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# LaserTracing 项目架构与工作流程分析
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## 1. 项目概述
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LaserTracing（激光示踪）是基于华大 HC32L170（ARM Cortex-M0+）超低功耗 MCU 的嵌入式传感器项目。设备通过 LoRa（SX1276）无线通信接入网关，采集三维姿态角（俯仰/横滚/偏航）并定时上报，同时支持激光控制、低功耗休眠、FPO 全功率时间段等特性。
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### 1.1 硬件组成
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| 模块 | 型号/接口 | 用途 |
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| MCU | HC32L170 | 主控，Cortex-M0+ |
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| LoRa | SX1276 (SPI0) | 与网关无线通信 |
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| 加速度计 | LSM6DSL (I2C0) | 采集加速度/陀螺仪 |
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| 地磁 | MMC5983 (I2C0) | 采集磁场 |
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| 激光 | LASER1~3 (GPIO) | 激光开关控制 |
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| ADC | ADC (EXCH4) | 电池电压采样 |
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| 调试口 | UART/RS485 | 调试命令交互 |
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### 1.2 软件版本
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- 软件版本: `SOFTWARE_VERSION = 12`
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- 硬件版本: `HARDWARE_VERSION = 11`
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## 2. 目录结构
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LaserTracing/
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├── MDK/ # Keil 工程文件 (uvprojx/uvoptx/RTE)
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├── Module/ # 功能模块
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│ ├── Imu/ # IMU 姿态解算上层
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│ ├── LORA/ # SX1276 LoRa 驱动 (sx127x.c/h)
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│ ├── LaserTracing_Debug/ # 调试命令模块 (UartDebug.c/h)
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│ ├── MahonyAHRS/ # 姿态解算算法库
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│ ├── lsm6dsl/ # LSM6DSL 驱动 (含寄存器层)
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│ └── mmc5983/ # MMC5983 驱动
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├── driver/ # HC32L170 官方外设驱动库 (inc/src)
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├── mcu/ # 芯片支持包 (启动文件、FlashLoader)
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├── source/
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│ ├── inc/ # 项目头文件
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│ │ ├── main.h # 应用结构体/状态机/全局声明
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│ │ ├── bsp.h # 板级定义/参数结构/外设宏
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│ │ ├── SGCP.h # 通信协议定义
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│ │ ├── Algorithm.h # 算法接口
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│ │ ├── Update.h # 升级接口
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│ │ └── UartDebug.h # 调试接口
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│ └── src/
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│ ├── main.c # 主流程/状态机/数据采集
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│ ├── bsp.c # 板级初始化/中断处理/外设封装
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│ ├── SGCP.c # 通信协议栈 (网关交互)
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│ ├── Algorithm.c # 工具函数/辅助算法
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│ └── Update.c # 固件升级逻辑
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└── docs/ # 本文档
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## 3. 核心架构分层
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### 3.1 分层结构
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┌─────────────────────────────────────────────┐
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│ 应用层 (main.c) │
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│ - AppInit/主循环/状态机/数据采集与处理 │
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├─────────────────────────────────────────────┤
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│ 协议层 (SGCP.c) │
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│ - 注册/上报/配置/激光/信号 帧处理与状态机 │
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├─────────────────────────────────────────────┤
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│ 模块层 (Module/) │
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│ - LoRa/IMU/AHRS/传感器/调试 各功能模块 │
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├─────────────────────────────────────────────┤
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│ 驱动层 (driver/ + bsp.c) │
