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vd960Air — Air8781P(Air780EPM) 4G 通信模块 LuatOS 工程

vd960DBN 车检器在有线网络失效时的 4G 兜底通道: UART <-> MQTT 桥。

1 系统架构

┌─────────────────┐  UART1 (115200)   ┌──────────────────────┐   MQTT 3.1.1   ┌──────────┐
│   vd960DBN      │  0x7F 帧字节流    │  Air8781P 整板        │  JSON          │  云平台   │
│  CH32V208       │ ◄───────────────► │  Air780EPM (LuatOS)   │ ─────────────► │  dld960  │
│  (车检器通信MCU) │  PB6=TX / PB7=RX  │  vd960Air 应用        │  dld960/{sn}/  │  主题族   │
└─────────────────┘                   └──────────────────────┘  {dev,srv}     └──────────┘
        ▲ 原有有线通道(UART2→Loop + ETH/MQTT) 仍保留, 4G 为兜底

• 上行: vd960DBN 组 JSON 帧 → UART1 → 4G 校验/拆帧 → MQTT publish dld960/{sn}/dev
• 下行: 4G 订阅 dld960/{sn}/srv → 收到 JSON → 组帧 → UART1 → vd960DBN
• JSON 命令面与《DLD960_IoT_MQTT协议》V1.10 完全一致,平台侧无感

2 协议设计决策(4G 是否需要单独协议?)

结论: 要,但以"适配协议"形式——命令面复用、网络类裁剪、4G 特有扩展,不出第二套业务协议。

层面	决策	理由
上行 JSON(initialize/loop_data/event_report/heartbeat/响应)	100% 复用主协议	平台按《DLD960_IoT_MQTT协议》统一收,有线/4G 双通道无差别
核心下行(report_config/pwd_verify/loop_param_/log_/ota_*/device_reset)	复用,4G 做 UART 透传	4G 只做桥,命令由 vd960DBN 处理,平台命令面不变
网络配置类(ssc_net_set/query、iot_net_set/query、iot_topic_set/query)	4G 通道不适用,返回 code=4	4G 接入网是运营商 SIM 网络,APN/主题由 4G 侧管,与 DBN 有线网络参数无关
4G 特有状态(SIM/信号/注册/IMEI/固件版本/链路状态)	新增命令(4G 侧自答,不进 UART)	平台需要区分"有线通/4G 通/都不通",4G 状态是兜底通道健康度关键
通道切换策略	新增	有线优先 / 4G 兜底 / 心跳超时切换,由 vd960DBN 侧决策(4G 上报自身可用性)

落地方式: 并入《DLD960_IoT_MQTT协议》主协议(用户决策 2026-08-31),新增 "4G 通道适配"章节,标注:

• 不支持的命令清单(ssc_net_* / iot_net_* / iot_topic_* 等,4G 通道返回 code=4)
• 新增 4G 特有命令(如 4g_status_query / link_status_report)
• 4G 特有字段(link 对象): 上行 JSON 顶层附加 link 字段,老平台忽略、新平台可管理 4G 通道
• UART 链路帧格式(本工程 §3)
• 与主协议共享的 JSON 结构,平台侧零改动

2.1 数据透传方案(方案 B,用户 2026-08-31 提出,列入 vd960DBN 计划)

核心思路: vd960DBN 做纯转发,不参与 4G 通道的 MQTT 协议解析。

上行: vd960Loop --0x7F帧(UART2)--> vd960DBN --原样转发(UART1)--> Air780 --MQTT--> 平台
下行: 平台 --MQTT--> Air780 --原样(UART1)--> vd960DBN --0x7F帧(UART2)--> vd960Loop

• 魔数分流(现成规则): UART1 收到 0x7F 帧 → 转发 UART2(Loop);0x8F 帧 → DBN 本地处理
• Air780 职责: 0x7F 帧解析状态机(Lua 版 lup_feed_byte,只切包不懂内容)+ MQTT 收发 + 帧封装
• vd960DBN 职责: UART2↔UART1 双向转发(复用 manage_dbn_ble_transparent 透传模式)
• 地感指令(0x7F 配置命令)下行零改造,协议原样

已定稿(用户决策 2026-08-31):

