docs: BLE+Modbus 双通道并发资源分析

关键发现:
- BLE TX 不阻塞CPU (CH59x 射频DMA自主发送), Modbus TX 阻塞4.3ms
- 两者使用不同硬件 (2.4GHz RF vs UART0), 无资源冲突
- BLE RF ISR 优先级最高, 可抢占 rs485_send 忙等 → BLE连接不中断
- 双通道全开 CPU 44.5%, 余量55%
- 同一迭代最坏: BLE准备(2ms) + Modbus TX(4.3ms) = 6.3ms
- 两者事件触发同源(继电器翻转), 在同一迭代内顺序处理
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wangfq
2026-07-30 18:06:53 +08:00
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commit 25401c5cf3
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@@ -0,0 +1,181 @@
# BLE 动态上报 + Modbus 主动上报 并发场景 — MCU 资源占用分析
> 场景:蓝牙小程序开启动态上报,同时 RS485 Modbus 主动上报使能
> 波特率:115200 (Modbus) | BLE 连接间隔:3050ms(手机协商)
---
## 1. 关键架构差异:BLE 不阻塞 vs Modbus 阻塞
```
┌─────────────────────────────────────────────────────┐
│ BLE 动态上报 │
│ ┌─────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ poll_dbn_ble() → report_sens_acs() │ │
│ │ → usart_packet_processing_acs_loop() │ │
│ │ → 准备 BLE 缓冲区 (1–2ms,纯内存操作) │ │
│ │ → 通知 BLE 栈 "有数据要发" │ │
│ │ → 返回(不阻塞) │ │
│ └─────────────────────────────────────────────┘ │
│ │
│ TMOS_SystemProcess() → BLE 栈调度 │
│ ┌─────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ BLE RF ISR → DMA 搬数据 → 2.4GHz 无线发送 │ │
│ │ (硬件自主,CPU 不参与传输) │ │
│ └─────────────────────────────────────────────┘ │
│ │
├─────────────────────────────────────────────────────┤
│ Modbus 主动上报 │
│ ┌─────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ modbus_poll() → send_full_data() │ │
│ │ → rs485_send(43B) │ │
│ │ → 逐字节 while(FIFO空) 忙等 │ │
│ │ → 4.3ms CPU 锁死 │ │
│ └─────────────────────────────────────────────┘ │
└─────────────────────────────────────────────────────┘
```
**BLE 传输不占用 CPU**——CH59x 的 BLE 硬件用 DMA 把数据从 RAM 搬到 RF FIFOCPU 只需准备缓冲区。Modbus UART 没有 DMACPU 逐字节忙等。
---
## 2. 两者"同时开火"的最坏情况
BLE 事件上报和 Modbus 事件上报的触发点是同一个:**继电器翻转**。
```
cjq_srv() 检测到进车
→ loop1_VD_FLAG = 1
→ g_loop_acs_info.flag_event = 1 ← BLE 事件触发
→ relay1_state 翻转 ← Modbus 事件触发
```
同一个主循环迭代内:
```
Main_Circulation:
TMOS_SystemProcess() ~1.5ms
poll_dbn_ble()
→ report_sens_acs()
→ flag_event == 1
→ usart_packet_processing_acs_loop(1) ~2ms ← BLE: 准备缓冲区
cjq_srv() ~1ms
opt_input_poll() ~0.3ms
modbus_poll()
→ modbus_report_schedule()
→ relay 翻转!