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│ - HC32L170 外设驱动 + 板级封装 │
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└─────────────────────────────────────────────┘
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### 3.2 关键全局对象
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- `App` (`AppDetect_t`)：应用状态、传感器数据、姿态结果、配置参数、各类标志与计数器。
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- `SGCP` (`SGCP_t`)：通信协议状态、网关/设备 MAC、接收缓冲区、指令状态机标志。
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- `LocalMAC` / `GatewayMAC`：本机 6 字节 MAC 与网关 MAC。
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- `LocalDataPack`：本机待上报的打包数据。
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## 4. 工作流程分析
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### 4.1 系统启动流程 (main)
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main()
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├─ BspInit() # 时钟、GPIO、外设、中断初始化
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├─ delay_ms(3000) # 上电等待
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├─ AppInit() # 读参数、校验恢复默认、初始化 RTC/LPTimer/LoRa/传感器
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├─ 打印版本信息
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└─ while(1) 主循环
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├─ ADCLoopHandler() # 电池电压采样
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├─ FeedDogHandler() # 看门狗喂狗
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├─ DebugLoopHandler() # 调试命令处理
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├─ Lsm6dslLoopHandler() # 加速度数据处理
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├─ MMC5983LoopHandler() # 地磁数据处理
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├─ ReadDataLoopHandler() # 数据采集状态机
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├─ GwRevLoopHandler() # 网关收发状态机
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├─ InRevLoopHandler() # 内部指令处理
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└─ AppLoopHandler() # 应用状态机
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### 4.2 时基中断与回调
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| 中断 | 功能 |
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|------|------|
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| SysTick_CallBack (1ms) | 调用各 1mSRoutine 递减计数器 |
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| RtcIRQHander (30s) | 系统定时重启、定时采集触发、周期上报、紧急上报 |
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| LPTimer0IRQHander | 注册/上传重试定时器 |
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| PortB_IRQHandler | LoRa DIO0（发送完成/接收完成） |
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| PortC_IRQHandler | 加速度 INT1 / 地磁 INT 回调 |
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### 4.3 应用状态机 (AppLoopHandler / APP_STATUS_*)
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```
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APP_STATUS_SLEEP → APP_STATUS_ON → APP_STATUS_ACTION
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│
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┌─────────────────────────────────┼───────────────────────────────┐
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▼ ▼ ▼
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APP_STATUS_WAIT_LOGIN (数据采集) APP_STATUS_WAIT_UPLOAD
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│ 注册成功 │ 采集完成(UpdateOk) │ 上传完成/超时
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└───────▶ APP_STATUS_ACTION └───────▶ 触发上传 └──────▶ ACTION
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关键转移条件（`AppLoopHandler` 中按优先级判断）：
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1. `InStatus != IDLE` → 等待内部指令完成
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2. `LoginOk == false && LoginFlag == true && GWStatus == IDLE` → 发起注册
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3. `TimingAcquisition == true && RDStatus == IDLE` → 启动传感器采集
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4. `LoginOk == true && UploadFlag == true && GWStatus == IDLE && UpdateOk == true` → 上传数据
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5. `LaserOnOff == true && LaserTimerCount == 0` → 激光状态处理
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6. 全部空闲且 `IsFullPowerTime() == false` → 进入休眠 (`APP_STATUS_OFF`)
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### 4.4 数据采集状态机 (ReadDataLoopHandler / READDATA_STATUS_*)
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READDATA_STATUS_IDLE
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└─(TimingAcquisition=true)─▶ READDATA_STATUS_UPDAING
