# 电力二次保护设备 CAN 自定义协议栈 v2.0

## 一、v2.0 变更说明

基于 v1.0 方案，吸收了以下核心改进：

| # | 改进项 | v1.0 | v2.0 |
|---|--------|------|------|
| 1 | **遥信编码** | 1-bit (0/1) | **2-bit DPS** (IEC 61850 双位置: 中间态/分/合/无效) |
| 2 | **遥测编码** | uint16 定点数 | **IEEE 754 float** (通用，无需转换系数) |
| 3 | **ID 优先级** | 目标地址在最高位 | **优先级类别(PRIO)在 bit28-26**，紧急报文优先胜出 |
| 4 | **定时 vs 突发** | 同一帧类型 | **分离**: PRIO_PERIODIC(周期) vs PRIO_BURST(突发) |
| 5 | **突发机制** | 直接发送 | **队列模式**: 应用层 push → 协议栈 drain → FD 批量打包 |
| 6 | **批次号** | 帧序号 | **bit7-0 批次号**: 接收方去重、检测丢帧 |
| 7 | **命令序列号** | 无 | **bit7-0 序列号**: 匹配请求与应答 |

---

## 二、v2.0 ID 编码方案

**CAN 仲裁规则**：ID 值越小，优先级越高。bit28 最先发送，权重最大。

```
 28  27  26 | 25  24  23  22  21  20  19 | 18  17  16  15  14  13  12 | 11  10   9   8 |  7   6   5   4   3   2   1   0
┌─────────────┬─────────────────────────────┬─────────────────────────────┬─────────────────┬─────────────────────────────────┐
│  PRIO (3bit) │  目标设备 DST_ADDR (7-bit)  │  源设备 SRC_ADDR (7-bit)   │  MSG_TYPE (4bit) │  批次号/序列号 SEQ (8-bit)       │
│  bit28-26    │  bit25-19                  │  bit18-12                  │  bit11-8         │  bit7-0                          │
└─────────────┴─────────────────────────────┴─────────────────────────────┴─────────────────┴─────────────────────────────────┘
```

### 优先级类别 PRIO (bit28-26)

| PRIO | 名称 | 最小 ID 范围 | 用途 |
|:---:|------|:---:|------|
| 000 | **紧急** | 0x00000000 | 保护动作信号、遥控直跳 — **最高优先级** |
| 001 | **突发** | 0x04000000 | 遥信变位(COS)、遥测越限 — 事件驱动 |
| 010 | **命令** | 0x08000000 | 遥控选择/执行、定值读写、遥调 |
| 011 | **对时** | 0x0C000000 | 广播对时、PTP 辅助 |
| 100 | **周期** | 0x10000000 | 定时遥信/遥测上送（主动总召） |
| 101 | **文件** | 0x14000000 | 文件传输/固件升级 — **最低业务优先级** |
| 110 | **管理** | 0x18000000 | 心跳、链路测试、版本查询 |
| 111 | **保留** | 0x1C000000 | 用户扩展 |

### 报文类型 MSG_TYPE (bit11-8) — 与 PRIO 组合使用

**过程数据类** (PRIO=周期 或 PRIO=突发):
| MSG_TYPE | 含义 |
|:---:|------|
| 0x0 | 遥信-定时 |
| 0x1 | 遥测-定时 |
| 0x2 | 遥信-突发 (COS/SOE) |
| 0x3 | 遥测-突发 (越限) |

**命令类** (PRIO=命令):
| MSG_TYPE | 含义 |
|:---:|------|
| 0x0 | 遥控-选择 |
| 0x1 | 遥控-执行 |
| 0x3 | 定值-写入 |
| 0x4 | 定值-召唤 (读取当前定值, addr=0xFFFF=召唤全部) |
| 0x6 | 命令ACK |
| 0x7 | 命令NAK |

**文件类** (PRIO=文件):
| MSG_TYPE | 含义 |
|:---:|------|
| 0x0 | 首帧 (含文件名/总段数/总长度) |
| 0x1 | 续帧 |
| 0x2 | 尾帧 (含 CRC32) |
| 0x5 | 文件召唤请求 (主站→从站: 请求上传文件) |
| 0x6 | 文件召唤就绪 (从站→主站: 文件存在, 即将发送) |
| 0x7 | 文件召唤拒绝 (从站→主站: 文件不存在等) |

### 批次号/序列号 SEQ (bit7-0)
- 过程数据: 批次号，每次发送递增 (0-255 循环)，**接收方用于去重和检测丢帧**
- 命令帧: 序列号，匹配 Request ↔ ACK/NAK
- 文件帧: 帧序号

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## 三、数据域格式 v2.0

### 3.1 遥信双位置 (2-bit DPS)

每字节打包 4 个遥信点：

```
Byte N: [点3.bit1][点3.bit0][点2.bit1][点2.bit0][点1.bit1][点1.bit0][点0.bit1][点0.bit0]

DPS 编码:
  00 = 中间态/不确定    01 = 分(OFF)
  10 = 合(ON)          11 = 无效/故障
```

