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# UART通信协议详细规范
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## 1. 协议概述
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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。
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## 2. 物理层参数
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| 参数 | 值 | 说明 |
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|------|-----|------|
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| 波特率 | 1000000 | 1Mbps，满足实时性要求 |
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| 数据位 | 8 | 标准8位数据 |
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| 停止位 | 1 | 标准1位停止位 |
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| 校验位 | None | 无校验位 |
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| 流控 | None | 无硬件流控 |
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## 3. 帧格式定义
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### 3.1 基本帧结构
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[Header: 2B] [Payload: N B] [CRC16: 2B]
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### 3.2 Header定义
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- **固定值**: `0xAA55`
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- **用途**: 帧同步和识别
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### 3.3 Payload结构
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| 字段 | 长度 | 类型 | 描述 |
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|------|------|------|------|
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| cpu_load | 1字节 | uint8_t | CPU负载百分比 (0-100) |
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| memory_usage | 1字节 | uint8_t | 内存使用百分比 (0-100) |
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| temp_soc | 2字节 | int16_t | SoC温度 (℃ × 10，范围-400~850) |
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| critical_sensors | 4字节 | uint32_t | 关键传感器状态位图 |
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| timestamp_ms | 4字节 | uint32_t | 时间戳 (毫秒) |
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### 3.4 CRC16计算
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- **算法**: CRC16-CCITT
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- **初始值**: 0xFFFF
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- **多项式**: 0x1021
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- **输入数据**: Header + Payload
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## 4. 通信时序
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### 4.1 发送频率
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- **正常状态**: 每100ms发送一次
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- **异常状态**: 每10ms发送一次（CPU负载>90%或内存使用>95%）
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### 4.2 超时机制
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- **MCU接收超时**: 300ms（3个周期）
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- **超时处理**: 触发GPIO RESET_N复位信号
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### 4.3 状态机
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IDLE → SEND_FRAME → WAIT_ACK → IDLE
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↓ (timeout)
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TRIGGER_RESET
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```
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## 5. 关键传感器状态位图
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| 位 | 传感器 | 状态值 | 说明 |
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|----|--------|--------|------|
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| 0 | 摄像头 | 0=离线, 1=在线 | 视频流状态 |
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| 1 | 温度传感器 | 0=正常, 1=异常 | 超出工作范围 |
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| 2 | 加速度计 | 0=正常, 1=异常 | 数据异常或离线 |
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| 3 | GPS | 0=无信号, 1=有信号 | 定位状态 |
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| 4-31 | 预留 | - | 未来扩展 |
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## 6. 错误处理
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### 6.1 CRC校验失败
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- **处理方式**: 丢弃当前帧，记录错误计数
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- **阈值**: 连续5次CRC失败触发告警
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### 6.2 帧同步丢失
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- **检测**: 连续3帧Header不匹配
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- **恢复**: 重新同步，从下一个0xAA55开始
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### 6.3 数据异常
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- **检测**: CPU负载>100%、内存使用>100%、温度超出范围
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- **处理**: 标记为异常状态，提高发送频率
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## 7. MCU端实现要求
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### 7.1 接收缓冲区
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- **大小**: 128字节环形缓冲区
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- **处理**: 中断驱动接收，DMA可选
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### 7.2 解析逻辑
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```c
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typedef struct {
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uint8_t header[2]; // 0xAA55
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uint8_t cpu_load; // 0-100%
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uint8_t memory_usage; // 0-100%
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int16_t temp_soc; // ℃ * 10
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uint32_t critical_sensors;
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uint32_t timestamp_ms;
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uint16_t crc16;
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} uart_health_report_t;
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int parse_uart_frame(uint8_t* buffer, size_t len, uart_health_report_t* report);
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int validate_health_report(uart_health_report_t* report);
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void handle_health_report(uart_health_report_t* report);
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```
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### 7.3 超时监控
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```c
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// 300ms超时定时器
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void start_uart_timeout_timer(void);
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void stop_uart_timeout_timer(void);
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void uart_timeout_handler(void); // 触发GPIO复位
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```
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## 8. 性能指标
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| 指标 | 要求 | 测试方法 |
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|------|------|----------|
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| 传输延迟 | ≤10ms | 示波器测量 |
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| 误码率 | ≤10⁻⁶ | 长时间压力测试 |
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| CPU占用 | ≤5% | 性能分析工具 |
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| 内存占用 | ≤1KB | 内存分析 |
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## 9. 测试用例
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### 9.1 正常通信测试
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- 发送标准健康报告帧
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- 验证MCU正确解析和处理
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### 9.2 异常处理测试
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- CRC校验失败帧
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- 超时场景模拟
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- 数据异常场景
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### 9.3 边界条件测试
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- 最大CPU负载 (100%)
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- 最大内存使用 (100%)
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- 极端温度值 (-40℃, 85℃)
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## 10. 与SPI协议的关系
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- **主备关系**: SPI为主通道，UART为监控通道
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- **独立性**: UART不依赖SPI状态，独立工作
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- **协同**: UART超时可触发SPI复位，反之亦然 |