75 lines
3.9 KiB
Markdown
75 lines
3.9 KiB
Markdown
# firmware/
|
||
|
||
## Цель
|
||
|
||
Прошивка для Blue Pill, которая снимает аудио с MAX4466, считает уровень в dBFS и доминантную частоту, мигает LED с частотой звука и публикует метрики по USB CDC в формате фиксированного бинарного пакета.
|
||
|
||
## Железо
|
||
|
||
- STM32F103C8T6 (Blue Pill, 72 МГц, 64К Flash, 20К RAM).
|
||
- Микрофон: MAX4466 (выход → **PA1 / ADC1_IN1**, питание 3.3 В).
|
||
- USB FS через TinyUSB CDC (Virtual COM).
|
||
- Светодиод: PC13 (on = 0, off = 1).
|
||
|
||
## Обработка аудио (DSP)
|
||
|
||
- Частота дискретизации: 22050 Гц (`AUDIO_SAMPLE_RATE`).
|
||
- DMA‑буфер: 2×512 выборок `uint16_t` (двойная буферизация через half/full interrupt).
|
||
- RMS считается по формуле \(\mathrm{RMS} = \sqrt{\frac{1}{N}\sum\_{i=1}^{N} x_i^2}\) после удаления среднего и нормализации к диапазону около \([-1, 1]\).
|
||
- Перевод в dBFS: \(\mathrm{dBFS} = 20 \log\_{10} (\mathrm{RMS} + \varepsilon)\), где \(\varepsilon\) — малый стабилизатор для нуля.
|
||
- FFT: `arm_rfft_fast_f32` на 512 точках, Hann‑окно рассчитывается “на лету” через `arm_cos_f32`.
|
||
- Поиск пика по модулю `mag[k]` в диапазоне частот 100–8000 Гц, шаг частоты \( \Delta f = \frac{22050}{512} \approx 43 \text{ Гц} \).
|
||
|
||
## Протокол
|
||
|
||
Пакет фиксированного размера 12 байт:
|
||
|
||
```c
|
||
// firmware/App/Inc/protocol.h + protocol.c
|
||
[SOF=0xAA][TYPE=0x02][LEN=0x08]
|
||
[timestamp_ms: uint32]
|
||
[rms_db_x10: int16] // dBFS * 10, ожидается -50.0 .. 0.0
|
||
[frequency_hz: uint16] // 100 .. 8000
|
||
[crc8: uint8] // CRC-8/ATM
|
||
```
|
||
|
||
- CRC: CRC‑8/ATM (poly=0x07, init=0x00, без отражения), считается по байтам с индексами 1..10.
|
||
|
||
## FreeRTOS задачи
|
||
|
||
- `audio_process_task`
|
||
- Ждёт уведомление от ISR DMA, обрабатывает последний буфер (512 сэмплов).
|
||
- Вычисляет метрики, обновляет режим LED, отправляет метрику в очередь для USB‑задачи.
|
||
|
||
- `cdc_task`
|
||
- Читает из очереди, упаковывает в `protocol_pack_v1`, пишет в USB CDC, целевая частота ~10 Гц.
|
||
|
||
- `health_led_task`
|
||
- Настраивает PC13 и мигает в зависимости от частоты/уровня сигнала, плюс подкармливает watchdog.
|
||
|
||
## Сборка и прошивка
|
||
|
||
- Зависимости: `arm-none-eabi-gcc`, `make`, `st-flash`.
|
||
- Сборка:
|
||
|
||
```bash
|
||
cd firmware
|
||
make
|
||
```
|
||
|
||
- Прошивка (через ST‑Link):
|
||
|
||
```bash
|
||
make flash
|
||
```
|
||
|
||
## Зависимости
|
||
|
||
| Библиотека | Путь | Репозиторий |
|
||
| ------------------- | -------------------------------------------- | ------------------------------------------------------------------- |
|
||
| **CMSIS-Core** | `firmware/Drivers/CMSIS/Core` | [ST GitHub](https://github.com/STMicroelectronics/cmsis_core)
|
||
| **CMSIS-Device F1** | `firmware/Drivers/CMSIS/Device/ST/STM32F1xx` | [ST GitHub](https://github.com/STMicroelectronics/cmsis_device_f1) |
|
||
| **FreeRTOS** | `firmware/Middlewares/FreeRTOS` | [FreeRTOS-Kernel](https://github.com/FreeRTOS/FreeRTOS-Kernel) |
|
||
| **TinyUSB** | `firmware/Middlewares/TinyUSB` | [hathach/tinyusb](https://github.com/hathach/tinyusb) |
|
||
| **CMSIS-DSP** | `firmware/Middlewares/CMSIS-DSP` | [ARM-software/CMSIS-DSP](https://github.com/ARM-software/CMSIS-DSP) |
|