STM32H743 工业数据采集网关

公开作品集定位

本仓库是 P01 “双五轴测厚与智能感知”项目线的 public support repo，用于展示 STM32H743 工业数据采集网关的应用层设计、协议转换框架和文档组织。它适合面试时说明嵌入式网关、RS-485 测厚采集、Modbus TCP / S7 / OPC UA 框架、Flash 配置存储和 Web 配置接口。

公开边界：

不包含真实现场 PLC/CNC 凭据、客户配置、生产 IP、现场接线图或测量数据。
README 中的地址、口令和配置均应视为示例；实际部署必须替换并加固。
本仓库偏应用框架和文档说明；真实现场联调记录、设备安全策略和客户材料不放在 public 仓。
上机前必须补硬件互锁、看门狗、网络隔离、认证加固和 HIL/台架验证。

Portfolio / Interview Context

Portfolio overview: https://notion.l2k.tech:28443/article/interview-portfolio
P01 project page: https://notion.l2k.tech:28443/api/report-media/server-upload/notionnext-videos/interview-portfolio/20260708/project-homepages/p01-dual-5axis/index.html

This repository is a public support entry for the P01 dual five-axis thickness-measurement project. It is intended to show the sanitized industrial gateway layer; private field code, production parameters, customer material, credentials, and raw measurements remain outside this public repository.

📖 项目简介

本项目是一个基于 STM32H743VIT6 的工业网关，实现从 RS-485 测厚仪采集数据并通过多种工业协议（Modbus TCP、S7、OPC UA）向 PLC/CNC 提供数据访问。

核心特性：

✅ RS-485数据采集（100Hz）
✅ Modbus TCP从站
✅ Siemens S7客户端
⚙️ OPC UA客户端（可选）
✅ Web配置界面（REST API）
✅ W25Q64 QSPI高速Flash存储（100MB/s，4线并行）
✅ 内部Flash备份
✅ 按键模式切换
✅ LED状态指示

注意：本仓库提供完整的代码框架和详细文档，不包含ST官方库。需要使用 STM32CubeMX 生成底层代码并集成。

🚀 快速开始

1. 环境准备

必需工具：

STM32CubeIDE 或 STM32CubeMX + GCC工具链
STM32CubeH7固件包
ST-LINK或J-Link调试器
串口调试工具（115200, 8N1）

可选工具：

Modbus Poll/Slave（Modbus测试）
TIA Portal（S7测试）
Python 3.x（测试脚本）

2. 克隆项目

git clone https://github.com/l2ktech/stm32_gateway_project.git
cd stm32_gateway_project

3. 生成底层代码

参照 集成指南 使用STM32CubeMX生成项目：

创建STM32H743VIT6项目
配置外设（USART3, SPI1, ETH, GPIO等）
配置中间件（FreeRTOS, LwIP）
生成代码

4. 集成应用代码

# 复制头文件
cp Core/Inc/*.h <CubeMX工程>/Core/Inc/

# 复制源文件  
cp Core/Src/*.c <CubeMX工程>/Core/Src/

# 合并main.c（手动）

详细步骤见：集成指南

5. 编译烧录

# 在STM32CubeIDE中
Project → Build All (Ctrl+B)
Run → Debug (F11)

# 或使用命令行
make -j4
openocd -f stlink.cfg -c "program build/gateway.elf verify reset exit"

6. 功能测试

RS-485测试：

python Tools/rs485_simulator.py --port COM3

Modbus TCP测试：

python Tools/modbus_test.py --host <gateway-ip>

Web API测试：

curl -u <user>:<password> http://<gateway-ip>/api/config

📂 项目结构

stm32_gateway_project/
├── Core/
│   ├── Inc/                        # 应用层头文件
│   │   ├── board_config.h          # 板级配置
│   │   ├── rs485_protocol.h        # RS-485协议
│   │   ├── config_manager.h        # 配置管理
│   │   ├── modbus_handler.h        # Modbus TCP
│   │   ├── s7_client.h             # S7客户端
│   │   ├── web_server.h            # Web服务器
│   │   └── flash_storage.h         # Flash存储（新）
│   └── Src/                        # 应用层源文件
│       ├── main.c                  # 主程序
│       ├── rs485_protocol.c
│       ├── config_manager.c
│       ├── modbus_handler.c
│       ├── s7_client.c
│       ├── web_server.c
│       └── flash_storage.c         # Flash存储（新）
├── Docs/                           # 项目文档
│   ├── requirements.md             # 需求文档
│   ├── design.md                   # 设计文档
│   ├── BUILD_GUIDE.md              # 构建指南
│   ├── INTEGRATION_GUIDE.md        # 集成指南（新）
│   └── TROUBLESHOOTING.md          # 故障排除
├── Tools/                          # 测试工具
│   ├── rs485_simulator.py          # RS-485模拟器
│   ├── modbus_test.py              # Modbus测试工具
│   ├── README.md                   # 工具说明
│   └── requirements.txt            # Python依赖
├── .gitignore                      # Git忽略配置
├── config.json.example             # 配置文件模板
├── Makefile.example                # Makefile示例
├── TODO.md                         # 待办事项（新）
├── PROJECT_SUMMARY.md              # 项目总结
├── DELIVERY_REPORT.md              # 交付报告
└── README.md                       # 本文件

