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wangfq 2142674c3e refactor: Modbus 默认波特率 115200 + 资源分析重评估

分析结论 (115200 vs 9600):
- TX 阻塞: 4.3ms (曾 44.8ms) → 活动态 CPU 仅 +2.9%
- 主循环延迟 < 半个测量窗, 不影响线圈检测/光耦/BLE
- 从"临界可用"变为"完全充裕"

固件修复:
- rs485_init: 硬编码 RS485_BAUD → 使用 g_storage_uart_baud (flash 可配)
- 协议文档: Modbus 默认 115200
- DLD154Tool: 串口默认 115200

2026-07-30 17:39:27 +08:00

9.0 KiB

Raw Blame History

DLD154Pro Modbus 主动上报 — MCU 资源占用分析

CH591R RISC-V @60MHz | 18KB RAM | BLE + 单路线圈 + RS485 700BS 默认 9600 baud | Modbus 默认 115200 baud

1. 系统并发任务概览

┌──────────────────────────────────────────────────────┐
│ ISR 层 (抢占式, 不受主循环阻塞影响)                    │
│                                                      │
│  TMR0 捕获 ISR  ──── 线圈频率测量 (每周期触发)        │
│  TMR1 5ms ISR    ──── 50ms tick / 继电器 / LED / PWM │
│  UART0 RX ISR    ──── RS485 接收缓冲                  │
│  BLE RF ISR      ──── 蓝牙链路层                      │
│                                                      │
├──────────────────────────────────────────────────────┤
│ 主循环 (round-robin, 被 rs485_send 阻塞时可暂停 45ms) │
│                                                      │
│  TMOS_SystemProcess()  ── BLE 协议栈调度              │
│  poll_dbn_ble()        ── BLE 数据收发                │
│  cjq_srv()             ── 线圈算法 / 进出车检测        │
│  opt_input_poll()      ── 光耦防抖 / 状态机           │
│  modbus_poll()         ── Modbus 帧处理 + 主动上报 TX  │
└──────────────────────────────────────────────────────┘

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。

2. CPU 时间预算分析

2.1 中断负载 (固定开销，不可压缩)

中断源	频率	单次耗时	CPU 占比
TMR0 捕获	~60 kHz (50–120 kHz 线圈)	~25 cycles	~2.5%
TMR1 5ms	200 Hz	~200 cycles (含 PWM 呼吸)	~0.07%
UART0 RX	主机轮询时偶发	~50 cycles	可忽略
BLE RF	连接维护 ~30ms 间隔	~500 cycles	~0.03%
ISR 合计			~2.6%

TMR0 捕获 ISR 是最重的固定负载。线圈频率越高，中断越密。

2.2 主循环 (正常状态，无主动上报 TX)

任务	单次耗时	说明
TMOS_SystemProcess	~1.5 ms	BLE 协议栈 (底层在 ISR，这里是调度)
poll_dbn_ble	~0.5 ms	无待发数据时快速返回
cjq_srv	~1.0 ms	CAP_OK 触发时跑 vd1_task (IIR+基线+检测)
opt_input_poll	~0.3 ms	3 样本多数表决 + 状态机分支
modbus_poll (RX only)	~0.1 ms	检查缓冲 + CRC 校验

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。

2.3 主动上报 TX 阻塞时间

rs485_send 是逐字节忙等的：

for (i = 0; i < len; i++) {
    while (R8_UART0_TFC != 0);  // ← 等 TX FIFO 全空 (→ 等上一个字节发完)
    R8_UART0_THR = data[i];     // 写 1 字节到 FIFO
}

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。

帧类型	字节数	传输时间 @9600 (700BS)	传输时间 @115200 (Modbus)
全数据块上报 (FC 0x04)	43B	44.8 ms	4.3 ms
异常响应	5B	5.2 ms	0.5 ms
写回显	8B	8.3 ms	0.8 ms

2.4 主动上报各速率下的 CPU 占用

150ms 活动间隔:

每 150ms 窗口:
  TX 阻塞        4.3 ms  ← rs485_send(43B) @115200
  主循环正常计算  ~50 ms  ← 算法 + BLE + 光耦
  剩余预算       ~95 ms

主循环 CPU 占比: (4.3 + 50) / 150 = 36%
其中 TX 阻塞占比: 4.3 / 150 = 2.9%

800ms 空闲间隔:

TX 阻塞占比: 4.3 / 800 = 0.5%
主循环 CPU 占比: ~30%

继电器翻转事件 (立即上报):

