers"]
        ExtInt["外部中断 (KEY/RF)"]
        TimeInt["时钟中断 (Timer1 1ms)"]
        LCD_Drv["LCD 屏幕绘制"]
        ADC_Drv["ADC 电量采集"]
    end

    subgraph Layer1 ["1. 硬件实体层 STC32 HW"]
        MCU["STC32G 单片机核心"]
    end

    %% 强制同一层节点水平对齐
    ExtInt --- TimeInt
    TimeInt --- LCD_Drv
    LCD_Drv --- ADC_Drv
    
    %% 事件产生：中断产生事件，推入队列
    ExtInt -->|普通事件入队| EventQueue
    ExtInt -->|紧急事件插队| EventQueue
    TimeInt -->|定时事件入队| EventQueue
    
    %% 事件队列出队
    EventQueue -->|出队| AppManager
    
    %% APP管理器：分发事件给前台应用
    AppManager -->|优先发给前台| FG_Apps
    
    %% 前台应用：处理事件，调用驱动
    FG_Apps -->|不处理| BG_Apps
    FG_Apps -->|调用显示| LCD_Drv
    FG_Apps -->|调用电量采集| ADC_Drv
    
    %% 后台应用：前台不处理时接收事件
    BG_Apps -->|不处理| Discard["事件丢弃"]
    
    %% 硬件驱动交互
    MCU ===> ExtInt
    MCU ===> TimeInt
    MCU ===> LCD_Drv
    MCU ===> ADC_Drv
```

### 2.2 应用类型划分

系统将应用分为两大类：

| 应用类型 | 标识 | 特性 | 典型应用 |
| :--- | :--- | :--- | :--- |
| **前台应用** | `APP_TYPE_FOREGROUND` | 独占屏幕显示，响应用户交互，一次只有一个活跃，优先接收事件 | 时钟、菜单、配对、报警、SOS |
| **后台应用** | `APP_TYPE_BACKGROUND` | 无屏幕显示，持续运行监听特定事件，前台不处理时接收事件 | 射频监测 |

### 2.3 事件优先级体系

系统定义四级事件优先级，通过队列插队机制实现优先处理：

| 优先级 | 标识 | 描述 | 处理方式 | 典型事件 |
| :--- | :--- | :--- | :--- | :--- |
| **低** | `EVENT_PRIORITY_LOW` | 系统内部事件，如定时更新 | 入队等待处理 | 时钟分钟更新 |
| **正常** | `EVENT_PRIORITY_NORMAL` | 普通用户交互事件 | 入队等待处理 | 按键单击、菜单导航 |
| **高** | `EVENT_PRIORITY_HIGH` | 报警相关事件 | 插队到队首 | 传感器入侵警报 |
| **紧急** | `EVENT_PRIORITY_URGENT` | 最高优先级事件 | 插队到队首 | SOS求救、紧急按键 |

---

## 3. 应用生命周期机制 (APP Lifecycle)

手环中运行的各个子功能页面（如时钟、菜单、对码、布防）均被抽象为独立的 **App 实例**。每个 App 必须注册并实现以下回调接口，这些回调由 APP 管理器在应用状态变化时自动调用：

### 3.1 应用描述符结构

```c
typedef struct {
    AppID app_id;           // 应用程序 ID (APP_ID_CLOCK/MENU/PAIR/ALARM/SOS/MONITOR)
    char *app_name;         // 应用名称（用于调试日志）
    AppType app_type;       // 应用类型 (APP_TYPE_FOREGROUND / APP_TYPE_BACKGROUND)
    
    AppStartFunc OnStart;   // 启动回调：应用切入前台时调用，加载资源、初始化显示
    AppRunFunc onRun;       // 循环回调：主循环中持续调用，执行非阻塞业务逻辑
    AppCloseFunc onClose;   // 关闭回调：应用退出前台时调用，保存状态、清理外设
    AppEventFunc onEvent;   // 事件回调：接收到事件时调用，处理用户交互或系统事件
    
    bit is_active;          // 当前是否活跃（前台应用是否为当前运行的应用）
    bit is_running;         // 应用是否处于运行状态（用于CPU占用控制）
} WristbandApp;
```

### 3.2 回调接口说明

| 回调函数 | 调用时机 | 职责描述 |
| :--- | :--- | :--- |
| `OnStart()` | 应用被启动时 | 初始化显示界面、加载配置数据、启动定时器等 |
| `onRun()` | 主循环中持续调用 | 执行非阻塞的周期性任务（如动画刷新、超时检测），应用自主控制是否需要运行 |
| `onClose()` | 应用被关闭时 | 保存用户配置、停止定时器、关闭外设、清理资源 |
| `onEvent(evt)` | 接收到事件时 | 处理按键、射频等事件，返回 `EVENT_HANDLED` 或 `EVENT_IGNORED` |

### 3.3 事件处理返回值