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(启动 LSM6DSL + MMC5983，置 ReadData1mSDelayCnt=2000)
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└─▶ READDATA_STATUS_WAIT_UPDAING
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(等待中断回调置 MagRead_EndFlag / AccRead_EndFlag 或 2s 超时)
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└─▶ READDATA_STATUS_DATA_HANDLE
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(IMU_Update 解算 → 存 ConvertedData → 拷入 LocalDataPack)
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└─▶ READDATA_STATUS_IDLE (置 UpdateOk=true)
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若任一传感器超时（未收到中断），`UpdateOk` 保持 false，本周期数据不用于上报。
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### 4.5 注册与数据上报时序
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1. 上电后 `LPTimer0_ON(50)`（5s）后 `LoginFlag=true`。
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2. `APP_STATUS_ACTION` 检测到注册条件 → `GW_STATUS_LOGIN` → `ToGWDevLogin()` 发送注册帧（Cmd=0x00）。
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3. 网关回应注册 → `GWRevHandler` 置 `LoginOk`、保存 `GatewayMAC` → `GW_STATUS_WAIT_LOGIN` 置 `LoginMess`、`TimingAcquisition=true`。
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4. `APP_STATUS_WAIT_LOGIN` 置 `UploadFlag=true` 并触发采集。
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5. 采集完成 `UpdateOk=true` → `APP_STATUS_ACTION` 置 `GW_STATUS_UPLOAD_SENSOR` → `ToGWReadDataRes()` 发送数据帧（Cmd=0x02）。
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6. `GW_STATUS_WAIT_UPLOAD` 等网关回应（2s 超时）。收到回应 `UploadOk=true` → 上报成功；超时则 `UploadMess=true`，由 `APP_STATUS_WAIT_UPLOAD` 计数重试，3 次失败后重新注册。
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### 4.6 协议帧格式 (SGCP)
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网关↔设备固定帧（16 字节头）：
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| Header(1) | GWAddr(6) | MDAddr(6) | Cmd(1) | PayloadLen(2) | Payload(N) | CRC16(2) |
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命令字（网关→设备）：
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| Cmd | 含义 |
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| 0x00 | 设备注册 (GWTOMD_CMD_LOGIN) |
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| 0x01 | 校准 (GWTOMD_CMD_CALI) |
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| 0x02 | 读取/上传数据 (GWTOMD_CMD_READ_UPLOAD_SENSOR) |
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| 0x05 | 设置采集时间间隔 (GWTOMD_CMD_SET_COL_TIME) |
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| 0x06 | 时间同步 (GWTOMD_CMD_SYNC_TIME) |
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| 0x08 | 打开/关闭激光 (GWTOMD_CMD_SET_LASER) |
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| 0x09 | 信号质量查询 (GWTOMD_CMD_SIGNAL) |
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| 0x0A | 设置全功率运行时间段 (GWTOMD_CMD_SET_FPO) |
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`LayoutPara_t` 参数（网关下发，10 字节 + 时间戳）：CollectTime / ReportInterval / ERInterval / ERTime / FPOTimeStart / FPOTime / TimeStamp。
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### 4.7 网关状态机 (GwRevLoopHandler / GW_STATUS_*)
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GW_STATUS_IDLE
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├─▶ LOGIN → WAIT_LOGIN → IDLE # 注册流程
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├─▶ CALI → 校准回应 # 校准
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├─▶ SET_COL_TIME → 采集间隔回应
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├─▶ SET_FPO → 全功率时间段回应 (0x0A)
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├─▶ SYNC_TIME → 时间同步
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├─▶ UPLOAD_SENSOR → WAIT_UPLOAD # 上报流程
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├─▶ LASER_STARES → 激光状态回应
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└─▶ SIGNAL → WAIT_SIGNAL → 信号质量
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### 4.8 低功耗与休眠
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- 空闲时判断：`RDStatus==IDLE && GWStatus==IDLE && InStatus==IDLE && !TimingAcquisition && 各延时==0 && !LaserOnOff && !AttTestMode && !IsFullPowerTime()` → `APP_STATUS_OFF` → 关闭 LED → `APP_STATUS_SLEEP`。
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- `APP_STATUS_SLEEP` 中调用 `EnterDeepSleep()` 深睡眠，`WakeUpInit()` 唤醒后回 `APP_STATUS_ON`。
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- **FPO 全功率时间段**：由 `IsFullPowerTime()` 判断当前本地小时是否落在 `[FPOTimeStart, FPOTimeStart+FPOTime)` 区间内（支持跨天、0 时长表示关闭），在 FPO 时段内不进入休眠。FPOTime 默认 0，`TimeGet` 从 RTC 读取当前小时（本地时间）。
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### 4.9 激光控制
