docs: Modbus 主动上报 MCU 资源占用分析
- ISR 层不受 TX 阻塞影响 (TMR0/TMR1 独立运行) - @9600 活动态 TX 阻塞 45ms (30% CPU), 余量 55ms/150ms → 可行但临界 - @19200 TX 阻塞减半至 22ms (15% CPU) → 推荐 - RAM 增量 <170B, Flash 增量 ~8.5KB - 优化建议: 提高波特率 / TX FIFO 成组填充 / 间隔参数可配
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@@ -0,0 +1,248 @@
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# DLD154Pro Modbus 主动上报 — MCU 资源占用分析
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> CH591R RISC-V @60MHz | 18KB RAM | BLE + 单路线圈 + RS485
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## 1. 系统并发任务概览
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│ ISR 层 (抢占式, 不受主循环阻塞影响) │
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│ │
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│ TMR0 捕获 ISR ──── 线圈频率测量 (每周期触发) │
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│ TMR1 5ms ISR ──── 50ms tick / 继电器 / LED / PWM │
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│ UART0 RX ISR ──── RS485 接收缓冲 │
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│ BLE RF ISR ──── 蓝牙链路层 │
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│ 主循环 (round-robin, 被 rs485_send 阻塞时可暂停 45ms) │
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│ │
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│ TMOS_SystemProcess() ── BLE 协议栈调度 │
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│ poll_dbn_ble() ── BLE 数据收发 │
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│ cjq_srv() ── 线圈算法 / 进出车检测 │
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│ opt_input_poll() ── 光耦防抖 / 状态机 │
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│ modbus_poll() ── Modbus 帧处理 + 主动上报 TX │
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└──────────────────────────────────────────────────────┘
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**关键事实**: ISR 层永远不受 `rs485_send` 阻塞影响。线圈捕获/继电器输出/光耦消抖（TMR1 部分）在中断上下文运行，实时性有保证。
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## 2. CPU 时间预算分析
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### 2.1 中断负载 (固定开销，不可压缩)
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| 中断源 | 频率 | 单次耗时 | CPU 占比 |
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| TMR0 捕获 | ~60 kHz (50–120 kHz 线圈) | ~25 cycles | **~2.5%** |
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| TMR1 5ms | 200 Hz | ~200 cycles (含 PWM 呼吸) | ~0.07% |
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| UART0 RX | 主机轮询时偶发 | ~50 cycles | 可忽略 |
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| BLE RF | 连接维护 ~30ms 间隔 | ~500 cycles | ~0.03% |
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| **ISR 合计** | | | **~2.6%** |
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> TMR0 捕获 ISR 是最重的固定负载。线圈频率越高，中断越密。
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### 2.2 主循环 (正常状态，无主动上报 TX)
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| 任务 | 单次耗时 | 说明 |
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| TMOS_SystemProcess | ~1.5 ms | BLE 协议栈 (底层在 ISR，这里是调度) |
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| poll_dbn_ble | ~0.5 ms | 无待发数据时快速返回 |
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| cjq_srv | ~1.0 ms | CAP_OK 触发时跑 vd1_task (IIR+基线+检测) |
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| opt_input_poll | ~0.3 ms | 3 样本多数表决 + 状态机分支 |
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| modbus_poll (RX only) | ~0.1 ms | 检查缓冲 + CRC 校验 |
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主循环一次约 **3.4 ms**。两次 CAP_OK 间隔 ~8.74ms，主循环约跑 2.5 次/测量窗，时间充裕。
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### 2.3 主动上报 TX 阻塞时间
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`rs485_send` 是逐字节忙等的：
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```c
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for (i = 0; i < len; i++) {
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while (R8_UART0_TFC != 0); // ← 等 TX FIFO 全空 (→ 等上一个字节发完)
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R8_UART0_THR = data[i]; // 写 1 字节到 FIFO
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}
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```
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UART0 TX FIFO 容量 8 字节，但代码**不等 FIFO 有空间就写满 8 字节**，而是每写 1 字节就等 FIFO 全空。这意味着每字节都经历完整的 1.04ms 传输等待。
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| 帧类型 | 字节数 | 传输时间 @9600 | 传输时间 @19200 | 传输时间 @38400 |
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| 全数据块上报 (FC 0x04) | 43B | **44.8 ms** | 22.4 ms | 11.2 ms |
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| 异常响应 | 5B | 5.2 ms | 2.6 ms | 1.3 ms |
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| 写回显 | 8B | 8.3 ms | 4.2 ms | 2.1 ms |
