# 1. 打猎相机外置MCU软件设计
为满足打猎相机的低功耗需求，使用外置MCU的硬件设计框架，在非工作状态下保持外置MCU供电，CPU断电，满足低功耗的产品需求。
| 修改 | 说明 |
| ---- | ---- |
| 2024-5-14 | 首次评审。 |
## 1.1. 基本概念
* **工作状态：**
| 工作状态 | 说明 |
| ---- | ---- |
| OFF状态 | 整机处于断电状态，包括外置MCU和主控。 |
| TEST状态 | 非正常工作状态，此时主控常通电，除非无操作时自动切换到ON状态。 |
| ON状态 | 设备正常工作状态，必须保证低功耗性能，PIR触发抓拍后必须快速关机（主控断电）。 |
**评审补充：**
1. 首次整机上电，必须CPU物理上电，完成SD卡产测文件检测，实现产测功能；
2. 动态切换到TEST/ON状态，需要CPU物理上电；
* **启动模式：决定CPU单次启动的任务内容；**
每次启动的时间都是有限的，由CPU完成单次启动完成任务后发送断电关机指令给MCU，MCU给CPU断开物理电源；启动模式可以由CPU主动询问，也可以由MCU主动发送。
| 启动模式 | 说明 |
| ---- | ---- |
| PIR启动 | PIR触发启动。 |
| TEST启动 | 三档拨键拨到“TEST”，常通电的工作模式。 |
| ON启动 | 三档拨键拨到“ON”，正常工作模式。 |
| 连拍启动 | PIR触发场景下，用户可以设置连拍的张数和连拍的间隔，CPU通过协议告诉MCU在多少时间之后进行连拍启动。 |
| PIR延时启动 | 同PIR启动，只是PIR触发后，需要延时一段时间再给CPU上电。 |
| 定时启动 | 间隔固定时间启动一次，例如：60min/次 **待定** |
| 关机启动 | 某种场景下需要关机，给CPU上电一次，由CPU正式下发“关机”指令。 |
| 低电关机 | 电池低电需要关机，给CPU上电一次，由CPU正式下发“关机”指令。 |
| 异常启动 | CPU不正常时断电重启，例如：喂狗异常，超时启动异常。 |
工作模式对应板子上的三档拨键，有三个工作模式：关机/TEST/ON。
**评审补充：**
* 一个PIR连拍周期内忽略PIR触发；
## 1.2. MCU基本功能
* 外围连接RTC，PIR传感器，电量计；
* 保存数据包括：CPU的启动模式，CPU定时启动时间，工作时间周期，PIR灵敏度；
* 使用串口协议与CPU进行数据/功能协议交互；
| 需要保存的数据 | 说明 |
| ---- | ---- |
| 启动模式 | ---- |
| 定时启动时间 | 例如：60min/次 |
| 工作时间 | 打猎机正常PIR触发的时间周期，例如：2：00 ~ 20：00 |
| PIR灵敏度 | PIR灵敏度设置 |
**存疑：**
硬件光敏接在主控上，先由主控内置MCU控制，正常启动后Linux是否可以复用此GPIO口。
## 1.3. 功能UML时序图
### 1.3.1. 整机物理上电启动
整机物理上电时，根据实际情况刷新设备的工作状态。
补充：
如果掉电无法保存数据，首次物理上电向主控获取；
默认开启喂狗；
```mermaid
sequenceDiagram
participant CPU
participant MCU
MCU ->> MCU:物理上电
MCU ->> MCU:串口初始化
opt 检测到TEST拨档挡位
MCU ->> CPU:物理上电
MCU ->> +CPU:发送启动模式：TEST启动
CPU ->> CPU:TEST启动
CPU -->> -MCU:回复OK
loop 无操作
CPU ->> +MCU:发送关机指令
MCU -->> -CPU:回复OK
MCU ->> CPU:物理断电
end
end
opt 检测到ON拨档挡位
note over MCU:正常工作模式，PIR触发后可给主控上电
end
opt PIR触发中断
MCU ->> CPU:物理上电
MCU ->> +CPU:发送PIR触发启动
CPU ->> CPU:PIR启动
CPU -->> -MCU:回复OK
CPU ->> +MCU:发送关机指令
MCU -->> -CPU:回复OK
MCU ->> CPU:物理断电
end
MCU ->> MCU:休眠
note over MCU:休眠后进入正常工作模式：当发生PIR触发时，
