# UART通信协议详细规范

## 1. 协议概述

UART通道主要用于SoC健康状态监控和关键传感器状态报告，作为SPI主通道的补充和备份。

## 2. 物理层参数

| 参数 | 值 | 说明 |
|------|-----|------|
| 波特率 | 1000000 | 1Mbps，满足实时性要求 |
| 数据位 | 8 | 标准8位数据 |
| 停止位 | 1 | 标准1位停止位 |
| 校验位 | None | 无校验位 |
| 流控 | None | 无硬件流控 |

## 3. 帧格式定义

### 3.1 基本帧结构
```
[Header: 2B] [Payload: N B] [CRC16: 2B]
```

### 3.2 Header定义
- **固定值**: `0xAA55`
- **用途**: 帧同步和识别

### 3.3 Payload结构
| 字段 | 长度 | 类型 | 描述 |
|------|------|------|------|
| cpu_load | 1字节 | uint8_t | CPU负载百分比 (0-100) |
| memory_usage | 1字节 | uint8_t | 内存使用百分比 (0-100) |
| temp_soc | 2字节 | int16_t | SoC温度 (℃ × 10，范围-400~850) |
| critical_sensors | 4字节 | uint32_t | 关键传感器状态位图 |
| timestamp_ms | 4字节 | uint32_t | 时间戳 (毫秒) |

### 3.4 CRC16计算
- **算法**: CRC16-CCITT
- **初始值**: 0xFFFF
- **多项式**: 0x1021
- **输入数据**: Header + Payload

## 4. 通信时序

### 4.1 发送频率
- **正常状态**: 每100ms发送一次
- **异常状态**: 每10ms发送一次（CPU负载>90%或内存使用>95%）

### 4.2 超时机制
- **MCU接收超时**: 300ms（3个周期）
- **超时处理**: 触发GPIO RESET_N复位信号

### 4.3 状态机
```
IDLE → SEND_FRAME → WAIT_ACK → IDLE
          ↓ (timeout)
      TRIGGER_RESET
```

## 5. 关键传感器状态位图

| 位 | 传感器 | 状态值 | 说明 |
|----|--------|--------|------|
| 0 | 摄像头 | 0=离线, 1=在线 | 视频流状态 |
| 1 | 温度传感器 | 0=正常, 1=异常 | 超出工作范围 |
| 2 | 加速度计 | 0=正常, 1=异常 | 数据异常或离线 |
| 3 | GPS | 0=无信号, 1=有信号 | 定位状态 |
| 4-31 | 预留 | - | 未来扩展 |

## 6. 错误处理

### 6.1 CRC校验失败
- **处理方式**: 丢弃当前帧，记录错误计数
- **阈值**: 连续5次CRC失败触发告警

### 6.2 帧同步丢失
- **检测**: 连续3帧Header不匹配
- **恢复**: 重新同步，从下一个0xAA55开始

### 6.3 数据异常
- **检测**: CPU负载>100%、内存使用>100%、温度超出范围
- **处理**: 标记为异常状态，提高发送频率

## 7. MCU端实现要求

### 7.1 接收缓冲区
- **大小**: 128字节环形缓冲区
- **处理**: 中断驱动接收，DMA可选

### 7.2 解析逻辑
```c
typedef struct {
    uint8_t header[2];      // 0xAA55
    uint8_t cpu_load;       // 0-100%
    uint8_t memory_usage;   // 0-100%
    int16_t temp_soc;       // ℃ * 10
    uint32_t critical_sensors;
    uint32_t timestamp_ms;
    uint16_t crc16;
} uart_health_report_t;

int parse_uart_frame(uint8_t* buffer, size_t len, uart_health_report_t* report);
int validate_health_report(uart_health_report_t* report);
void handle_health_report(uart_health_report_t* report);
```

### 7.3 超时监控
```c
// 300ms超时定时器
void start_uart_timeout_timer(void);
void stop_uart_timeout_timer(void);
void uart_timeout_handler(void); // 触发GPIO复位
```

## 8. 性能指标

| 指标 | 要求 | 测试方法 |
|------|------|----------|
| 传输延迟 | ≤10ms | 示波器测量 |
| 误码率 | ≤10⁻⁶ | 长时间压力测试 |
| CPU占用 | ≤5% | 性能分析工具 |
| 内存占用 | ≤1KB | 内存分析 |

## 9. 测试用例

### 9.1 正常通信测试
- 发送标准健康报告帧
- 验证MCU正确解析和处理

### 9.2 异常处理测试
- CRC校验失败帧
- 超时场景模拟
- 数据异常场景

### 9.3 边界条件测试
- 最大CPU负载 (100%)
- 最大内存使用 (100%)
- 极端温度值 (-40℃, 85℃)

## 10. 与SPI协议的关系

- **主备关系**: SPI为主通道，UART为监控通道
- **独立性**: UART不依赖SPI状态，独立工作
- **协同**: UART超时可触发SPI复位，反之亦然