its-gen1/specs/spi_protocol_details.md

SPI通信协议详细规范

1. 物理层参数

• 时钟频率: 10MHz (可配置范围: 1-20MHz)
• 数据位宽: 8位
• 时钟极性: CPOL=0 (空闲时低电平)
• 时钟相位: CPHA=0 (第一个边沿采样)
• MSB/LSB: MSB first
• 最大包长: 512字节 (包含头部和CRC)

2. 协议帧格式

2.1 基本帧结构

字段	长度	描述
SOF	1字节	起始标志 (0xAA)
Command	1字节	命令类型
Length	2字节	数据长度 (大端序)
Payload	N字节	有效载荷
CRC32	4字节	CRC32校验 (IEEE 802.3)
EOF	1字节	结束标志 (0x55)

2.2 命令类型定义

命令值	命令名称	描述
0x01	POWER_MODE_REQ	电源模式请求
0x02	POWER_MODE_ACK	电源模式确认
0x03	DATA_TRANSFER	传感器数据传输
0x04	DATA_ACK	数据接收确认
0x05	STATUS_REPORT	状态报告
0x06	ERROR_REPORT	错误报告
0x07	CONFIG_UPDATE	配置更新
0x08	CONFIG_ACK	配置确认

3. 传感器数据传输协议 (DATA_TRANSFER)

3.1 数据包格式

SOF(0xAA) + CMD(0x03) + LEN(2B) + [SensorID(1B) + Timestamp(4B) + DataLength(2B) + SensorData(NB)] + CRC32(4B) + EOF(0x55)

3.2 传感器数据结构

字段	长度	描述
SensorID	1字节	传感器标识符
Timestamp	4字节	时间戳 (毫秒, 大端序)
DataLength	2字节	传感器数据长度 (大端序)
SensorData	N字节	传感器原始数据

3.3 传感器ID映射表

ID	传感器类型	数据格式	更新频率
0x01	摄像头	JPEG/YUV帧	30Hz
0x02	温度传感器	float32 (℃)	1Hz
0x03	加速度计	int16[3] (X,Y,Z)	100Hz
0x04	GPS	struct {double lat, lon; float alt;}	1Hz
0x05	陀螺仪	int16[3] (X,Y,Z)	100Hz
0x06	磁力计	int16[3] (X,Y,Z)	10Hz
0x07	气压计	float32 (hPa)	1Hz
0x08	湿度传感器	float32 (%)	1Hz
0x09-0xFF	预留	-	-

4. 流量控制与错误处理

4.1 ACK机制

• SoC收到DATA_TRANSFER后，必须在10ms内回复DATA_ACK
• ACK包包含接收到的SensorID和Timestamp用于确认

4.2 重传机制

• 如果MCU在20ms内未收到ACK，则重传数据包
• 最大重传次数: 3次
• 重传间隔: 10ms

4.3 错误码定义

错误码	描述	处理方式
0x01	CRC校验失败	丢弃数据包，记录错误
0x02	包长度超限	丢弃数据包，记录错误
0x03	无效传感器ID	丢弃数据包，记录错误
0x04	内存不足	丢弃数据包，触发内存清理
0x05	通信超时	触发UART健康检查

5. 性能指标

5.1 带宽计算

• 摄像头(720p@30fps): ~8Mbps
• 其他传感器总和: ~100kbps
• 总带宽需求: ~8.1Mbps
• SPI实际带宽(10MHz): 10Mbps
• 带宽利用率: ~81%

5.2 实时性要求

传感器类型	最大端到端延迟	SPI传输延迟
摄像头	100ms	<10ms
加速度计	50ms	<5ms
温度传感器	500ms	<1ms
GPS	1000ms	<1ms

6. 实现注意事项

6.1 MCU端实现

• 使用DMA传输提高效率
• 实现双缓冲区避免数据丢失
• 定期发送心跳包维持连接

6.2 SoC端实现

• 使用中断驱动接收
• 实现环形缓冲区处理突发流量
• 定期检查MCU健康状态

7. 测试用例

7.1 功能测试

• 正常数据传输
• CRC校验失败处理
• 包长度边界测试
• 传感器ID有效性验证

7.2 性能测试

• 最大带宽压力测试
• 实时性延迟测试
• 长时间稳定性测试

7.3 异常测试

• 通信中断恢复
• MCU复位后同步
• SoC内存不足处理