• ✅ 方案 B(原始帧透传)正式采用
• ✅ 4G 上报格式 = hex 封装(平台友好,参照 log_query records hex 风格)
• ✅ 0x7D 帧作废(2026-09-10 用户决策): 数据面走 0x7F 帧字节流透传;配置同步改用 0x8F 本机侧私有帧(与 BLE 同魔数,两端各自本地消费、不转发,见 §2.2)

待确认(影响定稿):

• 上行双通道策略: 默认 4G / 有线失效才走 4G / 双通道并存(呼应 §6 通道切换讨论)

2.1.1 hex 封装报文格式(协议更新说明 — 并入《DLD960_IoT_MQTT协议》4G 适配章节)

上行 frame_report(Air780 → 平台,每个 0x7F 帧一条):

{
  "msg_id": 123,
  "cmd": "frame_report",
  "ts": 1719000000,
  "data": { "frame": "7f00c0060102030405aabb" },
  "link": { "imei": "860012345678901", "iccid": "89860012345678901234", "csq": 23, "net": "4G" }
}

• data.frame: 0x7F 帧完整字节 hex(含魔数 0x7F/校验字节),小写
• 平台按《DLD960Loop_串口通信协议》解析 frame 内容(0xC0 传感 / 0x0C 响应 / 事件等)
• link: 4G 特有字段(§2.3),每条上行携带

下行 frame_cmd(平台 → Air780):

{
  "msg_id": 456,
  "cmd": "frame_cmd",
  "ts": 1719000100,
  "data": { "frame": "7f000809010203040506" }
}

• data.frame: 0x7F 帧(→ vd960Loop 地感指令)或 0x8F 帧(→ vd960DBN 本地配置)hex
• Air780 收到 → hex 解码 → 原始字节 → UART1 → vd960DBN 魔数分流(0x7F→UART2 / 0x8F→本地)
• 地感/设备响应仍经 frame_report 上行

协议更新说明清单(并入主协议时逐条落实):

1. 新增上行 frame_report + 下行 frame_cmd 两个命令(4G 通道专用)
2. 平台双通道格式差异说明: 有线通道 = 标准 JSON 业务命令(loop_data/event_report);4G 通道 = frame_report/frame_cmd(hex 帧透传)——平台须按通道区分解析
3. 4G 通道网络配置类命令不适用(ssc_net_* / iot_net_* / iot_topic_*,返回 code=4 或文档标注)
4. 链路层: 数据面 0x7F 帧字节流;0x8F 本机侧私有帧用于 DBN↔Air780 配置同步(§2.2)
5. 平台侧新增《DLD960Loop_串口通信协议》解析依赖(hex → 帧)

与方案 A(JSON 桥)对比:

对比项	方案 A: JSON 桥(此前设计)	方案 B: 原始帧透传(本次)
DBN 侧开发量	需 UART1 通道 + JSON 组包/解析 + MQTT 语义	纯转发,最小
Air780 侧职责	MQTT 壳 + JSON 透传	0x7F 帧切包 + MQTT + 封装
平台侧	收标准 JSON(与有线一致)	收 0x7F 帧/hex 封装(需解析《DLD960Loop_串口通信协议》)
地感指令下行	经 JSON 命令中转	原样透传,零改造
链路帧	0x7D 帧(2B LEN 装 JSON) — 已作废	0x7F 帧字节流 + 0x8F 配置同步帧(§3)

2.2 服务器参数配置链路(用户决策 2026-08-31,列入 vd960DBN 开发计划)

服务器参数(地址/端口/ClientID/账号密码/Topic)由小程序 BLE 蓝牙设置,经 UART1 同步到 Air780。(2026-09-10 定稿)

小程序 → BLE → vd960DBN(CH32V208) → UART1(0x8F 本机侧私有帧) → Air780 fskv 缓存

权威源规则: 配置权威源 = DBN 侧 flash(IOT_NET_INFO/IOT_Topic)。Air780 的 fskv 仅作启动缓存, 唯一合法写入者 = 收到的 DBN 配置帧;平台经 4G 下发配置一律拒绝(《DLD960_IoT_MQTT协议》§6.6 回 code=4)。