TX 阻塞 4.3ms，单次冲击可忽略。

3. 关键风险点

3.1 ✅ 主循环阻塞 4.3ms 期间的影响 (@115200)

rs485_send 阻塞仅 4.3ms，不到半个 CAP_OK 测量窗 (8.74ms)。

任务	影响	严重程度
cjq_srv (线圈算法)	CAP_OK 最多积压 1 次。无实质延迟	🟢 无影响
opt_input_poll (光耦)	防抖采样暂停 4.3ms。光耦 3 样本防抖窗 ~30ms，不受影响	🟢 无影响
TMOS_SystemProcess (BLE)	延迟 4.3ms，BLE 连接超时 ≥2s	🟢 无影响
modbus_poll (RX)	主机命令响应延迟 +4.3ms	🟢 无影响

3.2 ✅ 不受影响的部分

机制	原因
继电器输出	TMR1 ISR (5ms) 独立运行，不经过主循环
线圈频率测量	TMR0 捕获 ISR 独立运行
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
UART 接收	ISR 独立填充 `_rx_buf`

3.3 🟢 结论

@115200 波特率，主动上报对系统几乎无影响。 TX 阻塞仅 4.3ms（不到半个测量窗），主循环 CPU 占比从 30% 小幅升至 36%，余量充裕。不会丢检测事件，不会断蓝牙，继电器输出不受影响。

4. RAM 占用

4.1 新增静态变量 (BSS)

变量	大小	说明
`_auto_rpt_enable`	1B	主动上报使能标志
`_active_threshold`	2B	活动阈值
`_rpt_last_ms`	4B	上次上报时刻
`_rpt_active` / `_rpt_hyst_cnt`	2B	速率状态机
`_last_relay_off_10ms`	4B	继电器释放时刻
`_last_relay_on_10ms`	4B	继电器吸合时刻
`_last_relay_state`	1B	继电器边沿检测
`_misc_time_type`	2B	时间类型
`_misc_time_value`	4B	时间值 10ms
`_relay_engage_cnt`	4B	继电器累计次数
合计	28B

4.2 栈峰值

调用链	栈占用
`modbus_poll()` 局部变量	~20B
→ `send_full_data()` 局部 buf[43]	43B
→ `build_full_data()` 局部 buf[38] + 临时变量	~60B
→ `rs485_send()` 局部变量	~10B
→ `crc16()` 局部变量	~4B
调用链合计	~140B

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。

4.3 总体 RAM

项目	大小
新增 BSS	28B
栈峰值增量	~140B (Modbus 调用链)
CRC16 表	512B (const → Flash，不计 RAM)
RAM 增量	~170B

CH591R 共 18KB RAM（含 BLE 协议栈 + 应用），Modbus 模块新增 < 1%。

5. Flash 占用

文件	大小
`rs485_modbus.c`	~8.5 KB
`rs485_modbus.h`	~2.2 KB
`rs485_700bs.c` 增量 (去 static)	~0
`peripheral_main.c` 增量 (分派)	~20B
合计	~8.5 KB

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。

6. 优化建议

6.1 波特率选择 (已解决)

Modbus 默认使用 115200 baud，TX 阻塞仅 4.3ms（2.9% CPU），不需要进一步优化。

波特率	TX 阻塞 (43B)	活动态 CPU 占比
9600	44.8 ms	30%
19200	22.4 ms	15%
115200	4.3 ms	2.9% ← Modbus 默认

700BS 保持 9600（协议兼容；心跳帧仅 9B，TX 阻塞 9.4ms，也不成问题）。

6.2 优化 TX FIFO 利用率 (代码级)

当前每字节等 FIFO 全空，改为填充 8 字节后再等：

void rs485_send_fast(const uint8_t *data, uint8_t len) {
    RS485_RE_TX();
    mDelayuS(100);
    uint8_t i = 0;
    while (i < len) {
        uint8_t space = 8 - R8_UART0_TFC;  // FIFO 剩余空间
        uint8_t chunk = (len - i < space) ? (len - i) : space;
        for (uint8_t j = 0; j < chunk; j++)
            R8_UART0_THR = data[i + j];
        i += chunk;
        if (i < len)
            while (R8_UART0_TFC >= 8);  // 等至少 1 字节空间
    }
    while (R8_UART0_TFC != 0);
    mDelayuS(500);
    RS485_RE_RX();
}

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。

6.3 活动上报间隔可调

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。

7. 总结

维度	评估	说明
实时性	✅ 安全	ISR 层不受 TX 阻塞影响；主循环延迟 4.3ms 可忽略
CPU	🟢 充裕	活动态 TX 阻塞仅 2.9%，主循环余量 >60%
RAM	🟢 充裕	增量 < 170B, < 1% 总 RAM
Flash	🟡 18KB OTA 配置偏紧	增量 ~8.5KB，占应用区 47%
BLE	🟢 安全	4.3ms 远小于连接超时 (≥2s)
线圈检测	🟢 安全	TMR0/TMR1 ISR 独立，不丢边沿

9.0 KiB Raw Blame History Unescape Escape