108 lines
7.0 KiB
Markdown
108 lines
7.0 KiB
Markdown
# 架构设计 (Docs/30_architecture/main.md)
|
||
|
||
本章节阐述手环的硬件拓扑、引脚分配、软件状态机设计、以及 IAP Flash 数据库存储设计。
|
||
|
||
## 1. 硬件规格与引脚映射
|
||
|
||
主控芯片采用 **STC32G12K128** 单片机（工作频率 24.0 MHz，单周期 8051 内核，32位乘除法器）。
|
||
显示端采用 **1.14寸 TFT LCD 屏幕**，物理分辨率为 **135x240 像素**。
|
||
|
||
### 1.1 GPIO 引脚配置表
|
||
|
||
| 引脚号 | 引脚定义 | 模式配置 | 物理外设与功能说明 |
|
||
| :--- | :--- | :--- | :--- |
|
||
| **P2.3** | `WS2812_DI` | 双向/SPI MOSI | 连接可编程 RGB 灯珠（WS2812B/FCOB-2.7）的 DIN 信号输入 |
|
||
| **P2.5** | `MOTOR` | 推挽输出/SCLK | 连接振动马达驱动电路。高电平震动，低电平静止 |
|
||
| **P0.1** | `KEY_UP` | 高阻输入+上拉 | 侧边按键 ▲ (上移)，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 |
|
||
| **P0.2** | `KEY_SOS1` | 高阻输入+上拉 | 上部按键 SOS 1，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 |
|
||
| **P3.4** | `SGM_CTRL` | 推挽输出 | LCD 屏幕背光与芯片电源控制引脚。高电平使能，低电平关闭 |
|
||
| **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 |
|
||
| **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) |
|
||
| **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 |
|
||
|
||
### 1.2 上部双 SOS 键并联逻辑设计
|
||
|
||
为了保证两颗 SOS 按键在软件逻辑上等价，软件在按键消抖和长按状态判定时，采用“逻辑并联”设计。定义一个虚拟的 `is_sos_pressed` 状态标志：
|
||
```c
|
||
// 只要 SOS1 或 SOS2 有任意一个被按下（低电平），即判定为 SOS 按下
|
||
bit is_sos_pressed = (KEY_SOS1 == 0) || (KEY_SOS2 == 0);
|
||
```
|
||
该标志后续被直接送入消抖状态机和长按计时器，生成 `KEY_SOS_SHORT` 或 `KEY_SOS_LONG` 事件，从而完全对上层业务层屏蔽双按键硬件细节。
|
||
|
||
### 1.3 出厂唯一固定 ID (Factory ID) 的设计与获取
|
||
|
||
手环在主动发射对码广播与主动 SOS 报警时，需要以唯一的出厂 ID (Factory ID) 作源地址以供接收端（IPC）进行辨识。
|
||
为避免每台手环烧写不同固件，程序从 STC32G 内置的全球唯一硬件 ID (UID) 中提取地址码：
|
||
* **硬件读取源**：STC32G 芯片在出厂时会在程序存储器（ROM）的末尾扇区存储一个 **7 字节的唯一 ID**，同样在 RAM 空间的特定区（如 `0xF1`~`0xF7`）也会在启动时映射。
|
||
* **Factory ID 生成**：系统初始化时，通过读取 UID 寄存器，将其中的 3 个字节提取出来，并进行 `& 0x0FFFFF`（20位掩码限制，以符合 EV1527 的 20 位地址规范），存入全局变量 `bracelet_factory_id` 中。若读取 UID 失败，则默认使用硬编码预置 ID `0x37A86UL`。
|
||
|
||
### 1.4 SPI 复用与马达防噪硬件规避设计
|
||
|
||
由于 `P2.5` 同时作为马达引脚和硬件 SPI 的 SCLK 引脚，为了避免在高频发送 24-bit 灯效数据时引脚电平抖动导致马达异常鸣叫：
|
||
1. **发送前**：调用 `EA = 0` 关闭总中断。临时将 `P2.5` 引脚配置为 **高阻输入模式**。此时 SCLK 输出时钟不会使马达导通。
|
||
2. **发送中**：通过硬件 SPI 直接串行写入 72 位转换数据（24位 RGB 经过 LUT 展宽）。
|
||