• vd960DBN 侧: BLE 写 0x13(SET_IOT_NET)/0x15(SET_IOT_TOPIC)/0x09(UPDATE_DEV_SERIAL) 成功后, ① 应答 Air780 的配置请求(拉取);② 链路可用时主动推送。命令复用 0x14(GET_IOT_NET)/0x16(GET_IOT_TOPIC), 载荷复用 set_response_iot_net/topic() 构造器 → 与 BLE 读响应逐字节同源(零新增序列化)
• Air780 侧: config.lua 值降级为出厂默认;上电先读 fskv 缓存立即连接,再拉权威值校准; 配置变化 → 断开重连重订阅。frame_parser.lua 增 0x8F 分支(本地消费,不转发); 配置读取从 require 期 local 改为重连时重读;fskv 仅在值变化时写入(littlefs 擦写磨损)
• DBN 不维护"待同步"标志位: 推送时链路不可用则等 Air780 下次拉取(无状态,天然自愈)
• 帧长上限: 0x8F 独立上限 260B(LEN 1B ≤255);0x7F 业务帧维持 70B —— 两侧帧缓冲需同步扩容
• 协议面: 《DLD960_IoT_MQTT协议》§6.9 4G 配置同步
• 好处: 现场换 4G 模块/重新配对时,参数随 BLE 一次配好,不依赖 Air780 单独刷脚本

2.3 4G 特有字段: link 对象(用户决策 2026-08-31)

上行 JSON(initialize / loop_data / event_report / heartbeat / 命令响应)注入:

{
  "msg_id": 1,
  "cmd": "loop_data",
  "ts": 1719000000,
  "data": { "...": "主协议原样" },
  "link": {
    "imei":   "860012345678901",
    "iccid":  "89860012345678901234",
    "imsi":   "460001234567890",
    "msisdn": "",
    "csq":    23,
    "net":    "4G"
  }
}

字段	来源	说明
imei	mobile.imei()	4G 模块 IMEI,设备唯一标识
iccid	mobile.iccid()	流量卡卡号,物联网卡管理识别用(卡商未写入 → 空串)
imsi	mobile.imsi()	IMSI(部分卡返回空)
msisdn	safe(mobile.number, 0)	手机号。⚠ Air780EPM 无 mobile.msisdn()(实测直接调用崩 VM), 官方 API 为 mobile.number(simid); 物联卡普遍无机号 → 通常空串
csq	mobile.csq()	信号强度 0-31(31 最强,99/255 无信号)
net	固定 "4G"	网络制式(预留扩展)

• 实现: link_info.lua 采集 + uart_app.lua 上行 json.decode → 注入 link → encode
• JSON 解析失败时原样转发,不阻塞上行
• 开关: config.lua CFG_LINK_ENABLE

3 UART 链路帧协议(定稿: 0x7F 业务帧 + 0x8F 本机侧私有帧)

原"设计稿 v0.2"(0x7D 帧 / 2B 大端 LEN / PAYLOAD 装 JSON ≤2048)已作废(2026-09-10 用户决策)。 实际采用 vd960DBN 侧既有帧布局的双魔数分流,不再自造第二套帧协议。

[0]=MAGIC  [1]=Addr  [2]=LEN(1B, =1+data)  [3]=CMD  [4..]=DATA  [-2]=XOR  [-1]=SUM
帧总长 = LEN + 5;  校验范围 = 从 Addr 起 2+LEN 字节(不含 MAGIC);  双向对称

魔数	用途	帧长上限
0x7F	业务帧: 转发 UART2(Loop),字节流透传	70B(Loop 协议)
0x8F	本机侧私有帧: 链路两端各自本地消费,不转发(DBN 私有指令 / 4G 配置同步)	260B
0x9F	OTA(既有)	既有

其他魔数: 丢弃 + 回找最近魔数 resync。

3.1 与 DBN↔Loop 0x7F 帧的对比(2026-08-31 代码核实)

vd960DBN 与地感 MCU 的串口逻辑(loop_uart_proto.c,UART2,0x7F 帧):

[7F][Addr][LEN(1B)][CMD][Value: LEN-1B][XOR][SUM]
状态机: IDLE(找0x7F) → HEADER → VALUE → CHECK → COMPLETE
接收:   UART2 RX DMA(uart2_dma_poll) 批量喂 lup_feed_byte()
校验:   XOR+SUM,从 Addr 起(不含 magic)