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### 2.4 主动上报各速率下的 CPU 占用
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**150ms 活动间隔 (最坏情况)**:
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每 150ms 窗口:
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TX 阻塞 44.8 ms ← rs485_send(43B)
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主循环正常计算 ~50 ms ← 150 - 44.8 - 余量
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可用于 BLE/算法 ~55 ms ← 剩余预算
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主循环 CPU 占比: (44.8 + 50) / 150 = 63%
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其中 TX 阻塞占比: 44.8 / 150 = 30%
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**800ms 空闲间隔**:
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TX 阻塞占比: 44.8 / 800 = 5.6%
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主循环 CPU 占比: ~30%
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**继电器翻转事件 (立即上报)**:
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TX 阻塞 44.8ms，单次冲击。翻转频率低（最多每秒数次进出车），不构成持续负载。
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## 3. 关键风险点
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### 3.1 ⚠️ 主循环阻塞 45ms 期间的影响
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`rs485_send` 阻塞期间，以下主循环任务被暂停：
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| 任务 | 影响 | 严重程度 |
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| **cjq_srv** (线圈算法) | CAP_OK 积压 ~5 次 (45ms ÷ 8.74ms)。恢复后主循环逐次消化，算法不丢数据，但响应延迟 +45ms | 🟡 轻微 |
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| **opt_input_poll** (光耦) | 防抖采样暂停 45ms。光耦输入若在此期间变高又变低，可能丢失 <45ms 的短脉冲 | 🟡 轻微 |
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| **TMOS_SystemProcess** (BLE) | BLE 协议栈调度延迟 45ms。连接监控超时通常 ≥2s，**不受影响** | 🟢 安全 |
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| **modbus_poll** (RX) | 主机若在 TX 期间发来命令，UART ISR 正常收进缓冲，TX 结束后才处理 → 响应延迟 +45ms | 🟡 轻微 |
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### 3.2 ✅ 不受影响的部分
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| 机制 | 原因 |
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| 继电器输出 | TMR1 ISR (5ms) 独立运行，不经过主循环 |
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| 线圈频率测量 | TMR0 捕获 ISR 独立运行 |
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| 光耦复位 (模式 6) | `opt_input_poll` 中的复位逻辑暂停 45ms，但 400ms 的复位门槛远大于阻塞时间 |
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| UART 接收 | ISR 独立填充 `_rx_buf` |
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### 3.3 🟢 结论
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**@9600 波特率，150ms 主动上报可行。** 30% TX 阻塞是临界值——主循环仍有 ~55ms/150ms 的余量处理线圈算法和 BLE。不会丢检测事件，不会断蓝牙，继电器输出不受影响。
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## 4. RAM 占用
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### 4.1 新增静态变量 (BSS)
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| 变量 | 大小 | 说明 |
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| `_auto_rpt_enable` | 1B | 主动上报使能标志 |
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| `_active_threshold` | 2B | 活动阈值 |
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| `_rpt_last_ms` | 4B | 上次上报时刻 |
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| `_rpt_active` / `_rpt_hyst_cnt` | 2B | 速率状态机 |
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| `_last_relay_off_10ms` | 4B | 继电器释放时刻 |
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| `_last_relay_on_10ms` | 4B | 继电器吸合时刻 |
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| `_last_relay_state` | 1B | 继电器边沿检测 |
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| `_misc_time_type` | 2B | 时间类型 |
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| `_misc_time_value` | 4B | 时间值 10ms |
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| `_relay_engage_cnt` | 4B | 继电器累计次数 |
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| **合计** | **28B** | |
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### 4.2 栈峰值
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| 调用链 | 栈占用 |
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| `modbus_poll()` 局部变量 | ~20B |
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| → `send_full_data()` 局部 buf[43] | 43B |
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| → `build_full_data()` 局部 buf[38] + 临时变量 | ~60B |
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| → `rs485_send()` 局部变量 | ~10B |
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| → `crc16()` 局部变量 | ~4B |
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| **调用链合计** | **~140B** |
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> 加中断嵌套预留 ~200B，栈峰值约 **350B**。CH591R 默认栈 2KB（可配置），余量充足。
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### 4.3 总体 RAM
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| 项目 | 大小 |