定时遥信帧: `[起始地址(2B)] [位对数据(N字节)]` — FD 模式下可携带 248 个遥信点

### 3.2 遥测浮点 (IEEE 754)

每个遥测值 4 字节，IEEE 754 single-precision，大端序。

定时遥测帧: `[起始地址(2B)] [float(4B) × N]` — FD 模式下可携带 15 个遥测量

### 3.3 突发打包帧

突发遥信: `[点数(1B)] [地址(2B)+状态(1B)+时标ms(4B)] × N` — FD 模式每帧最多 **9 个点**

突发遥测: `[点数(1B)] [地址(2B)+浮点值(4B)+时标ms(4B)] × N` — FD 模式每帧最多 **6 个点**

### 3.4 定值帧 (浮点)

`[定值地址(2B)] [float值(4B)]` — 与遥测同样的 IEEE 754 格式

---

## 四、通讯机制

### 4.1 定时上送 (主动总召)

```
定时器触发 (每 500ms 扫描)
    │
    ├── 遍历 XML 配置，检查每个信号的 period_ms 是否到期
    ├── 到期信号通过回调获取当前值
    ├── 打包为 PRIO_PERIODIC 帧（低优先级，不抢占总线）
    └── 批次号递增，接收方可据此检测丢帧
```

### 4.2 突发上送 (事件驱动 + 队列打包)

```
应用层/中断:
    │ 检测到遥信变位或遥测越限
    │ can_protocol_push_yx_burst(addr, state, timestamp)
    │ can_protocol_push_yc_burst(addr, value, timestamp)
    ▼
   突发队列 (lock-free SPSC, 256 深度)

协议栈主循环 (每 5ms):
    │ can_protocol_flush_burst()
    ├── 从队列批量 pop
    ├── FD 模式: 尽可能打包多个点 (遥信9个/帧, 遥测6个/帧)
    ├── PRIO_BURST (高优先级，仅次于紧急)
    └── 短时间内排空队列
```

### 4.3 遥控 (选择-返校-执行)

不变，但使用 PRIO_COMMAND + MSG_CMD_YK_* 编码，命令序列号匹配请求和应答。

### 4.4 定值读写 (双向)

```
定值写入 (主站→从站):
主站                                  从站
  │── PRIO=CMD, MSG=DZ_WRITE ──────► │
  │    [定值地址(2B) + float值(4B)]    ├── 校验范围 → 写入 Flash
  │◄── MSG=ACK/NAK ────────────────  │

定值召唤 (主站→从站):
主站                                  从站
  │── PRIO=CMD, MSG=DZ_READ ───────► │
  │    [定值地址(2B), 0xFFFF=全部]     ├── 读取当前定值
  │◄── MSG=ACK [addr+float值] ─────── │  (逐条返回)
```

### 4.5 文件传输 (双向: 下发 + 召唤)

```
文件下发 (主站→从站, 如固件升级):
主站                                  从站
  │── FIRST(文件ID, 总段数, 大小) ──► │
  │◄── ACK(就绪) ─────────────────── │
  │── CONT/LAST(段数据, [CRC32]) ──► │
  │◄── ACK(完成) ─────────────────── │

文件召唤 (主站→从站, 如录波文件/日志):
主站                                  从站
  │── READ_REQ(file_id, 文件路径) ──► │
  │                                     ├── 检查文件是否存在
  │◄── READ_ACK(大小, 段数, 文件名) ── │ (存在→就绪)
  │◄── READ_NAK(ERR_FILE_NOT_FOUND) ── │ (不存在→拒绝)
  │◄── FIRST/CONT/LAST... ─────────── │ (自动开始上传)
```

---

## 五、CAN FD 效率 v2.0

### 突发打包效率

| 场景 | CAN 2.0 (单点/帧) | CAN FD (打包) | 效率提升 |
|------|:---:|:---:|:---:|
| 遥信突发 10 个变位 | 10 帧 | 2 帧 (9+1) | **5×** |
| 遥测突发 12 个越限 | 12 帧 | 2 帧 (6+6) | **6×** |

### 定时数据效率

| 场景 | CAN 2.0 | CAN FD | 提升 |
|------|:---:|:---:|:---:|
| 16 个遥测量上送 | 6 帧 | 2 帧 | 3× |
| 50 个遥信点上送 | 7 帧 | 1 帧 | 7× |

---

## 六、文件结构

```
learn/CAN/
├── README.md                          ← 本文件
├── Makefile
├── include/
│   ├── can_id.h                       ← v2.0 ID 编码 (PRIO + MSG_TYPE)
│   ├── can_frame.h                    ← v2.0 数据格式 (2-bit YX / float YC / burst)
│   ├── can_protocol.h                 ← v2.0 协议栈接口 (burst queue API)
│   └── can_xml_parser.h               ← XML 解析 (支持浮点定值)
├── src/
│   ├── can_id.c
│   ├── can_frame.c                    ← 含突发队列实现
│   ├── can_protocol.c                 ← 含 burst drain + batch 机制
│   └── can_xml_parser.c
├── config/
│   ├── protection_relay.xml           ← 浮点定值示例
│   ├── data_center.xml
│   └── bay_controller.xml
└── app/
    └── test_protocol.c
```