对比项	DBN↔Loop (0x7F)	DBN↔Air780 (0x8F 配置同步)
LEN 字段	1B,Value 0~64B(协议明确上限)	1B,LEN=1+data,帧 ≤260B(数据 ≤254B)
魔数	0x7F	0x8F
校验	XOR + SUM(从 Addr 起)	XOR + SUM(从 Addr 起,不含魔数) —— 与 0x7F 完全一致
状态机	IDLE→HEADER→VALUE→CHECK	同构(IDLE→HEAD→LEN→DATA→XOR→SUM)
用途	命令-响应短帧	本机侧配置同步(net 229B / topic 129B)

• 为什么配置同步不用 0x7F 帧: 其 LEN 1B 且 Loop 协议上限 70B,装不下 ClientID/密码/Topic 等长字段 → 0x8F 独立放宽到 260B;0x7F 纪律不变
• 状态机同构 + 校验统一 → 解析骨架可复用(注: UART1 用独立装配器实例,不可与全局 g_lup_parser 共用)
• ✅ 校验定稿为 XOR+SUM(2026-08-31 用户确认),与 0x7F 完全一致

4 文件结构

vd960Air/
├── main.lua              # 入口: 加载 config/mstick/看门狗/4G网卡/uart_app/app_iot/mqtt_main
├── config.lua            # 配置: MQTT 服务器(地址/端口/账号密码)/序列号/主题/UART/上报节奏/link 开关
├── mstick.lua            # 统一毫秒时基: 全局 mstick() 封装 mcu.ticks()(2026-09-10 新增)
├── frame_parser.lua      # ★ 0x7F 帧解析状态机(Lua 版 lup_feed_byte,IDLE→HEADER→VALUE→CHECK)
├── proto_conv.lua        # ★ 0xC0 传感帧 → loop_data + car_state/loop_state 沿检测
├── evt_queue.lua         # ★ event_report 队列 + ACK 状态机(16深/5s×3/跨重连同 msg_id)
├── clock.lua             # 设备时钟: report_config 校准 → 真实 Unix 秒(协议 §2.3)
├── app_iot.lua           # initialize(extra_info imei/iccid + link)/ heartbeat / poll 驱动
├── uart_app.lua          # UART1 接收 → frame_parser → 上行 JSON 发布;ACK 路由
├── link_info.lua         # 4G 链路信息采集(IMEI/ICCID/IMSI/MSISDN/CSQ)
├── netdrv_device.lua     # 网卡: 仅 4G(官方 netdrv_4g)
├── network_watchdog.lua  # 网络看门狗(官方原样)
├── tools/
│   ├── sim_frame_test.py # 帧协议参考验证(Python 1:1 复刻解析公式,字节级断言)
│   └── sim_load_test.lua # 离线加载+冒烟自检(lua5.3 + LuatOS API 桩,2026-09-10 新增)
└── mqtt/
    ├── mqtt_main.lua     # MQTT 客户端(连接成功 → initialize + 未决事件重发)
    ├── mqtt_receiver.lua # 下行分发: event_report ACK 路由 + report_config 时钟校准
    └── mqtt_sender.lua   # 上行队列 + publish(官方改造)

5 vd960DBN 对接要点

• vd960DBN 串口1: CH32V208 PB6(PB6=TX?)、PB7(RX),TTL 电平
• 波特率: 115200(官方 demo 默认;vd960DBN UART1 预留口速率待确认)
• vd960DBN 侧需要新增: UART1 帧收发 + JSON 组包/解析的"4G 通道"适配(与现有 TCP/MQTT 双栈并列的第三通道,见《DLD960_IoT_MQTT协议》4G 适配章节)
• 8N1,无流控(帧协议自带长度+校验,无需硬件流控)

6 决策记录 & 待确认清单

已决策(用户 2026-08-31)

• 波特率: UART1 默认 115200,后续如需再调(config.lua)
• dev_serial: 采用与有线通道同一序列号(Topic 族一致,平台认同一台设备);config.lua 配置,部署时与 vd960DBN 保持一致
• 4G 特有字段: 上行注入 link 对象(IMEI/ICCID/IMSI/MSISDN/CSQ),平台按 §2.3 解析
• 协议并入主协议: 4G 适配作为《DLD960_IoT_MQTT协议》章节,4G 特有部分(link 字段/不支持命令/4G 状态命令)单独标注
• 服务器参数配置链路: 当前由小程序 BLE 设置;vd960DBN 后续版本(列入计划)将 BLE 设置的服务器/topic 参数同步经 UART1 下发 Air780,Air780 存储更新配置(§2.2)
• 通道切换策略(暂定): 默认 4G 无线作为上报通道
• 方案 B(原始帧透传)采用 + 4G 上报格式 = hex 封装(frame_report/frame_cmd,§2.1.1;协议更新说明已列)