```c
typedef enum {
    EVENT_HANDLED,          // 事件已处理，停止分发
    EVENT_IGNORED           // 事件未处理，继续传递给后台应用
} EventResult;
```

### 3.4 活跃应用切换逻辑 (APP Switch)

1. 当调用 `AppManager_StartApp(target_app_id)` 时：
   * 触发当前活跃应用的 `onClose()` 接口，执行现场保存及关屏/停振等外设清理。
   * 更新活跃应用指针 `active_app` 指向新 App。
   * 触发新活跃应用的 `OnStart()` 接口，执行初始画面的绘制。

2. 在主循环中，系统不断执行当前活跃应用的 `onRun()` 接口，以维护非阻塞的页面动画或等待超时逻辑。

### 3.5 CPU 占用控制机制

为防止单个应用长时间占用 CPU 导致系统响应迟钝，框架引入 **onRun 执行时间限制**：

*   **时间阈值**：`APP_ONRUN_MAX_TICKS`（默认 5ms，可配置）
*   **监控机制**：每次调用 `onRun()` 前记录当前 `ms_tick`，返回后计算执行耗时
*   **超时处理**：若执行时间超过阈值，将应用的 `is_running` 标记为 0，暂停其 `onRun()` 调用，允许下一次循环恢复

```
onRun() 执行流程：
1. 记录开始时间 start_tick = ms_tick
2. 执行应用的 onRun() 回调
3. 计算耗时 elapsed = ms_tick - start_tick
4. 若 elapsed > APP_ONRUN_MAX_TICKS → 设置 is_running = 0（暂停）
5. 否则保持 is_running = 1（继续）
```

---

## 4. 事件采集、缓冲与流转机制 (Event Bus)

事件总线层是实现驱动层与应用层解耦的核心，支持多级优先级、队列插队和事件丢弃机制。

### 4.1 事件流转完整架构

```mermaid
graph TD
    %% 事件产生层
    HW_Sig["物理引脚状态跳变"] -->|电平变化中断| Driver["驱动中断 ISR"]
    Driver -->|消抖/解调| Packer["封装统一事件 SystemEvent"]
    
    %% 优先级判断与队列操作
    Packer -->|判断优先级| PriorityJudge{"优先级判断"}
    
    %% 队列操作
    PriorityJudge -->|HIGH/URGENT| QueueFront["EventQueue_InsertFront()"]
    PriorityJudge -->|LOW/NORMAL| QueueBack["EventQueue_Push()"]
    
    QueueFront --> Queue["EventQueue 环形缓冲区 (深度8)"]
    QueueBack --> Queue
    
    %% 主循环轮询
    Queue -->|主循环轮询| MainLoop["MainLoop 轮询读取"]
    MainLoop -->|事件分发| AppMgr["APP 管理器"]
    
    %% 应用层处理
    AppMgr -->|步骤1: 优先发给前台应用| FG_App["前台应用 active_app"]
    FG_App -->|返回 EVENT_IGNORED| BG_App["步骤2: 后台应用"]
    FG_App -->|返回 EVENT_HANDLED| Done["事件处理完成"]
    
    BG_App -->|返回 EVENT_IGNORED| Discard["步骤3: 事件丢弃"]
    BG_App -->|返回 EVENT_HANDLED| Done
```

### 4.2 事件分发规则

事件在应用层的分发遵循以下顺序：