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| 新增 BSS | 28B |
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| 栈峰值增量 | ~140B (Modbus 调用链) |
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| CRC16 表 | 512B (const → Flash，不计 RAM) |
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| **RAM 增量** | **~170B** |
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CH591R 共 18KB RAM（含 BLE 协议栈 + 应用），Modbus 模块新增 < 1%。
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## 5. Flash 占用
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| 文件 | 大小 |
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| `rs485_modbus.c` | ~8.5 KB |
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| `rs485_modbus.h` | ~2.2 KB |
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| `rs485_700bs.c` 增量 (去 static) | ~0 |
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| `peripheral_main.c` 增量 (分派) | ~20B |
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| **合计** | **~8.5 KB** |
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CH591R Flash: 256KB (应用区 28KB 或 18KB，取决于 OTA 配置)。增量约占应用区 30%（28KB 配置）或 47%（18KB 配置）。**18KB OTA 配置下偏紧**。
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## 6. 优化建议
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### 6.1 提高波特率 (影响最大)
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| 波特率 | TX 阻塞 (43B) | 活动态 CPU 占比 | 改善 |
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|--------|--------------|----------------|------|
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| 9600 | 44.8 ms | 30% | 基线 |
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| **19200** | **22.4 ms** | **15%** | **↓50%** |
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| 38400 | 11.2 ms | 7.5% | ↓75% |
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| 115200 | 3.7 ms | 2.5% | ↓92% |
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> **建议**: 开启主动上报时，波特率至少用 19200。CH591R UART0 支持到 6 Mbps，硬件无瓶颈。
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### 6.2 优化 TX FIFO 利用率 (代码级)
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当前每字节等 FIFO 全空，改为填充 8 字节后再等：
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```c
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void rs485_send_fast(const uint8_t *data, uint8_t len) {
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RS485_RE_TX();
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mDelayuS(100);
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uint8_t i = 0;
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while (i < len) {
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uint8_t space = 8 - R8_UART0_TFC; // FIFO 剩余空间
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uint8_t chunk = (len - i < space) ? (len - i) : space;
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for (uint8_t j = 0; j < chunk; j++)
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R8_UART0_THR = data[i + j];
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i += chunk;
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if (i < len)
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while (R8_UART0_TFC >= 8); // 等至少 1 字节空间
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}
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while (R8_UART0_TFC != 0);
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mDelayuS(500);
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RS485_RE_RX();
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}
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```
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效果：不减少总 TX 时间（波特率决定），但减少忙等循环次数 43→6 次，降低指令开销。
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### 6.3 活动上报间隔可调
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当前硬编码 150ms/800ms。可考虑通过 HR 寄存器暴露间隔参数，让主机根据场景调优。
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## 7. 总结
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| 维度 | 评估 | 说明 |
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| **实时性** | ✅ 安全 | ISR 层不受 TX 阻塞影响；主循环延迟 45ms 可接受 |
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| **CPU** | 🟡 @9600 临界 | 活动态 30% TX 阻塞，主循环仍有 55ms 余量 |
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| **CPU** | 🟢 @19200 充裕 | 活动态 15% TX 阻塞，余量充足 |
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| **RAM** | 🟢 充裕 | 增量 < 170B, < 1% 总 RAM |
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| **Flash** | 🟡 18KB OTA 配置偏紧 | 增量 ~8.5KB，占应用区 47% |
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| **BLE** | 🟢 安全 | 45ms 远小于连接超时 (≥2s) |
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| **线圈检测** | 🟢 安全 | TMR0/TMR1 ISR 独立，不丢边沿 |
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