待讨论(通道切换策略,2026-08-31 用户提出)

• 动态自动切换 vs 人工设置: 有线通道失效时自动切 4G?还是由人工(拨码/小程序)指定通道?
  • 动态自动: 需 vd960DBN 检测有线通断(MQTT/TCP 心跳超时)→ 切 4G;回切策略(有线恢复后自动回切?)
  • 人工设置: 拨码/小程序固定通道,简单可控但现场需有人干预
  • 影响面: vd960DBN 侧决策逻辑 + Air780 侧角色(常驻 4G 上报 vs 备用唤醒)+ 平台侧通道标识
  • 待后续讨论定稿后更新本节

待确认(等开发文档/板级验证)

• vd960DBN UART1 帧格式(2026-09-10 定稿): 按 §3 —— 0x7F 业务帧字节流 + 0x8F 本机侧私有帧(原 0x7D 设计稿作废)
• dev_serial 获取方式: config 写死 vs UART 握手动态下发(当前 config 写死)
• MQTT 服务器(2026-09-10 定): 测试服 110.41.131.144:1883,明文(非 TLS),鉴权 admin/**** —— 实现: config.lua CFG_MQTT_HOST/PORT/USER/PASS,mqtt_main 取配置传入 mqtt:auth()
• 商用 MQTT 地址/端口、是否启用 TLS(1883 明文 / 8883 TLS)、账号权限
• 4G 特有命令清单(如 4g_status_query / link_status_report)是否纳入主协议 4G 章节
• 通道切换策略: 有线失效判定、4G 启用条件、回切策略
• 心跳: 4G 通道 heartbeat 间隔/内容是否与有线一致
• OTA: 4G 通道是否需要支持 Loop/DBN OTA(4G 下行分片经 UART 转发可行性)

7 开发计划(基于官方 demo/mqtt 骨架)

阶段	内容	状态
P0	工程骨架 + 帧协议 + MQTT 桥接 + link 注入	✅ 完成
P0.5	方案 C MVP: 0x7F 帧解析 + 0xC0→loop_data + 沿检测→event_report + ACK 状态机 + initialize/heartbeat + 时钟校准(2026-08-31)	✅ 代码完成,待板级
P0.5-fix	上电复位修复: config.lua 漏 return + mstick 时基 + MQTT 服务器/鉴权配置(2026-09-10)	✅ 已修,待板级复测
P1	下行命令转换(loop_param_/log_/ota_* 转 0x7F)+ 0x8F 配置同步(拉取+推送) + vd960DBN UART1 通道联调	⏳ 待板/待 vd960DBN 版本
P2	板级联调: 帧校验、背压、掉线重连、看门狗	⏳ 待板
P3	通道切换(策略待讨论)+ 脱机日志/OTA 走 4G	⏳ 规划

vd960DBN 侧开发计划(2026-08-31 用户确认列入):

• UART1(PB6/PB7)通道: 帧收发 + 魔数分流(0x7F → UART2 透传 / 0x8F → 本地) —— 已实现(d4d57f6 + c879ed0, 2026-09-10)
• UART2↔UART1 双向透传(方案 B): Loop 传感数据(0xC0)转发 Air780;4G 下行地感指令转发 Loop(复用 manage_dbn_ble_transparent 模式) —— 已实现(d4d57f6, 2026-09-10)
• BLE 设置服务器/topic 参数时(0x13/0x15/0x09 等),同步经 UART1 下发 Air780 配置 —— 协议已定稿(《DLD960_IoT_MQTT协议》§6.9),待两侧实现
• 通道切换策略(待讨论: 动态自动 vs 人工设置;暂定默认 4G)

8 板级问题修复记录

8.1 2026-09-10 上电反复复位(无法连接测试服务器)

现象: 模块上电后无法连接 MQTT 测试服务器;模块日志结尾:

[000000000.212] I/user.main vd960Air 001.999.000
[000000000.281] E/main Luat:
[000000000.281] E/main uart_app.lua:28: attempt to index a boolean value (local 'CFG')
[000000000.281] E/main Lua VM exit!! reboot in 15000ms

即 Lua VM 报错退出 → 15s 后自动重启 → 死循环,永远走不到 MQTT 连接。

根因(4 处叠加,第 1 处为致命):

#	问题	影响	修复
1	config.lua 末尾漏写 return	Lua 的 require 对无返回值模块返回 true,local CFG = require "config" 后访问 CFG.CFG_xxx → attempt to index a boolean value → VM 退出/复位	末尾 return _G(配置项本就是全局变量)
2	全工程 10 处调用 mstick(),但 LuatOS 无此 API(正确为 mcu.ticks())	走到即报 attempt to call a nil value (global 'mstick');波及 initialize/heartbeat/事件重发/时钟校准	新增 mstick.lua: 全局 mstick() = mcu.ticks() 封装(回退 os.time()*1000),10 处调用点零改动
3	MQTT 服务器仍是合宙官方测试服 lbsmqtt.airm2m.com:1884	连不到用户测试服	改为 110.41.131.144:1883
4	MQTT 鉴权用户名/密码硬编码为空串	测试服要求账号密码,匿名连接被拒	config.lua 增 CFG_MQTT_USER/PASS;mqtt_main 改为 auth(CLIENT_ID, CFG_MQTT_USER, CFG_MQTT_PASS, true)

验证方式: 新增离线自检 tools/sim_load_test.lua(lua5.3 + LuatOS API 桩 + 严格全局检查), 按 main.lua 真实顺序加载全部模块并冒烟调用关键函数 → 全部通过(16 项断言 + 8 项冒烟)。

教训:

• "语法正确" ≠ "能跑": luac -p 全绿,但"模块漏 return""调用了不存在的 API"这类问题只在运行时暴露 → 每次上板前先跑 sim_load_test.lua
• 新增 API 调用前先交叉核实 LuatOS 是否提供(如 mstick vs mcu.ticks()),不要"想当然"

基底来源: 合宙官方 Air780EPM demo/mqtt(main.lua / uart_app.lua / mqtt/* / network_watchdog / netdrv_device),MIT 许可。

2026-09-10 第二批: 修复后的下一处崩溃(link_info / mobile.msisdn)

背景: 第一批修复后, 模块成功注网并连上 MQTT(IP_READY 10.38.28.79 → conack nil nil → suback true 0), 随即在组装 initialize 报文时崩溃:

E/user.coroutine.resume link_info.lua:29: attempt to call a nil value (field 'msisdn')
  link_info.lua:29: in function 'link_info.get'
  app_iot.lua:34: in upvalue 'build_initialize'
  app_iot.lua:65: in function 'app_iot.on_connected'
E/main Lua VM exit!! reboot in 15000ms

根因: mobile.msisdn() 在 Air780EPM 上不存在。LuatOS 各固件的 API 面不一致, 字段不存在时 直接调用是"抛异常崩 VM"而非"返回 nil" —— 与 mstick() 同性质。官方手机号 API 是 mobile.number(simid)(见 demo/mobile/mobile_test.lua), 且物联网卡普遍无机号。

修复(防御性, 两层):

1. link_info.lua: 新增 safe(fn, ...) 助手(type(fn)=="function" 判断 + pcall), 所有 mobile.* 调用统一走它 → 字段缺失/调用异常一律返回 nil、不再抛出; msisdn 改用 safe(mobile.number, 0); csq 兼容 table 返回
2. app_iot.lua: 新增 get_link() 兜底(内部 pcall + 失败时返回全空 link 表), inject_link 与 build_initialize 均改用它 → link 采集失败绝不影响上行, 更不允许崩 VM

验证(含反向验证): tools/sim_load_test.lua 的 mobile 桩改为"只含官方 demo 证实存在的 API"(移除 msisdn)。 反向验证: 把 mobile.msisdn() 注射回代码 → 自检精确报 ✗ link_info.get() [link_info.lua:53: attempt to call a nil value (field 'msisdn')](exit 1); 还原后 exit 0。 → 该自检可拦住整类"API 面假设错误"。