EIS电池阻抗测量芯片验证系统(四)：STM32命令转发与协议

电量计
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1. 角色定位

STM32F407IICBridge 是串口到 I2C 的协议桥：

  • 上游：PC 通过 UART 发送二进制命令
  • 下游：STM32 将命令转换为 I2C 读写，与 EIS 芯片（0x58）通信
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PC (PyComSender)  →  UART  →  STM32  →  I2C  →  EIS FPGA (0x58)

2. 硬件连接

接口 引脚 说明
UART USART2 (PA2/PA3) 与 PC 通信，115200 8N1
I2C I2C1 (PB6/PB7) 与 EIS 芯片通信，100kHz
调试 USART1 可选 Debug_Printf 输出

3. 命令协议

3.1 命令头部（4 字节）

每次命令先接收 4 字节头部：

字节 含义
[0] cmd_type：1=写 2=读 3=比较 4=范围比较
[1] slave_addr：I2C 从机地址（7bit，如 0x58）
[2] reg_addr：寄存器地址
[3] data_length：数据长度

3.2 数据部分（按需）

  • 写命令 (1)：再接收 data_length 字节写入数据
  • 比较命令 (3)：再接收 data_length 字节期望值
  • 范围比较 (4)：再接收 6 字节（低3+高3）范围值
  • 读命令 (2)：无额外数据

3.3 响应

  • 所有命令：先返回 1 字节 status（0=成功，非0=错误码）
  • 读/比较命令：成功时再返回读取的 data_length 字节（含 CRC8）

4. CRC8 校验

  • 多项式：0x07 (x^8 + x^2 + x + 1)
  • 计算范围：slave_addr + reg_addr + data
  • 读命令和比较命令的数据部分最后 1 字节为 CRC8

5. ProcessCommand 流程

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// main.c - ProcessCommand()
// 1. 接收 4 字节命令头
HAL_UART_Receive(&huart2, cmd_buffer, 4, UART_TIMEOUT);

// 2. 若有数据部分，再接收
if (cmd_type == WRITE || COMPARE || COMPARE_RANGE)
    HAL_UART_Receive(&huart2, dataBuffer, data_length, UART_TIMEOUT);

// 3. 执行对应 I2C 操作
switch (cmd_type) {
    case CMD_TYPE_WRITE:    ExecuteI2CWrite(...);  break;
    case CMD_TYPE_READ:     ExecuteI2CRead(...);   break;
    case CMD_TYPE_COMPARE:  ExecuteI2CReadCompare(...); break;
    case CMD_TYPE_COMPARE_RANGE: ExecuteI2CReadCompareRange(...); break;
}

// 4. 发送响应
SendResponse(status);
if (status == 0 && (READ || COMPARE))
    SendData(read_data, data_length);

6. 命令类型详解

6.1 写命令 (1)

  • HAL_I2C_Mem_Write：写寄存器
  • 用于配置 EIS 芯片的 CONF、CTRL、EIS_Current 等寄存器

6.2 读命令 (2)

  • HAL_I2C_Mem_Read：读寄存器
  • 返回 data_length 字节（含 CRC）
  • 用于读取 EIS_Cell 中的 ADC 结果

6.3 比较命令 (3)

  • 先读，再与期望值逐字节比较
  • 不一致则返回 ERROR_COMPARE_FAILED

6.4 范围比较命令 (4)

  • 先读 3 字节 ADC 值
  • 与 [low_min, low_max] 和 [high_min, high_max] 比较
  • 实际值在对应范围内即 Pass

7. 与上位机的配合

PyComSender 发送格式：

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# 1. 先发 4 字节头部
header = [cmd_type, slave_addr, reg_addr, data_length]
serial_port.write(header)

# 2. 若有数据，再发
if command.has_data_part():
    serial_port.write(command.get_command_data())

# 3. 等待 1 字节 status
status = serial_port.read(1)

# 4. 若读/比较成功，再读 data_length 字节
if status == 0 and (READ or COMPARE):
    data = serial_port.read(data_length)

8. 错误码

码 含义
0 成功
1 无效命令
2 I2C 写失败
3 I2C 读失败
4 比较失败
5 数据过长
6 CRC 校验失败

STM32 负责将底层 I2C 错误、比较失败等转换为统一错误码，便于上位机判断测试结果。

系列目录
01. EIS原理与电池阻抗谱
02. FPGA ADC激励与电池阻抗扫描原理
03. 上位机架构：PyQt与CSV流程
04. STM32命令转发与协议（本文）
05. CSV脚本解释器实现精髓