基于DW1000的DWR双向测距调测记录

呱牛
2021-01-20 15:28:52
编程语言
C++物联网 UWB C 嵌入式开发

好久没写嵌入式代码，最近碰到两个数组越界导致程序行为异常的问题，调了近两天，才找到真正的原因，改到开始怀疑人生，到最后柳暗花明，怎么说呢，事出蹊跷必有因！

由于有基线版本，并且基线版本功能是正常的，碰到这种问题，当然先是排除自己的问题（或许是错的，应该先摘除基线版本的问题）！我先把我增加的代码中涉及数组操作的都仔细的滤了一遍，没有发现问题！考虑那就正面刚，先定位问题，所以一通屏蔽代码后，得出的结论是：相同功能的方法，如果用基线版本的，调用程序就运行正常，但换上我重写的方法就有问题，似乎有一种不能做任何修改，改了就出错的错觉！那怎么办，项目进度也有要求，那就先用老方法吧，但是代码不能不动吧，先用老方法，但调试过程中还是有诡异的现象，肿么办？？？事出蹊跷必有因，急不得，慢慢查！！！

ARM程序使用Jlink支持DEBUG的，但调试的过程中程序也会莫名其妙的跳到异常地方，恢复LR、SP的调用栈，也不能找到具体奔溃的位置，踩内存的定位手段确实有限！第一个判断就是肯定是程序哪块越界了，或者是栈溢出导致的异常？好歹也是写过多年C的程序员，早已经从一堆内存的坑里面爬出来了，只是ARM程序内存问题检测工具有限，不然问题也不至于消耗这么长时间处理！

逐一排查代码，发现两个静态数组越界的情况，很简单，但是最开始觉得基线代码起码是稳定的吧，还出这么低级的问题，需要开始时就怀疑一切！：

1、dal_spi.c

#define SPI_TX_BUF_LEN 8  
#define SPI_RX_BUF_LEN 255
static uint8_t m_tx_buf[SPI_TX_BUF_LEN] = {0};//居然只有8个字节，使用的时候可远大于8个字节

int dal_spi_xfer(const uint8_t *tx_buf, uint8_t tx_len, uint8_t *rx_buf, uint8_t rx_len){
memcpy(m_tx_buf, tx_buf, tx_len);
}

2、dwOps.c

MAC802154_HEADER_LENGTH长度是23个字节，发POLL消息，消息长度有48个字节，把sendBuf改大了好像出现发不出去dw1000消息了，这个地方怎么改拿不准

static uint8_t sendBuf[16];

static void spiWrite(dwDevice_t* dev, const void *header, size_t headerLength,
                                      const void* data, size_t dataLength)
{
 memcpy(sendBuf, (uint8_t *)header, headerLength);
}

基线代码关于UWB测距功能部分代码参考的是开源项目的：lps-node-firmware，但查看开源项目的源码，代码不一样，还是修改出来的问题！github中的源码：

// Aligned buffer of 128bytes
// This is used as a "scratch" buffer to the SPI transfers
// The problem is that the Cortex-m0 only supports 2Bytes-aligned memory access
uint16_t alignedBuffer[64];

static void spiWrite(dwDevice_t* dev, const void *header, size_t headerLength,
                                      const void* data, size_t dataLength)
{
#ifdef DEBUG_SPI
  int i;
  printf("Write to SPI: [ ");
  for (i=0; i<headerLength; i++)
    printf("%02x ", (unsigned int)((uint8_t*)header)[i]);
  printf("] [ ");

  for (i=0; i<dataLength; i++)
    printf("%02x ", (unsigned int)((uint8_t*)data)[i]);
  printf("]\r\n");
#endif

  HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, 0);

  memcpy(alignedBuffer, header, headerLength);
  HAL_SPI_Transmit(&hspi1, (uint8_t *)alignedBuffer, headerLength, HAL_MAX_DELAY);
  memcpy(alignedBuffer, data, dataLength);
  HAL_SPI_Transmit(&hspi1, (uint8_t *)alignedBuffer, dataLength, HAL_MAX_DELAY);

  HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, 1);
}

可能是平台不一样，所以基线代码做了修改，但逻辑上确实是有问题，所以使用官方的源码实现重写了SPI的读写方法：

static void spiWrite(dwDevice_t* dev, const void *header, size_t headerLength,
                                      const void* data, size_t dataLength)
{
  #if 0
	memcpy(sendBuf, (uint8_t *)header, headerLength);
	memcpy(sendBuf+headerLength, (uint8_t *)data, dataLength);
	dal_spi_xfer((const uint8_t *)sendBuf, (uint8_t)(headerLength + dataLength),
		NULL, 0);
  #else
 
  writetospi( headerLength, (const uint8_t *)header, dataLength, (const uint8_t *)data);
  #endif//
	return;
}

static void spiRead(dwDevice_t* dev, const void *header, size_t headerLength,
                                     void* data, size_t dataLength)
{
  #if 0
	dal_spi_xfer((const uint8_t *)header, (uint8_t)headerLength,
		(uint8_t *)data, (uint8_t)dataLength);
  #else

  readfromspi( headerLength, (const uint8_t *)header, dataLength, (uint8_t *)data); 
  #endif

	return;
}

//===========================================new api start=====================================================
int readfromspi(uint16_t headerLength, const uint8_t *headerBuffer, uint32_t readlength, uint8_t *readBuffer)
{ uint8_t * p1;
  uint32_t idatalength=0;

  idatalength= headerLength + readlength;

  uint8_t idatabuf[idatalength];
  uint8_t itempbuf[idatalength];

  memset(idatabuf, 0, idatalength);
  memset(itempbuf, 0, idatalength);	

  p1=idatabuf;	
  memcpy(p1,headerBuffer, headerLength);

  p1 += headerLength;
  memset(p1,0x00,readlength);

  spi_xfer_done = false;
  nrf_drv_spi_transfer(&spi, idatabuf, idatalength, itempbuf, idatalength);
  while(!spi_xfer_done)				
  ;

  p1=itempbuf + headerLength;

  memcpy(readBuffer, p1, readlength);

  return 0;
} 
 
int writetospi( uint16_t headerLength, const uint8_t *headerBuffer, uint32_t bodylength, const uint8_t *bodyBuffer)
{
  uint8_t * p1;
  uint32_t idatalength=0;

  idatalength= headerLength + bodylength;

  uint8_t idatabuf[idatalength];
  uint8_t itempbuf[idatalength];

  memset(idatabuf, 0, idatalength);
  memset(itempbuf, 0, idatalength);		 
  
  p1=idatabuf;	
  memcpy(p1,headerBuffer, headerLength);
  p1 += headerLength;
  memcpy(p1,bodyBuffer,bodylength);
  
  spi_xfer_done = false;
  nrf_drv_spi_transfer(&spi, idatabuf, idatalength, itempbuf, idatalength);
  while(!spi_xfer_done)
                          ;

  return 0;
} 
//===========================================new api end=====================================================

基站每秒处理100个标签的测距性能要求

性能规格要求，基站每秒需要处理100个标签的测距请求，由于DW1000是半双工芯片，同一时刻要么收包、要么发包，不支持同时收发，所以控制并不复杂，一个volatile的状态变量就能搞定互斥了；增加一个标签向基站申请测距的BLINK信令，如果基站这时候空闲，则回复ACK，标识标签可以进行测距了，否则基站将标签的ID放到等待队列中，标签这时候进入等待状态，等到接收到基站的ACK后才开始测距流程，具体流程方案如下：

方案一：基站分时间片服务标签的算法逻辑

标签基站

Blink -> 基站将该标签地址放到等待队列中

标签发送完blink，进入等待消息状态，等待多久超时，20ms？后继续发送blink

当前基站没有服务的标签，直接回ACK，或者等到当前服务的标签测距完成，才回ACK，标识当前标签可以进入测距流程了

<- Ack

如果超时等待10ms，都没有收到Poll，则从队列中继续出对下一个标签，发送ACK，等待这个标签的测距POLL请求

Poll ->

<- Answer

Final ->

<- Report

测标签到基站的距离