nuttx实战项目：多路串口合并功能之七主app需求设计 - 详解

基于宏定义串口配置的转发与探测管理系统需求说明（含心跳上报）

1. 项目整体需求

本项目实现一个串口转发与设备管理程序，功能如下：

• 上位机通过 UART_MAIN 接收数据并解包，根据设备类型下发至 UART_DEVICE_A–D。
• 芯片通过 UART_DEVICE_A–D 接收设备数据，进行简单封包后通过 UART_MAIN 上传至上位机。
• 程序通过设备特征数据进行 设备初始化探测与后续热插拔管理。
• 探测线程在完成每次扫描后，统一上报设备状态心跳包。

2. 串口宏定义

通过宏配置各个串口设备路径：

#define UART_MAIN      "/dev/ttyS1"
#define UART_DEVICE_A  "/dev/ttyS2"
#define UART_DEVICE_B  "/dev/ttyS3"
#define UART_DEVICE_C  "/dev/ttyS4"
#define UART_DEVICE_D  "/dev/ttyS5"

3. 全局数据结构

结构体 port_device：

• 串口名称（从宏定义赋值）

• 串口文件句柄

• 设备 ID

  • 0：BIS
  • 1：Brain_O2
  • 2：Muscle
  • 3：Blood
  • 0xFF：未绑定设备

• last_rx_time：最后一次接收到消息的时间

4. 初始化流程

1. 主线程打开 UART_DEVICE_A–D，并保存句柄到 port_device 数组。

2. 主线程执行 初始化探测，绑定已连接设备。

3. 探测完成后：

   • 启动 探测线程，持续更新绑定关系与状态上报。
   • 主线程进入数据上报循环。

5. 探测与热插拔管理线程

探测线程每秒执行一次，流程如下：

1. 超时释放

   • 遍历所有已绑定端口，若 last_rx_time 超过 3s，则清除绑定。

2. 未绑定端口探测

   • 对 device_id == 0xFF 的端口：

     • 若有接收数据，按规则绑定。

     • 若 1.5s 内无数据，则发送一次探测包，等待 0.5s：

       • 收到数据 → 绑定（仅可能是 Brain_O2）。
       • 无数据 → 探测结束。

3. Brain_O2 保活

   • 若已绑定，则周期性发送探测包（1–2s 区间）。
   • 回复由接收线程处理，用于刷新 last_rx_time。

4. 心跳状态上报

   • 探测流程结束后，生成设备状态心跳包，上报至 UART_MAIN：

     [0xAA 0xAA 0xAA] [00 06] [0xFF] [0x00] [状态字节*4] [CRC] [0xFF 0xFF 0xFF]

     • 子类型：固定为 0x00（心跳）

     • 状态字节：4 个字节，对应 A–D 四个设备端口

       • 0x00：未连接
       • 其他值：连接的设备 ID

     • CRC：对子类型到状态字节累加校验

说明：这样，上位机可定期收到设备连接状态，确保对系统整体情况的可见性。

6. 主程序与线程分工

• 主程序

  • 初始化串口
  • 完成一次初始化探测
  • 启动探测线程
  • 负责设备上报

• 上位机接收线程

  • 接收 UART_MAIN 数据，校验 CRC 并转发至对应设备

• 设备接收线程

  • 接收设备数据并上传
  • 更新 last_rx_time
  • 对 Brain_O2 握手包回复：仅更新 last_rx_time

7. 数据格式说明

7.1 上位机发送数据格式

AA AA AA [数据长度(2B)] [设备ID] [数据] [CRC] FF FF FF

7.2 下行设备数据封包

AA AA AA [数据长度(2B)] [设备ID] [设备数据] [CRC] FF FF FF

7.3 设备状态心跳包格式

AA AA AA 00 06 FF 00 [状态字节*4] CRC FF FF FF

8. 设备特征与探测规则

• Brain_O2

  • 探测包：EF EF EF ... FE FE FE
  • 响应包：24B，前 6B EF EF EF 11 11 25，后 3B FE FE FE

• Muscle

  • 周期性 12B 数据，前 10B 固定

• Blood

  • 周期性 32B 数据，特征 [0]=FA,[1]=FA,[2]=FA,[7]=00,[8]=17,[29-31]=FB FB FB

• BIS

  • 周期性 2880B 数据，包含连续三个 0x66

9. 功能总结

• 串口多路转发（主机 ↔ 外设）
• 初始化探测 + 热插拔探测
• 设备超时释放与自动重新绑定
• 特殊设备（Brain_O2）保活机制
• 设备状态心跳上报（统一 4 设备状态）
• 上位机与外设的数据帧封装与校验
• 串口名通过 宏定义灵活配置