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N32WB031 基础工程开发日志

日期：2025-06-09 工程：H:\caiic_workspace\mothercup\embeddedSrc 目标芯片：N32WB031（国民技术 BLE SoC，Cortex-M0，64MHz，Flash 256KB，RAM 48KB）

1. 任务目标

基于 N32WB03x SDK V2.0.0 新建裸工程，实现：

  • UART 串口打印（printf 重定向）
  • 集成 FreeRTOS，构建实时多任务架构
  • GPIO 点灯（LED 周期翻转）
  • 引脚分配不得与 SWD 调试管脚冲突

2. 参考资料

资料 路径
SDK V2.0.0 nations-tec/N32WB03x_SDK_V2.0.0
器件包 nations-tec/N32WB03x_DFP.1.4.0.pack
用户手册 nations-tec/CN_UM_N32WB03X_Series_User_Manual_V1.5.pdf
硬件设计指南 nations-tec/CN_DG_N32WB03x_Series_Chips_Hardware_Design_Guide_V1.4.pdf
STB 开发板资料 nations-tec/N32WB031_STB_V1.3

参考例程：

  • 串口：projects/n32wb03x_EVAL/peripheral/USART/Printf
  • 点灯：projects/n32wb03x_EVAL/peripheral/GPIO/LedBlink
  • FreeRTOS：projects/n32wb03x_EVAL/application/FreeRTOS/FreeRTOS_ThreadCreation

3. 关键硬件结论

  • SWD 调试管脚：SWCLK=PA4，SWDIO=PA5（复位后默认 AF0）——本工程所有 GPIO 分配均避开这两个脚
  • STB 开发板板载 LED：LED1=PB0（跳线 J21）、LED2=PA6（跳线 J22），蓝色 LED，4.7K 限流
  • 串口排针 J3 已引出 PB6/PB7
  • 注意：PB8/PB9 默认接 32.768K 晶振；PB3 有下拉注意事项（手册 5.2.4）

4. 引脚分配表

功能 引脚 复用 说明
USART1_TX PB6 AF4 115200 8N1
USART1_RX PB7 AF4
LED1 PB0 GPIO 推挽输出 板载 D1
LED2 PA6 GPIO 推挽输出 板载 D2
SWDCLK PA4 AF0 调试占用，应用程序禁用
SWDIO PA5 AF0 调试占用，应用程序禁用

5. 工程结构

embeddedSrc/
├── app/
│   ├── main.c            # 入口：时钟更新 → USART 初始化+banner → LED 初始化 → 建队列/任务 → vTaskStartScheduler
│   ├── bsp_usart.c/.h    # USART1 初始化 + fputc 重定向（'\n' 前自动补 '\r'）
│   ├── bsp_led.c/.h      # LED1/LED2 初始化、on/off/toggle
│   ├── app_tasks.c/.h    # 3 个 FreeRTOS 任务 + 日志队列
│   ├── n32wb03x_it.c/.h  # NMI / HardFault 异常处理
│   └── FreeRTOSConfig.h  # heap 8KB，SVC/PendSV/SysTick 映射给 FreeRTOS port
├── MDK-ARM/
│   ├── embeddedSrc.uvprojx
│   └── embeddedSrc.uvoptx
└── docs/
    └── 开发日志.md（本文件）

SDK 源码（固件库、CMSIS、FreeRTOS V9.0.0、启动文件）以相对路径 ..\..\nations-tec\N32WB03x_SDK_V2.0.0 引用，不复制到工程内。

工程配置：器件 N32WB031，IROM 0x01000000 / 0x40000，IRAM 0x20000000 / 0xC000，MicroLIB，宏定义 N32WB03X, USE_STDPERIPH_DRIVER。

6. 实时多任务架构

使用 FreeRTOS 原生 API（xTaskCreate / vTaskDelay / xQueue），不用 cmsis_os 封装。

任务 功能 周期/触发 栈（字） 优先级
LedTask 翻转 LED1，向日志队列发送 LogMsg_t 500ms 128 2
LedTask2 翻转 LED2，向日志队列发送 LogMsg_t 1000ms 128 2
PrintTask xQueueReceive 阻塞取消息并 printf 队列驱动 256 3