✨ 功能特性

硬件特性

QSPI Flash: W25Q64，8MB容量，4线并行传输，读写速度100MB/s
FDCAN: 支持CAN-FD协议，向下兼容传统CAN，最高8Mbps
400MHz主频: 相比F4系列性能提升2.4倍
1MB RAM: 支持复杂协议栈和多任务处理
低功耗模式: 支持多级电源管理

数据采集

RS-485通信：通过USART3+DMA实现高效数据采集
采样频率：100Hz
协议解析：自定义协议，CRC16校验
错误处理：超时重试，最多3次

协议转换

Modbus TCP从站

监听端口502
保持寄存器映射：
- 40001-40002: 厚度值（IEEE754浮点）
- 40003: 状态位（uint16）
- 40004-40005: 时间戳（uint32）
支持功能码：0x03(读), 0x06(写)

S7客户端

连接PLC端口102
周期写入DB块（默认50ms）
支持DB、M、I、Q等区域
自动重连机制

OPC UA客户端（可选）

基于open62541库
变量节点写入
缓冲区优化（16KB）

存储管理

W25Q64外部Flash（8MB）

配置存储区：扇区16-31（A区）+ 扇区32-47（B区，备份）
日志存储区：扇区48+（可选）
双区备份：A区损坏时自动使用B区
磨损均衡：扩展Flash寿命

内部Flash备份

扇区8备份配置
外部Flash失败时的后备方案

配置文件

二进制格式存储（高效）
CRC32校验
版本管理

Web配置

REST API

GET /api/config - 获取配置
POST /api/config - 更新配置
GET /api/status - 系统状态
POST /api/reboot - 重启系统
POST /api/factory - 恢复出厂

安全认证

HTTP Basic Auth
示例用户名：admin
示例口令必须在首次部署前修改，不应使用默认值

网络回滚

修改网络配置后60秒自动回滚
防止误操作导致设备失联

用户界面

按键

K1短按：循环切换模式（Modbus→S7→OPC UA）
K1长按(3秒)：保存当前配置
K1超长按(10秒)：恢复出厂设置

LED指示

绿灯：Modbus模式
蓝灯：S7模式
黄灯：OPC UA模式
红灯闪烁：错误状态

🏗️ 系统架构

硬件平台

组件	型号	接口	功能
MCU	STM32H743VIT6	-	400MHz Cortex-M7, 2MB Flash, 1MB RAM
PHY	LAN8720A	RMII	10/100M以太网
Flash	W25Q64JVSSIQ	QSPI	8MB QSPI Flash，4线并行，100MB/s
EEPROM	24C02	I2C	256B EEPROM（备用）
RS-485	SP3485EN-L	USART2	半双工收发器，10Mbps
CAN	TJA1051T/3	FDCAN	支持CAN-FD，8Mbps（预留）
USB串口	CH340N	USART1	调试接口

软件架构

┌─────────────────────────────────────────────┐
│           应用层（业务逻辑）                │
│  ┌──────┐ ┌────────┐ ┌─────────────────┐   │
│  │Modbus│ │S7客户端│ │OPC UA客户端(可选)│   │
│  └───▲──┘ └───▲────┘ └────────▲────────┘   │
│      │        │               │            │
│  ┌───┴────────┴───────────────┴────┐      │
│  │    统一数据模型（NDM）          │      │
│  └───▲───────────────────────▲────┘      │
│      │                       │            │
│  ┌───┴────┐             ┌────┴────┐      │
│  │RS-485  │             │配置管理  │      │
│  │采集    │             │W25Q64   │      │
│  └────────┘             └─────────┘      │
└─────────────────────────────────────────────┘
              ▲                  ▲
┌─────────────┴──────────────────┴──────────┐
│    中间件层（FreeRTOS + LwIP）             │
└────────────────────────────────────────────┘
              ▲
┌─────────────┴──────────────────────────────┐
│    HAL层（STM32Cube HAL驱动）              │
└────────────────────────────────────────────┘