给CPU物理上电并发送PIR启动命令
```
### 1.3.2. MCU休眠逻辑
合理的休眠设计，最大降低产品功耗，延长单次换电的使用周期。
定时中断待确认；
```mermaid
sequenceDiagram
participant CPU
participant MCU
loop 常通电待机
opt CPU关机
CPU ->> MCU:发送关机指令
MCU ->> CPU:物理断电
MCU ->> MCU:休眠
end
opt PIR触发中断
MCU ->> MCU:休眠唤醒
MCU ->> CPU:物理上电
MCU ->> +CPU:发送PIR触发启动
CPU -->> -MCU:回复OK
end
opt TEST按键中断
MCU ->> MCU:休眠唤醒
MCU ->> CPU:物理上电
MCU ->> +CPU:发送TEST启动
CPU -->> -MCU:回复OK
end
opt 设置定时唤醒
CPU ->> MCU:发送设置定时唤醒协议
opt 定时唤醒中断
MCU ->> MCU:休眠唤醒
MCU ->> CPU:物理上电
MCU ->> +CPU:发送定时唤醒启动
CPU -->> -MCU:回复OK
end
end
end
```
### 1.3.3. 常通电待机
描述上电后的各种场景。
#### 1.3.3.1. 定时唤醒刷新环境数据（**待定，忽略**）
MCU定时唤醒更新环境参数，保证工作触发时的环境参数正确性。
```mermaid
sequenceDiagram
participant CPU
participant MCU
loop 常通电待机
loop 大循环定时中断(20min/次)
note over MCU:大循环定时中断负责定时触发小循环定时中断
opt 定时唤醒中断
loop 小循环采集数据（1s/次，共30次）
note over MCU:小循环定时器，短时间间隔唤醒，多次采集环境数据，
计算出合理稳定的环境参数并保存，在工作时可快速响应。
MCU ->> MCU:采集环境数据
note right of MCU:采集光敏数据
opt 采集30次完成
note over MCU:计算平均值作为单次采集的真实数据
MCU ->> MCU:计算30次平均值
opt 对比上次发生翻转
MCU ->> MCU:保存最新数据（白天/黑夜）
MCU ->> +CPU:发送数据同步任务
CPU -->> -MCU:回复OK
MCU ->> CPU:物理上电
CPU ->> +MCU:读取白天黑夜数据
MCU -->> -CPU:回复白天黑夜数据
CPU ->> MCU:断电关机
MCU ->> CPU:物理断电
end
end
end
end
end
end
```
#### 1.3.3.2. 喂狗
外置MCU充当硬件狗，在系统异常时断电重启系统。喂狗逻辑和启动模式无关。
默认开启喂狗；
```mermaid
sequenceDiagram
participant CPU
participant MCU
MCU ->> MCU:物理上电
MCU ->> CPU:某种启动模式触发物理上电
opt 主控开启喂狗
CPU ->> +MCU:开启狗/设置喂狗周期
MCU -->> -CPU:回复OK
loop 主控喂狗
note over MCU:喂狗不需要回复
CPU ->> MCU:喂狗
end
loop MCU定时查狗
alt 主控喂狗异常
MCU ->> CPU:断电重启
MCU ->> +CPU:发送启动模式：喂狗异常启动
CPU ->> CPU:喂狗异常启动
CPU -->> -MCU:回复OK
CPU ->> MCU:断电关机
end
end
end
CPU ->> MCU:断电关机
MCU ->> CPU:物理断电
MCU ->> MCU:休眠
note over MCU:休眠后进入正常工作模式：当发生PIR触发时，
给CPU物理上电并发送PIR启动命令
```
#### 1.3.3.3. 心跳
CPU单次上电时间都是有限的，在主控未主动开启喂狗时，30s主动查询一次心跳，未回复则断电重启。此设计保证程序异常时电量不会一直消耗完。
**注意：** 整机上电之后如果从来未开启过喂狗功能，此功能不生效。避免调试版本不停重启。
取消心跳，默认开启喂狗。喂狗线程模拟主线程心跳；
单次上电时间异常重启，总时间3min；
```mermaid
sequenceDiagram
participant CPU
