DCU_APP/GD32E508_DCU_APP/device/usart0.cpp

/**
 * @file usart0.cpp
 * @brief USART0 串口模块实现与 printf 重定向。
 */

#include "main.h"
#include "device/usart0.h"
#include "sys/config.h"
#include "sys/critical.h"
#include "sys/cpu_load.h"

uint8_t           Usart0::s_txBuf[Usart0::kTxBufSize];
volatile uint16_t Usart0::s_txHead = 0U;
volatile uint16_t Usart0::s_txTail = 0U;
volatile uint32_t Usart0::s_txDropped = 0U;

/**
 * @brief 计算发送环形缓冲区中的下一个索引。
 * @param[in]  idx 当前索引值。
 * @param[out] 无。
 * @retval uint16_t 返回环形缓冲区中的下一个索引。
 */
uint16_t Usart0::nextIndex(uint16_t idx)
{
    return (idx + 1U) % kTxBufSize;
}

/**
 * @brief 判断 USART0 发送缓冲区是否为空。
 * @param[in]  无。
 * @param[out] 无。
 * @retval bool true 表示发送缓冲区为空，false 表示仍有待发数据。
 */
bool Usart0::isBufferEmpty()
{
    return s_txHead == s_txTail;
}

/**
 * @brief 在临界区内直接轮询 TBE 发出一个字节，腾出一个缓冲槽位。
 * @param[in]  无。
 * @param[out] 无。
 * @retval bool true 表示成功发出一字节（s_txTail 已前进），false 表示等待 TBE 超时。
 * @note      调用者必须已持有临界区：USART0 中断为 preempt=3，已被 BASEPRI 屏蔽，
 *            故此处独占 s_txTail，不会与 onInterrupt() 取到同一字节。
 *            走轮询而非等中断，因此在中断上下文里调用 printf 也不会死锁。
 */
bool Usart0::drainOneByteLocked()
{
    if(isBufferEmpty()) {
        return false;
    }
    uint32_t spin = kTbeSpinMax;
    while(usart_flag_get(USART0, USART_FLAG_TBE) == RESET) {
        if(--spin == 0U) {
            return false;   /* USART 未在发送（外设异常/时钟丢失），交由调用者计丢弃 */
        }
    }
    usart_data_transmit(USART0, s_txBuf[s_txTail]);
    s_txTail = nextIndex(s_txTail);
    return true;
}

/**
 * @brief 向 USART0 发送缓冲写入一个字符，缓冲满时自旋腾位而非丢弃。
 * @param[in]  ch 待发送字符。
 * @param[out] 无。
 * @retval bool true 表示成功写入发送缓冲，false 表示 USART 异常导致该字节被丢弃。
 * @note      正常路径仍是"入队 + 使能 TBE 中断"的非阻塞发送。仅在缓冲写满时
 *            （3M 波特率下 init 阶段诊断突发写入会写满）就地轮询发出一字节腾位，
 *            以字节级背压换取日志完整——旧版此处静默丢弃且 putChar 忽略返回值，
 *            实测使 [ECAT] 诊断出现 "bus eaabled"/"pdi_type=0x8Dexect" 等掉字，
 *            曾导致 LAN9252 故障被两次误定性，故日志完整性优先于此处的等待开销。
 *            仅当 USART 外设本身不发送时才真正丢弃并累加 s_txDropped。
 */
bool Usart0::putCharNonBlocking(int ch)
{
    uint32_t save = RT_CRITICAL_SAVE();
    uint16_t next = nextIndex(s_txHead);
    if(next == s_txTail) {
        /* 缓冲已满：就地发出最老的一字节腾出槽位，失败则说明 USART 真的没在发。 */
        if(!drainOneByteLocked()) {
            ++s_txDropped;
            RT_CRITICAL_RESTORE(save);
            return false;
        }
        next = nextIndex(s_txHead);
    }

    s_txBuf[s_txHead] = static_cast<uint8_t>(ch);
    s_txHead = next;
    usart_interrupt_enable(USART0, USART_INT_TBE);
    RT_CRITICAL_RESTORE(save);
    return true;
}