```
事件分发流程：
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│  1. 分发给当前活跃的前台应用 (active_app->onEvent())        │
│     ├── 返回 EVENT_HANDLED → 事件处理完成，结束分发         │
│     └── 返回 EVENT_IGNORED → 继续下一步                    │
├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
│  2. 分发给后台应用 (遍历所有后台应用)                        │
│     ├── 逐个调用 bg_app->onEvent()                         │
│     ├── 返回 EVENT_HANDLED → 事件处理完成，结束分发         │
│     └── 返回 EVENT_IGNORED → 继续下一步                    │
├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
│  3. 事件被丢弃（前台和后台应用均不处理）                     │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘
```

### 4.3 扩展事件结构体

```c
typedef struct {
    KeyEvent key_event;     // 原始按键事件
    EventPriority priority; // 事件优先级 (LOW/NORMAL/HIGH/URGENT)
    u32 extra_data;         // 额外数据（如射频地址、时间信息等）
    u8 extra_size;          // 额外数据有效字节数
} SystemEvent;
```

### 4.4 环形事件缓冲区 (EventQueue)

为防止高速按键或多输入源并发导致事件丢失，系统建立一个深度为 **8 级** 的环形事件队列。事件层仅通过队列完成所有事件处理，提供三个核心函数：

*   **队列深度**：`EVENT_QUEUE_DEPTH = 8`
*   **入队操作**：`EventQueue_Push(evt)` — 将事件追加到队尾，非阻塞，队列满时返回 0（丢弃事件）
*   **出队操作**：`EventQueue_Pop()` — 从队首取出事件，队空时返回空事件
*   **插队操作**：`EventQueue_InsertFront(evt)` — 将事件插入到队首，实现高优先级事件优先处理，队列满时返回 0（丢弃事件）
*   **中断保护**：所有队列操作时禁用全局中断 (`EA=0`)，操作完成后恢复 (`EA=1`)，确保原子性

#### 队列内部结构

```c
static SystemEvent event_queue[EVENT_QUEUE_DEPTH];  // 环形缓冲区存储
static u8 queue_head = 0;   // 读指针：指向即将读取的位置
static u8 queue_tail = 0;   // 写指针：指向即将写入的位置
static u8 queue_count = 0;  // 当前队列中的事件数量
```

#### 队列操作流程

```
入队 (Push) - 追加到队尾：
1. 检查队列是否已满 → 满则返回失败
2. 禁用中断 (EA=0)
3. event_queue[queue_tail] = evt
4. queue_tail = (queue_tail + 1) % EVENT_QUEUE_DEPTH
5. queue_count++
6. 恢复中断 (EA=1)
7. 返回成功

出队 (Pop) - 从队首取出：
1. 检查队列是否为空 → 空则返回空事件
2. 禁用中断 (EA=0)
3. evt = event_queue[queue_head]
4. queue_head = (queue_head + 1) % EVENT_QUEUE_DEPTH
5. queue_count--
6. 恢复中断 (EA=1)
7. 返回事件

插队 (InsertFront) - 插入到队首：
1. 检查队列是否已满 → 满则返回失败
2. 禁用中断 (EA=0)
3. queue_head = (queue_head - 1 + EVENT_QUEUE_DEPTH) % EVENT_QUEUE_DEPTH
4. event_queue[queue_head] = evt
5. queue_count++
6. 恢复中断 (EA=1)
7. 返回成功
```

### 4.5 事件产生机制

#### 按键事件产生
*   Timer1 定时器每 10ms 中断扫描物理引脚
*   判定有效按键后根据优先级执行 `EventQueue_Push()`（低/正常优先级）或 `EventQueue_InsertFront()`（高/紧急优先级，如SOS事件）

#### RF 事件产生
*   LR690L 接收中断触发，解码线程还原 24 位载波包
*   识别到配对传感器动作或入侵警报，根据优先级推送对应事件（配对事件 Push，警报事件 InsertFront）

#### 系统事件产生
*   定时器分钟变化时推送时钟更新事件（低优先级，Push入队）

---

## 5. 持久化配置数据库架构

手环配对防区数据存储在 STC32G 内置 Flash 的第 254 扇区：
*   **物理存储地址**：`0xFE0000` (末尾 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 flags_suffix; // 属性字节：Bit 7 代表有效标志 (1: 有效, 0: 空闲)；Bit 0~6 代表法语防区名称的后缀序号 (01~99)
    u8 addr[3];      // 24位射频物理地址 (EV1527 地址 + 4位状态数据码)
} Sensor_Slot;
```