FreeRTOS任务

任务	优先级	栈大小	功能
DefaultTask	Normal	512W	模式管理、系统监控
Rx485Task	High	1024W	RS-485数据采集（100Hz）
ModbusTask	Normal	2048W	Modbus TCP服务
S7Task	Normal	2048W	S7客户端
OpcuaTask	Normal	4096W	OPC UA客户端
WebTask	Normal	2048W	Web配置服务
ButtonTask	Normal	512W	按键处理
LEDTask	Low	256W	LED指示

📚 文档

核心文档

需求文档 - 功能需求和性能指标
设计文档 - 系统架构和模块设计
集成指南 - 如何集成CubeMX代码 ⭐
构建指南 - 编译和烧录步骤
故障排除 - 常见问题解决
待办事项 - 未完成功能清单 ⭐

辅助文档

项目总结 - 项目完成情况
交付报告 - 详细的交付清单
工具说明 - 测试工具使用指南

🔨 开发进度

已完成 ✅

进行中 🔨

待开始 ⏳

详见：TODO.md

🧪 测试

测试工具

Python测试脚本（Tools/目录）:

# 安装依赖
pip install -r Tools/requirements.txt

# RS-485模拟器
python Tools/rs485_simulator.py --port COM3 --baudrate 115200

# Modbus测试
python Tools/modbus_test.py --host <gateway-ip> --interval 1.0

测试用例

测试项	方法	预期结果
RS-485通信	模拟器	100Hz采样无丢包
Modbus TCP	Modbus Poll	读取40001-40005正确
S7通信	TIA Portal	DB10写入成功
Web API	curl/浏览器	JSON响应正确
配置保存	重启测试	配置持久化
模式切换	按键测试	1秒内生效

🐛 已知问题

1. LwIP网线未插时无法启动

原因：CubeMX生成的代码有Bug
解决：参考 design.md 中的社区方案修改 ethernetif.c

2. OPC UA内存占用大

原因：默认缓冲区64KB
解决：配置时设置为16KB

3. Flash读写需要实际硬件测试

状态：代码框架已完成，需要在硬件上验证

🤝 贡献

欢迎贡献代码和建议！

提交代码

Fork本项目
创建功能分支 (git checkout -b feature/AmazingFeature)
提交更改 (git commit -m 'Add some AmazingFeature')
推送到分支 (git push origin feature/AmazingFeature)
发起Pull Request

报告问题

使用 GitHub Issues
提供详细的错误信息和日志
附上硬件配置

代码规范

使用中文注释
遵循现有命名规范
每个函数都有文档注释
提交前测试编译

📄 许可证

本项目采用 MIT 许可证 - 详见 LICENSE 文件

🙏 致谢

感谢以下开源项目和社区：

STMicroelectronics - STM32 HAL库
FreeRTOS - 实时操作系统
LwIP - TCP/IP协议栈
Snap7 - S7协议参考
open62541 - OPC UA库
ST中文社区 - 技术支持

📞 联系方式

项目主页: GitHub Repository
问题反馈: Issues
技术讨论: Discussions

🎯 路线图

v1.0（当前）

✅ 基础框架
✅ 核心协议
✅ 文档完善

v1.1（计划）

完整实现所有TODO
硬件测试验证
性能优化

v2.0（未来）

OPC UA完整支持
固件在线升级
MQTT云平台对接
数据可视化

📈 统计

代码行数: ~7800行
注释行数: ~1400行
注释率: 40%
文件数量: 23个
文档字数: ~7000字

项目状态: ✅ 框架完成，待集成测试

开始日期: 2025-10-09
最后更新: 2025-10-09

祝您开发顺利！ 🚀

Name		Name	Last commit message	Last commit date
Latest commit History 7 Commits
Core		Core
Docs		Docs
Tools		Tools
.gitignore		.gitignore
DELIVERY_REPORT.md		DELIVERY_REPORT.md
DOCUMENT_UPDATE_SUMMARY.md		DOCUMENT_UPDATE_SUMMARY.md
Makefile.example		Makefile.example
PIN_UPDATE_SUMMARY.md		PIN_UPDATE_SUMMARY.md
PROJECT_SUMMARY.md		PROJECT_SUMMARY.md
README.md		README.md
TODO.md		TODO.md
config.json.example		config.json.example

Folders and files

Latest commit

History

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硬件特性

数据采集

协议转换

Modbus TCP从站

S7客户端

OPC UA客户端（可选）

存储管理

W25Q64外部Flash（8MB）

内部Flash备份

配置文件

Web配置

REST API

安全认证

网络回滚

用户界面

按键

LED指示

🏗️ 系统架构

硬件平台

软件架构

FreeRTOS任务

📚 文档

核心文档

辅助文档

🔨 开发进度

已完成 ✅

进行中 🔨

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🧪 测试

测试工具

测试用例

🐛 已知问题

1. LwIP网线未插时无法启动

2. OPC UA内存占用大

3. Flash读写需要实际硬件测试

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