生产者-消费者模型：LED 任务只负责投递消息，打印任务独占串口输出，避免多任务直接 printf 造成的输出交错。

调度相关：

  • SysTick 由 FreeRTOS port 接管（FreeRTOSConfig.h 中 xPortSysTickHandler → SysTick_Handler 映射），main 中不再手动 SysTick_Config
  • configTOTAL_HEAP_SIZE = 8*1024（48KB RAM 余量充足）

7. 编译验证

  • 工具链：Keil µVision5（D:\Keil_v5\UV4\UV4.exe，ARMCC V5.06 update 6）
  • 命令行：UV4.exe -b embeddedSrc.uvprojx -j0 -o build.log（工作目录 embeddedSrc/MDK-ARM）
  • 结果：0 Error(s), 0 Warning(s)
  • 体积：Code=8248 RO-data=724 RW-data=100 ZI-data=10532
  • 产物：Objects/embeddedSrc.axf、Objects/embeddedSrc.hex、bin/embeddedSrc.bin
  • 自查：全工程无 PA4/PA5 占用；SVC/PendSV/SysTick_Handler 无重复定义

8. 烧录与运行

  1. Keil 打开 embeddedSrc/MDK-ARM/embeddedSrc.uvprojx，F7 编译
  2. NS-LINK 接 SWD（PA4/PA5），F8 下载
  3. 串口助手接 PB6(TX)/PB7(RX)，115200 8N1
  4. 复位后预期输出：启动 banner + LED1 toggled, count = N / LED2 toggled, count = N 滚动日志

注意：未在真实硬件上运行验证。若 LED 不亮，检查 STB 板 J21/J22 跳线；若串口无输出，检查 J3 排针接线。

9. 后续计划

  • 板卡实测验证 LED 与串口日志
  • 按需接入 BLE 协议栈（SDK ble 例程为裸机 rwip_schedule 调度，与 FreeRTOS 架构需做整合设计）

日期：2026-09-01

10. UART DMA 发送 + 日志开关 + CLI 命令框架

10.1 DMA 可行性结论

N32WB031 具备 DMA 外设（5 通道），固件库支持 USART_EnableDMA 与通道重映射 （DMA_RequestRemap），USART1_TX 可映射到 DMA_CH1（参考官方例程 projects/n32wb03x_EVAL/peripheral/USART/DMA_Interrupt）。硬件支持，已实现 DMA 发送。

10.2 串口驱动扩展（bsp_usart）

  • TX 双通道并存：fputc 轮询发送保留给调度器启动前的 banner 与 PrintTask； 新增 bsp_usart_write_dma(buf, len) 走 DMA_CH1（每次发送重新 DMA_Init，轮询 DMA_FLAG_TC1 完成标志 + 等 USART_FLAG_TXC 移位寄存器排空），供 CLI 输出使用。
  • RX 新增 RXDNE 中断：USART1_IRQHandler（n32wb03x_it.c）→ bsp_usart_rx_isr_handler()， 字节经 xQueueSendFromISR 投递到 64 字节接收队列；应用侧用 bsp_usart_read_byte(ch, timeout_ms) 阻塞取字节。NVIC 优先级 = 3（最低，满足 configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY 约束）。
  • 新增 TX 互斥锁 bsp_usart_tx_lock/unlock：调度器未运行时为空操作； PrintTask 的整条 printf 与 CLI 的整段应答各持锁一次，避免 log 开启后两类输出字节级交错。

10.3 主动打印开关

app_tasks 新增 AppTasks_SetLogEnabled()/AppTasks_GetLogEnabled()，默认关闭。 LED 任务照常翻转，仅在开关打开时才向日志队列投递消息。运行时通过 CLI log on|off 切换，log 无参数查询当前状态。