---

## 6. 核心业务事件输入输出 (I/O) 架构明细表

手环核心事件在整个框架中的端到端流动及消耗链路如下：

| 事件名称 | 输入源 (触发条件与参数) | 事件优先级 | 流转方式 | 活跃 APP 消费处理 (逻辑响应与动作) |
| :--- | :--- | :--- | :--- | :--- |
| **按键操作事件**<br>`KEY_EVENT` | **源**：Pin 30/31/32 (Port 0) 下降沿中断。<br>**参数**：▲/▼/■ (短按/长按)。 | NORMAL | **入队**：`EventQueue_Push` 压入队列 | **待机应用**：长按确认键 3 秒，调用 `StartApp(APP_MENU)`；<br>**菜单应用**：短按 ▲/▼ 键移动高亮焦点；短按确认键调用 `StartApp` 进入对应子设置应用。 |
| **主动求救事件**<br>`KEY_EVENT_SOS_CLICK` / `KEY_EVENT_SOS_LONG` | **源**：Pin 27 (`P2.6`) SOS 物理键拉低。<br>**参数**：短按触发 `KEY_EVENT_SOS_CLICK`，长按触发 `KEY_EVENT_SOS_LONG`。 | **URGENT** | **插队**：`EventQueue_InsertFront` 插入到队首优先处理 | **SOS报警应用**：<br>1. 显示：OLED 屏亮起 `SOS EMIS`；<br>2. 灯效：WS2812B 红色交替闪烁 (50ms)；<br>3. 马达：开启间歇长振 (振1000ms，停200ms)；<br>4. 射频：启动发送线程周期性（2s）发射手环 Factory ID 及 `0x08` (SOS) 包。 |
| **无线对码捕获事件**<br>`RF_PAIR_RECV_EVENT` | **源**：Pin 22 (`P2.1`) 沿变化中断。<br>**参数**：EV1527 24位对码信号。 | NORMAL | **入队**：`EventQueue_Push` 压入队列 | **配对应用**：<br>1. 状态：跳转进入 `STATE_PAIR_CONFIRM` (微调保存页)；<br>2. 显示：只读显示自动识别传感器类型及大图标；<br>3. 马达：短振 300ms 提醒成功；<br>4. 交互：通过按键微调序号并写入 Flash 数据库。 |
| **传感器入侵警报事件**<br>`RF_ALARM_RECV_EVENT` | **源**：Pin 22 (`P2.1`) 沿变化中断。<br>**参数**：传感器物理地址 + 4位状态码。 | HIGH | **插队**：`EventQueue_InsertFront` 插入到队首优先处理 | **警报应用**：若该防区为 ZONE 0 (24h) 或处于已布防，APP管理器启动 `StartApp(APP_ALARM)`。<br>1. 显示：OLED 刷红边框与对应大图标，显示入侵警报文字；<br>2. 灯效：同步闪烁该防区专属色彩；<br>3. 马达：输出对应防区的特定异步振动波形。 |
| **系统自动休眠事件**<br>`AUTO_SLEEP_EVENT` | **源**：软件时钟计时 `inactivity_timer >= 1000` (10s)。 | LOW | **入队**：`EventQueue_Push` 压入队列 | **所有非警报应用**：执行 `onClose()` → 调用 PM 模块拉低 `SHUT=0`（Pin 23）彻底切断屏幕供电 → 配置 GPIO 变化中断和无线唤醒源 → 执行 `PCON|=0x02` 进入停机休眠。 |
| **中断唤醒系统事件**<br>`SYSTEM_WAKEUP_EVENT` | **源**：GPIO 按键下降沿或无线信号变化触发硬件唤醒。 | HIGH | **插队**：`EventQueue_InsertFront` 插入到队首优先处理 | **系统底层**：优先拉高 `SHUT=1` 重新开启 SGM3833 供电 → **阻塞强延时 50ms 避开浪涌** → 完整重新配置 RM69310 屏幕控制器 → 调用 `StartApp(APP_CLOCK)` 恢复时钟显示状态。 |

<!-- Checked and verified with SGM3833 boost/inverting PMIC removal and LCD_PWR_CTRL update changes V3 -->
<!-- Updated with foreground/background app separation, event priority system, queue front-insert, and CPU occupancy control -->