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- 网关下发 0x08 指令置 `SGCP.LaserOnOff`，`LaserTimerMinutes`（默认 **1 分钟**）决定自动关闭时长。
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- `GW_STATUS_LASER_STARES` 中执行 `LASER1_ON/OFF()` 并回应网关。
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- RTC 30s 中断中 `LaserTimerCount--`，归零后再次进入 `GW_STATUS_LASER_STARES` 执行关闭。
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## 5. 通信模式配置
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| 宏 | 值 | 说明 |
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|----|----|------|
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| `WORK_MODE` | 1 | 0=查询模式，1=上报模式（低功耗） |
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| `SGCP_SELECT` | 1 | 0=主+子多设备，1=单主设备（当前），2=单子设备 |
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| `USE_VBAT_AD` | 1 | 电池电压采样开关 |
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| `USE_WDT` | 1 | 看门狗开关 |
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| `USE_DEBUG` | 1 | 调试命令开关 |
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| `USE_BOOTLOADER` | 0 | BootLoader 升级开关 |
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## 6. LoRa 信道配置
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中心频率范围 **470100000 ~ 492600000 Hz**，步进 **500000 Hz**，共 **46 个信道**（CH0~CH45）：
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- CH0 = 470100000，CH1 = 470600000，...，CH45 = 492600000。
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- 默认 `FREQ_CENT = CH0`；信道切换上限 `LoraSetChannel` 允许 0~45。
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- 频率范围校验（`LoraSetFreqCent` / AppInit）：410000000 ~ 525000000，覆盖全部信道。
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- 可通过调试命令 `lora ch <0~45>` 配置信道。
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## 7. 调试命令 (UartDebug)
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| 命令 | 说明 |
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|------|------|
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| `reg` | 手动触发注册 |
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| `para` | 打印当前配置参数（含 FPO、激光状态） |
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| `lpcfg CI RI EI ET` | 配置低功耗采集/上报参数 |
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| `fpocfg Start Dur` | 配置全功率运行时间段（配置后自动向网关发送 0x0A 通知） |
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| `lora ch/pw/bw/sf/ec/rp/fc/o` | 配置 LoRa 参数 |
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| `laser` | 激光控制与定时配置 |
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| `rs485` / `dch` | RS485 通道控制 / 调试通道切换 |
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| `res` | 恢复出厂设置 |
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| `dbg` | 调试开关控制 |
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## 8. 关键文件与职责对照
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| 文件 | 主要职责 |
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|------|----------|
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| `source/src/main.c` | 主流程、应用状态机、数据采集状态机、FPO 判断、中断回调 |
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| `source/src/SGCP.c` | 协议栈：帧组包/解析、网关状态机、注册/上报/配置/激光/信号处理 |
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| `source/src/bsp.c` | 板级初始化、外设封装、中断处理、RTC/TimeGet/低功耗 |
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| `source/inc/SGCP.h` | 协议常量、帧结构、命令字、状态机、设备数据定义 |
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| `source/inc/bsp.h` | 板级宏、参数结构（LayoutPara_t 等）、外设引脚定义 |
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| `source/inc/main.h` | 应用结构体、状态机枚举、宏定义 |
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| `Module/LORA/sx127x.c` | LoRa 收发、信道/频率/功率配置 |
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| `Module/LaserTracing_Debug/UartDebug.c` | 调试命令解析执行 |
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| `Module/lsm6dsl` / `mmc5983` | 传感器驱动与数据回调 |
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| `Module/MahonyAHRS` / `Imu` | 姿态解算 |
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## 9. 典型问题排查路径
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- **注册失败/超时**：查 `GW_STATUS_WAIT_LOGIN` 超时日志、网关 MAC 是否保存、LoRa 接收是否正常。
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- **上传超时**：查 `GW_STATUS_WAIT_UPLOAD` 日志、`LocalDataPack` 是否全 0（`is_all_byte` 检查）、`UpdateOk` 是否被置位、传感器采集是否超时。
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- **无法休眠**：查 `IsFullPowerTime()` 时段判断、`InStatus/GWStatus/RDStatus` 是否处于非 IDLE、各类延时计数是否清零。
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- **LoRa 通信异常**：核对信道频率范围（470.1~492.6MHz）与网关是否一致、`FREQ_CENT`/`FreqCent` 配置、天线开关状态。 |