10.4 CLI 框架（app_cli）

  • 独立任务 CliTask（栈 256 字，优先级 3），独占完成：行接收 → 解析 → 执行 → 应答， 应答全部走 DMA TX（cli_write/cli_printf，需显式带 \r\n）。
  • 命令表 CliCmd_t s_cmds[]（name/help/handler），新增命令只需在表中加一项。
  • 行结束符兼容 \r\n、\n\r、\r、\n 四种：首个 \r 或 \n 触发分发， 紧跟的互补字符被吞掉一次。支持退格（0x08/0x7F）编辑，行缓冲 64 字节，超长响铃。
  • 内置命令：help、version、log [on|off]、led <1|2> <on|off|toggle>。
  • 提示符 n32> ，空行仅重显提示符。

10.5 编译验证

  • UV4.exe -b embeddedSrc.uvprojx -j0 -o build.log：0 Error(s), 0 Warning(s)
  • 体积：Code=14712 RO-data=944 RW-data=112 ZI-data=10696（Flash/RAM 余量仍充足）
  • 新增源文件：app/app_cli.c/.h；uvprojx 的 FWLB 组加入 n32wb03x_dma.c
  • 烧录后预期：banner 之后出现 CLI ready. Type 'help' for commands. 与 n32> 提示符； 默认无 LED 滚动日志，log on 后恢复。
  • 注意：尚未上板实测，DMA 与中断路径需硬件验证。

日期：2026-09-01

11. 任务栈统一调整为 1024 字

  • 上板实测 DMA/CLI/日志开关运行正常后，4 个任务栈统一调整为 1024 字（4KB/任务）： LED_TASK_STACK / PRINT_TASK_STACK（app_tasks.c）、CLI_TASK_STACK（app_cli.c）。
  • 4 任务共 16KB 栈，超出原 8KB heap，故 configTOTAL_HEAP_SIZE 由 8KB 调至 20KB （含队列、TCB、空闲任务栈 128 字的开销）。
  • 编译：0 Error / 0 Warning；体积 Code=14712 RO-data=944 RW-data=112 ZI-data=22984， ZI 约占 48KB RAM 的 47%，余量充足。

日期：2026-09-01

12. CLI 增强：Ctrl+Z 关日志、Tab 补全、命令历史

均在 app_cli.c 的 CliTask 中实现：

  • Ctrl+Z（0x1A）：立即 AppTasks_SetLogEnabled(0) 关闭主动打印，打印 [log off] 并重绘当前输入行。用于 log 滚动刷屏时快速停止。
  • Tab（0x09）自动补全：仅补全行首命令名（已含空格则不动作）。唯一匹配则补全 并追加空格；多个匹配则先扩展公共前缀，无法扩展时列出候选并重绘输入行。
  • 命令历史：环形缓冲 8 条 × 64 字节（s_history），提交时去重（空行、与上一条 相同不入队）；上/下方向键（ESC [ A / ESC [ B 转义序列状态机解析）回翻历史， 越过最新一条回到空行。回翻采用"清行重绘"（\r + 提示符 + 空格擦除 + 重显）。
  • help 输出末尾附按键说明。
  • 编译：0 Error / 0 Warning；体积 Code=15688 RO-data=944 RW-data=112 ZI-data=23496。

日期：2026-09-01

13. CLI 提示符修改

  • 命令行提示符由 n32> 改为 caiic->（app_cli.c 中 CLI_PROMPT 宏）。
  • 编译：0 Error / 0 Warning；体积 Code=15692 RO-data=944 RW-data=112 ZI-data=23496。

日期：2026-09-01

14. 软件版本号 + sysinfo 系统信息命令

  • 新增 app/app_version.h：APP_FW_VERSION "V1.00.01"，启动 banner 与 version 命令均输出版本号。
  • 新增 CLI 命令 sysinfo：输出运行时间（tick/秒）、任务数、heap 总量/当前空闲/ 历史最小空闲，以及 vTaskList 任务表（名称/状态/优先级/栈高水位/编号， 栈单位为字）。vTaskList 行尾自带 \r\n，直接 DMA 输出。
  • FreeRTOSConfig.h 新增 configUSE_STATS_FORMATTING_FUNCTIONS 1（vTaskList 依赖，同时需要 configUSE_TRACE_FACILITY 1，已具备）。
  • 编译：0 Error / 0 Warning；体积 Code=16944 RO-data=1020 RW-data=112 ZI-data=23880。