3. **发送后**：将 `P2.5` 引脚改回 **推挽输出模式**。调用 `EA = 1` 开启中断，继续通过常规 IO 控制马达电平。
|
||
|
||
### 1.5 确认配对时的后缀序号调整机制
|
||
|
||
在对码确认状态 (`STATE_PAIR_CONFIRM`) 下，系统支持用户手动微调所要保存同类防区的数字序号：
|
||
* **全局变量定义**：`u8 selected_suffix_num` 用以记录当前的数字选择值。
|
||
* **初始默认分配**：当信号被捕获跳转到该状态时，系统自动检索当前内存对码表，统计捕获类型已登记的个数 $C$，将 `selected_suffix_num` 初始化为 $C + 1$。
|
||
* **按键调整行为**：
|
||
* 读取到 `KEY_EVENT_UP_CLICK` 时：`if (selected_suffix_num < 99) selected_suffix_num++`。
|
||
* 读取到 `KEY_EVENT_DOWN_CLICK` 时：`if (selected_suffix_num > 1) selected_suffix_num--`。
|
||
* 调值完成后置 `Redraw = 1` 以触发 LCD 快速局部刷新。
|
||
* **最终确认写入**：当用户按下 CONFIRM 键或 SOS 键时，系统自动取出对应的预设名前缀（如 `PORTE`），并将 `selected_suffix_num` 转换为两位字符串格式（如 `02`），以 `[前缀] [序号]` 格式拼装后（最大 15 字节，如 `PORTE 02`），调用数据库写入函数。
|
||
|
||
---
|
||
|
||
## 2. 核心软件业务状态机 (SystemState)
|
||
|
||
系统处于主循环中，根据事件和计数器在以下状态（`SystemState`）间迁移：
|
||
|
||
```mermaid
|
||
stateDiagram-v2
|
||
[*] --> STATE_NORMAL
|
||
STATE_NORMAL --> STATE_ARMED : 接收到布防广播
|
||
STATE_ARMED --> STATE_DISARMED : 接收到撤防广播
|
||
STATE_DISARMED --> STATE_NORMAL : 自动恢复/按键返回
|
||
|
||
STATE_NORMAL --> STATE_PAIR_MENU : ▲ + ▼ 长按 3 秒
|
||
STATE_PAIR_MENU --> STATE_PAIR_WAIT : 确认选中类型
|
||
STATE_PAIR_WAIT --> STATE_PAIR_CONFIRM : 捕获 433MHz 匹配数据
|
||
STATE_PAIR_CONFIRM --> STATE_PAIR_SUCCESS : 按 CONFIRM/SOS 键并保存名称
|
||
STATE_PAIR_CONFIRM --> STATE_PAIR_FAIL : 超时/长按▼取消
|
||
STATE_PAIR_SUCCESS --> STATE_PAIR_MENU : 2秒后自动返回
|
||
STATE_PAIR_FAIL --> STATE_PAIR_MENU : 2秒后自动返回
|
||
|
||
STATE_NORMAL --> STATE_SOS_EMITTED : 短按 SOS
|
||
STATE_ARMED --> STATE_ALARMING : 捕获已配对传感器报警
|
||
STATE_ALARMING --> STATE_NORMAL : 按任意键/超时解除
|
||
STATE_SOS_EMITTED --> STATE_NORMAL : 长按任意键/超时解除
|
||
```
|
||
|
||
---
|
||
|
||
## 3. IAP Flash 传感器数据库设计
|
||
|
||
为了断电保存传感器配对信息，使用 STC32G 的 IAP 功能读写 Flash：
|
||
* **扇区基地址**：`0xFE0000` (末尾扇区)。
|
||
* **存储结构**：`Sensor_Slot` 结构体：
|
||
```c
|
||
typedef struct {
|
||
u8 is_used; // 登记标志（0x01表示有效，其它代表空闲）
|
||
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: 普通可撤防区)
|
||
char name_gbk[16]; // 法语自定义防区名称 (以 [前缀] [序号] 自动格式化写入)
|
||
} Sensor_Slot;
|
||
```
|
||
* 一共支持 **16** 个传感器槽位，通过 `Load_Database()` 和 `Save_Database()` 进行统一序列化读写。
|