→ send_full_data() 4.3ms ← Modbus: CPU 忙等 TX
─────────────────────────────────────────
本次迭代总耗时: ~9.1ms
```
9.1ms 接近但小于 CAP_OK 测量窗 (8.74ms),在临界线上——最多积压 1 次 CAP_OK。
---
## 3. 持续负载量化
### 3.1 每秒 CPU 时间分解
| 任务 | 频率 | 单次 | 每秒 CPU |
|------|------|------|---------|
| 主循环基础 (TMOS+poll+cjq+opto) | ~114次/s (每个 CAP_OK) | 3.4ms | **388 ms/s** |
| BLE 事件上报 | ~4次/s (2进2出) | 2ms | **8 ms/s** |
| BLE 周期上报 | ~1.7次/s (600ms) | 2ms | **3 ms/s** |
| Modbus 活动 TX | ~6.7次/s (150ms) | 4.3ms | **29 ms/s** |
| Modbus 事件 TX | ~4次/s | 4.3ms | **17 ms/s** |
| **合计** | | | **445 ms/s (44.5%)** |
### 3.2 与纯 Modbus 对比
| 场景 | CPU 占比 | 增量 |
|------|---------|------|
| 仅线圈检测 (无任何上报) | ~39% | 基线 |
| + Modbus 主动上报 | ~42% | +3% |
| + BLE 动态上报 | **~45%** | +3% |
| 余量 | **55%** | 🟢 |
---
## 4. BLE 周期上报的间隔细节
```c
// TMR1 ISR (每 5ms):
if (g_dbn_ble_state_acs_enable.enable)
g_loop_acs_info.report_counter++;
// poll_dbn_ble (主循环):
if (g_loop_acs_info.report_counter >= 120) // 120 × 5ms = 600ms
usart_packet_processing_acs_loop(0); // 周期上报
```
BLE 周期 600msModbus 活动 150ms/空闲 800ms,两者不同步——大部分时间不会在同一迭代中同时触发。
---
## 5. 极限压测:连续进出车 + 双通道全开
```
每秒 2 辆车进出 (4 次继电器翻转):
BLE 事件 TX × 4 = 8 ms
Modbus 事件 TX × 4 = 17 ms
Modbus 活动 TX × 7 = 29 ms
BLE 周期 TX × 2 = 3 ms
cjq_srv × 114 = 388 ms
─────────────────────────
合计 445 ms/s (44.5% CPU)
```
**结论:55% CPU 余量,远未触及瓶颈。**
---
## 6. 真正的瓶颈是什么?
不是 CPU,是 **Modbus TX 期间的 BLE 连接维护**
BLE 连接需要定期交换链路层包(Connection Event)。连接间隔由手机端协商,通常 30–50ms。
```
Time: 0 10 20 30 40 50 ms
BLE: [CE] [CE] [CE] ← 每 30ms 一次
Modbus: [══ TX 4.3ms ══] ← 阻塞期
```
BLE Connection Event 在 ISR 上下文中处理——**射频 ISR 优先级高于主循环**。即使 Modbus TX 正忙等在 UART FIFO 上,BLE ISR 仍能抢占 CPU 完成连接维护。
CH59x 中断优先级:
```
RF (BLE) > TMR0 (线圈) > TMR1 (5ms) > UART0 > 主循环
↑ ↑
抢占一切 被所有人抢占
```
**BLE RF ISR 可以抢占 rs485_send 的忙等循环**。BLE 连接不会因 Modbus TX 断开。
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## 7. 内存压力
| 缓冲区 | 大小 | 用途 |
|--------|------|------|
| BLE notify buffer | ~200B | `g_notify_buftemp` — BLE 上报数据暂存 |
| BLE response buffer | ~200B | `g_buf_ble_response` — 命令响应 |
| Modbus TX buffer (栈) | 43B | `send_full_data` 局部变量 |
| Modbus data buffer (栈) | 255B | `handle_read_*_regs` 响应组装 |
| RX buffer | 16B | `_rx_buf` (与 700BS 共享) |
BLE 和 Modbus 使用独立的缓冲区,不共享、不竞争。栈峰值约 350B(Modbus 调用链最深),BLE 用全局缓冲。
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## 8. 总结
| 维度 | 评估 | 说明 |
|------|------|------|
| **CPU** | 🟢 充裕 | 双通道全开 44.5%,余量 55% |
| **BLE 连接** | 🟢 安全 | RF ISR 优先级最高,可抢占 Modbus TX |
| **线圈检测** | 🟢 安全 | 最坏迭代 9.1ms,积压 ≤1 次 CAP_OK |
| **硬件冲突** | 🟢 无 | BLE=2.4GHz RF+DMAModbus=UART0,不同外设 |
| **内存** | 🟢 充裕 | 独立缓冲,栈增量可忽略 |
| **TX 叠加** | 🟢 轻微 | BLE 不阻塞,Modbus 4.3ms,同一迭代 BLE+Modbus = 6.3ms |