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# SPI通信协议详细规范
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## 1. 物理层参数
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- **时钟频率**: 10MHz (可配置范围: 1-20MHz)
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- **数据位宽**: 8位
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- **时钟极性**: CPOL=0 (空闲时低电平)
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- **时钟相位**: CPHA=0 (第一个边沿采样)
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- **MSB/LSB**: MSB first
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- **最大包长**: 512字节 (包含头部和CRC)
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## 2. 协议帧格式
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### 2.1 基本帧结构
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| 字段 | 长度 | 描述 |
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|------|------|------|
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| SOF | 1字节 | 起始标志 (0xAA) |
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| Command | 1字节 | 命令类型 |
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| Length | 2字节 | 数据长度 (大端序) |
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| Payload | N字节 | 有效载荷 |
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| CRC32 | 4字节 | CRC32校验 (IEEE 802.3) |
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| EOF | 1字节 | 结束标志 (0x55) |
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### 2.2 命令类型定义
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| 命令值 | 命令名称 | 描述 |
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|--------|----------|------|
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| 0x01 | POWER_MODE_REQ | 电源模式请求 |
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| 0x02 | POWER_MODE_ACK | 电源模式确认 |
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| 0x03 | DATA_TRANSFER | 传感器数据传输 |
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| 0x04 | DATA_ACK | 数据接收确认 |
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| 0x05 | STATUS_REPORT | 状态报告 |
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| 0x06 | ERROR_REPORT | 错误报告 |
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| 0x07 | CONFIG_UPDATE | 配置更新 |
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| 0x08 | CONFIG_ACK | 配置确认 |
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## 3. 传感器数据传输协议 (DATA_TRANSFER)
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### 3.1 数据包格式
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SOF(0xAA) + CMD(0x03) + LEN(2B) + [SensorID(1B) + Timestamp(4B) + DataLength(2B) + SensorData(NB)] + CRC32(4B) + EOF(0x55)
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```
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### 3.2 传感器数据结构
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| 字段 | 长度 | 描述 |
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|------|------|------|
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| SensorID | 1字节 | 传感器标识符 |
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| Timestamp | 4字节 | 时间戳 (毫秒, 大端序) |
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| DataLength | 2字节 | 传感器数据长度 (大端序) |
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| SensorData | N字节 | 传感器原始数据 |
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### 3.3 传感器ID映射表
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| ID | 传感器类型 | 数据格式 | 更新频率 |
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|----|------------|----------|----------|
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| 0x01 | 摄像头 | JPEG/YUV帧 | 30Hz |
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| 0x02 | 温度传感器 | float32 (℃) | 1Hz |
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| 0x03 | 加速度计 | int16[3] (X,Y,Z) | 100Hz |
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| 0x04 | GPS | struct {double lat, lon; float alt;} | 1Hz |
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| 0x05 | 陀螺仪 | int16[3] (X,Y,Z) | 100Hz |
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| 0x06 | 磁力计 | int16[3] (X,Y,Z) | 10Hz |
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| 0x07 | 气压计 | float32 (hPa) | 1Hz |
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| 0x08 | 湿度传感器 | float32 (%) | 1Hz |
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| 0x09-0xFF | 预留 | - | - |
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## 4. 流量控制与错误处理
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### 4.1 ACK机制
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- SoC收到DATA_TRANSFER后，必须在10ms内回复DATA_ACK
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- ACK包包含接收到的SensorID和Timestamp用于确认
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### 4.2 重传机制
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- 如果MCU在20ms内未收到ACK，则重传数据包
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- 最大重传次数: 3次
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- 重传间隔: 10ms
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### 4.3 错误码定义
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| 错误码 | 描述 | 处理方式 |
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|--------|------|----------|
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| 0x01 | CRC校验失败 | 丢弃数据包，记录错误 |
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| 0x02 | 包长度超限 | 丢弃数据包，记录错误 |
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| 0x03 | 无效传感器ID | 丢弃数据包，记录错误 |
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| 0x04 | 内存不足 | 丢弃数据包，触发内存清理 |
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| 0x05 | 通信超时 | 触发UART健康检查 |
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## 5. 性能指标
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### 5.1 带宽计算
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- 摄像头(720p@30fps): ~8Mbps
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- 其他传感器总和: ~100kbps
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- 总带宽需求: ~8.1Mbps
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- SPI实际带宽(10MHz): 10Mbps
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- 带宽利用率: ~81%
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### 5.2 实时性要求
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| 传感器类型 | 最大端到端延迟 | SPI传输延迟 |
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|------------|----------------|-------------|
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| 摄像头 | 100ms | <10ms |
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| 加速度计 | 50ms | <5ms |
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| 温度传感器 | 500ms | <1ms |
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| GPS | 1000ms | <1ms |
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## 6. 实现注意事项
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### 6.1 MCU端实现
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- 使用DMA传输提高效率
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- 实现双缓冲区避免数据丢失
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- 定期发送心跳包维持连接
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### 6.2 SoC端实现
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- 使用中断驱动接收
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- 实现环形缓冲区处理突发流量
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- 定期检查MCU健康状态
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## 7. 测试用例
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### 7.1 功能测试
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- [ ] 正常数据传输
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- [ ] CRC校验失败处理
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- [ ] 包长度边界测试
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- [ ] 传感器ID有效性验证
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### 7.2 性能测试
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- [ ] 最大带宽压力测试
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- [ ] 实时性延迟测试
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- [ ] 长时间稳定性测试
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### 7.3 异常测试
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- [ ] 通信中断恢复
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- [ ] MCU复位后同步
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- [ ] SoC内存不足处理 |