participant MCU
MCU ->> MCU:物理上电
MCU ->> CPU:某种启动模式触发物理上电
opt 主控开启喂狗
CPU ->> +MCU:开启狗/设置喂狗周期
MCU -->> -CPU:回复OK
MCU ->> MCU:激活心跳功能
end
CPU ->> MCU:断电关机
MCU ->> CPU:物理断电
MCU ->> MCU:休眠
note over MCU:只要CPU某次启动开启喂狗功能，下次启动心跳功能就会生效。
MCU ->> CPU:某种启动模式触发物理上电
opt 心跳功能已经激活
note over MCU:心跳功能在主控未开启喂狗时（异常）发挥作用。
opt 主控未开启喂狗
loop 30s主动查询一次心跳
MCU ->> +CPU:发送心跳包
alt 心跳回复
CPU -->> -MCU:回复OK
else 5s超时， 心跳未回复
MCU ->> CPU:断电重启
MCU ->> +CPU:发送启动模式：心跳异常启动
CPU ->> CPU:心跳异常启动
CPU -->> -MCU:回复OK
CPU ->> MCU:断电关机
end
end
end
CPU ->> MCU:断电关机
MCU ->> CPU:物理断电
MCU ->> MCU:休眠
end
```
#### 1.3.3.4. PIR触发任务
PIR触发是相机的正常工作模式，相机会快速启动抓拍，并快速关机。
```mermaid
sequenceDiagram
participant CPU
participant MCU
loop 常通电待机
opt PIR触发中断
MCU ->> MCU:休眠唤醒
MCU ->> CPU:物理上电
MCU ->> +CPU:发送PIR触发启动模式
CPU ->> CPU:PIR启动
CPU -->> -MCU:回复OK
CPU ->> MCU:断电关机
MCU ->> CPU:物理断电
MCU ->> MCU:休眠
end
end
```
#### 1.3.3.5. TEST拨键启动
TEST模式，相机处于一个长通电状态，功耗较高，长时间无操作会进入正常工作状态。
**存疑：** 实际使用时，当有人把按键从ON拨到TEST时，大概率会先触发PIR启动，再触发TEST启动。
```mermaid
sequenceDiagram
participant CPU
participant MCU
MCU ->> MCU:常电待机
opt 拨键从ON拨到TEST
note over MCU:TEST模式启动，只会发生在从ON切换到TEST的瞬间，
如果PIR触发时，已经处于TEST挡位，此时不影响PIR模式启动
MCU ->> CPU:物理上电
MCU ->> +CPU:发送启动模式：TEST启动
CPU ->> CPU:TEST启动
CPU -->> -MCU:回复OK
opt 拨键从TEST拨到ON
note over MCU:进入ON模式，设备处于正常工作状态
CPU ->> MCU:发送断电关机
MCU ->> CPU:物理断电
end
opt CPU关机
note over MCU:超时关机时，
此时拨键还是处于“TEST”挡位的
CPU ->> MCU:发送断电关机
MCU ->> CPU:物理断电
end
end
MCU ->> MCU:休眠
```
#### 1.3.3.6. 数据同步
主控和外置MCU之间数据同步，包括主控发给外置MCU的，也包括外置MCU发给主控的。数据同步流程可以在任意的工作状态下进行。
```mermaid
sequenceDiagram
participant CPU
participant MCU
MCU ->> MCU:物理上电
MCU ->> CPU:某种启动模式触发物理上电
opt 数据同步
note over MCU:此处根据协议只做一个数据示例，其它协议雷同。
CPU ->> +MCU:设置灵敏度
MCU -->> -CPU:回复OK
end
CPU ->> MCU:断电关机
MCU ->> CPU:物理断电
MCU ->> MCU:休眠
note over MCU:休眠后进入正常工作模式：当发生PIR触发时，
给CPU物理上电并发送PIR启动命令
```
## 1.4. MCU协议
负责对MCU协议进行封包/解包，协议封包/解包功能独立封装成库，详见[协议文档](../../utils/McuProtocol/README.md)。