/**
 * @brief 将字符写入 USART0 发送环形缓冲。
 * @param[in]  ch 待发送字符。
 * @param[in]  f  标准流指针，实际未使用。
 * @param[out] 无。
 * @retval int 返回待发送字符值。
 * @note      当前采用非阻塞写入策略；若缓冲已满则丢弃该字符但仍返回原字符值。
 */
int Usart0::putChar(int ch, FILE *f)
{
    (void)f;
    (void)putCharNonBlocking(ch);
    return ch;
}

/**
 * @brief USART0 中断处理入口。
 * @param[in]  无。
 * @param[out] 无。
 * @retval    无返回值。
 * @note      处理发送缓冲区的 TBE 中断驱动输出；当缓冲为空时自动关闭发送中断。
 */
void Usart0::onInterrupt()
{
    if(usart_interrupt_flag_get(USART0, USART_INT_FLAG_TBE) != RESET) {
        if(!isBufferEmpty()) {
            usart_data_transmit(USART0, s_txBuf[s_txTail]);
            s_txTail = nextIndex(s_txTail);
        } else {
            usart_interrupt_disable(USART0, USART_INT_TBE);
        }
    }
}

/**
 * @brief 配置 USART0 对应 GPIO 引脚。
 * @param[in]  无。
 * @param[out] 无。
 * @retval    无返回值。
 * @note      将 PA9 配置为复用推挽发送脚，将 PA10 配置为浮空输入接收脚，并使能 AF 时钟。
 */
void Usart0::configurePins()
{
    rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOA);
    rcu_periph_clock_enable(RCU_AF);
    gpio_init(GPIOA, GPIO_MODE_AF_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_9);
    gpio_init(GPIOA, GPIO_MODE_IN_FLOATING, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_10);
}

/**
 * @brief 初始化 USART0 外设与中断。
 * @param[in]  无。
 * @param[out] 无。
 * @retval uint8_t Usart0::InitFault 故障码（0=USART 已使能，CTL0.UEN 回读置位）。
 * @note      使用 `CONFIG_USART0_BAUDRATE` 配置串口参数，并使能 USART0 TBE 中断用于队列发送。
 */
uint8_t Usart0::init()
{
    rcu_periph_clock_enable(RCU_USART0);
    usart_deinit(USART0);
    usart_baudrate_set(USART0, CONFIG_USART0_BAUDRATE);
    usart_word_length_set(USART0, USART_WL_8BIT);
    usart_stop_bit_set(USART0, USART_STB_1BIT);
    usart_parity_config(USART0, USART_PM_NONE);
    usart_receive_config(USART0, USART_RECEIVE_ENABLE);
    usart_transmit_config(USART0, USART_TRANSMIT_ENABLE);
    usart_enable(USART0);
    nvic_irq_enable(USART0_IRQn, CONFIG_IRQ_PREEMPT_SPI_USART, 0U);
    return ((USART_CTL0(USART0) & USART_CTL0_UEN) != 0U) ? kFaultOk : kFaultNotEnabled;
}

/* ----- 中断入口 / printf 重定向的 C 包装 --------------------------- */
/**
 * @brief 标准库 fputc 重定向入口。
 * @param[in]  ch 待发送字符。
 * @param[in]  f  标准流指针。
 * @param[out] 无。
 * @retval int 返回待发送字符值。
 * @note      该 C 包装函数内部转调 `Usart0::putChar()`。
 */
extern "C" int fputc(int ch, FILE *f)       { return Usart0::putChar(ch, f); }

/**
 * @brief USART0 中断向量入口。
 * @param[in]  无。
 * @param[out] 无。
 * @retval    无返回值。
 * @note      该 C 包装函数内部转调 `Usart0::onInterrupt()`。
 */
extern "C" void USART0_IRQHandler(void)
{
    CpuLoad::isrEnter();
    Usart0::onInterrupt();
    CpuLoad::isrExit();
}