核心框架

本文档详细描述 FastBee-Arduino 的核心框架组件、关键类结构和重要方法,为开发者提供深入的实现参考。

核心框架的几个主干模块对应到 Web 控制台中的状态、外设、规则和文件能力。调试框架生命周期时，建议同时观察仪表盘资源、外设列表、外设执行规则和文件系统状态。

设备仪表台总览

外设配置列表

外设执行规则列表

文件管理页面

核心服务边界图

核心服务边界图用于判断功能应该落在哪个模块：外设归 Peripheral，规则归 PeriphExec，联网归 Network，平台和总线归 Protocols，文件、日志和配置归系统服务。

外设执行引擎内部结构

FastBeeFramework 主框架

FastBeeFramework 是系统的核心控制器,负责初始化所有子模块并协调它们的工作。

初始化流程

FastBeeFramework::getInstance()
  ├── loadConfig()              // 从 LittleFS 加载所有 JSON 配置
  ├── initPeripherals()         // 初始化所有启用的外设
  ├── initNetwork()             // 启动 WiFi/网络服务和 Web 服务器
  ├── initProtocols()           // 初始化 MQTT/Modbus 等协议
  ├── initPeriphExec()          // 启动规则引擎和异步执行
  └── startHealthMonitor()      // 启动健康监控和内存门控

关键方法

方法	说明
setup()	系统启动入口,按序调用所有初始化方法
loop()	主循环,处理定时任务和事件分发
getPeripheralManager()	获取外设管理器实例
getPeriphExecManager()	获取规则引擎实例
getProtocolManager()	获取协议管理器实例
getNetworkManager()	获取网络管理器实例

生命周期管理

启动 → setup() → 加载配置 → 初始化模块 → 进入 loop()
                                    ↓
                              处理定时任务
                              处理网络事件
                              处理协议消息
                              健康监控检查
                                    ↓
                              持续运行 (7x24)

PeriphExecManager 规则引擎

PeriphExecManager 是实现"当条件满足时执行动作"的核心模块。

规则数据模型

{
  "id": "exec_rule_01",
  "name": "规则名称",
  "enabled": true,
  "execMode": 0,
  "triggers": [
    {
      "triggerType": 1,
      "triggerPeriphId": "dht_01",
      "timerMode": 0,
      "intervalSec": 10,
      "timePoint": "",
      "eventId": "",
      "operatorType": 0,
      "compareValue": "",
      "pollResponseTimeout": 1000,
      "pollMaxRetries": 2,
      "pollInterPollDelay": 100
    }
  ],
  "actions": [
    {
      "targetPeriphId": "relay_01",
      "actionType": 0,
      "actionValue": "",
      "useReceivedValue": false,
      "syncDelayMs": 0,
      "execMode": 0
    }
  ],
  "protocolType": 0,
  "scriptContent": "",
  "reportAfterExec": true
}

触发器类型详解

类型	值	名称	说明	关键字段
平台触发	0	PLATFORM_TRIGGER	MQTT下发数据触发	operatorType, compareValue
定时触发	1	TIMER_TRIGGER	周期/定点时间触发	timerMode, intervalSec, timePoint
事件触发	4	EVENT_TRIGGER	系统事件/数据源阈值	eventId, operatorType, compareValue
轮询触发	5	POLL_TRIGGER	Modbus/本地数据条件	triggerPeriphId, poll配置

触发器关系: 同一规则的多个触发器是 OR 关系,任一匹配即触发。

动作类型详解

值	枚举名称	分类	actionValue 含义
0	ACTION_HIGH	GPIO	忽略,设置目标引脚高电平
1	ACTION_LOW	GPIO	忽略,设置目标引脚低电平
2	ACTION_BLINK	GPIO	闪烁间隔毫秒(默认 500)
3	ACTION_BREATHE	GPIO	呼吸灯周期毫秒(默认 2000)
4	ACTION_SET_PWM	GPIO	PWM 占空比 0-255
5	ACTION_SET_DAC	GPIO	DAC 输出值 0-255
6	ACTION_SYS_RESTART	系统	忽略,延时 500ms 后重启设备
7	ACTION_SYS_FACTORY_RESET	系统	忽略,格式化 LittleFS 后重启
8	ACTION_SYS_NTP_SYNC	系统	忽略,触发 NTP 时间同步
10	ACTION_CALL_PERIPHERAL	外设	调用外设专用方法(JSON)
13	ACTION_HIGH_INVERTED	GPIO	忽略,反相高电平(低有效)
15	ACTION_SCRIPT	脚本	命令脚本内容
19	ACTION_SENSOR_READ	传感器	读取参数(JSON)
21	ACTION_TRIGGER_EVENT	事件	触发逻辑事件
24	ACTION_DISPLAY_TM1637	显示	TM1637 显示参数
25	ACTION_DISPLAY_OLED	显示	OLED 显示参数
26	ACTION_DISPLAY_LCD	显示	LCD 显示参数
27	ACTION_DISPLAY_ROTATE	显示	轮换显示参数

动作关系: 同一规则的多个动作按数组顺序 顺序执行。

传感器读取 actionValue 格式

actionType: 19 使用 JSON 字符串描述读取方式:

{
  "periphId": "sht31_i2c",
  "sensorCategory": "SHT31",
  "dataField": "temperature",
  "sensorLabel": "温度",
  "unit": "℃",
  "decimalPlaces": 1,
  "driverParams": {
    "addr": "0x44",
    "sda": 21,
    "scl": 22
  }
}

常用 sensorCategory:

sensorCategory	输出字段	资源建议
analog	voltage, value	ESP32 可用
digital	value	ESP32 可用
dht11 / dht22	temperature, humidity	ESP32 可用
ds18b20	temperature	ESP32 可用
ultrasonic	distance	ESP32 可用
current	current	ESP32 可用
voltage	voltage	ESP32 可用
SHT31	temperature, humidity	ESP32 可用,轻量 I2C
AHT20	temperature, humidity	ESP32 可用,轻量 I2C
BH1750	illuminance	ESP32 可用,轻量 I2C
BMP280	temperature, pressure, altitude	建议 esp32s3-F16R8
MPU6050	accelX/Y/Z, temperature, gyroX/Y/Z	建议 esp32s3-F16R8

异步执行引擎

Worker池架构:

• 预创建 3 个异步任务 (避免运行时分配)
• 最小堆内存门控: 30KB
• 任务栈大小: 4KB (普通) / 8KB (脚本)
• 任务优先级: 0 (最低)

执行流程:

规则触发 → 检查堆内存 (>30KB?)
       → 是: 派发异步任务到 Worker 池
       → 否: 记录 WARN 日志,跳过执行
       → Worker 执行动作序列
       → 上报执行结果

关键方法:

• evaluateCondition(): 评估触发器条件
• dispatchAction(): 分发动作到执行器
• executeRuleAsync(): 异步执行规则
• onSensorData(): 处理传感器数据事件

PeripheralManager 外设管理

PeripheralManager 负责所有外设的生命周期管理。

外设配置模型

{
  "id": "sensor_01",
  "name": "传感器名称",
  "type": 38,
  "enabled": true,
  "pinCount": 1,
  "pins": [13, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255],
  "params": {}
}

字段说明:

• id: 唯一标识,用于规则引用
• name: 显示名称
• type: 外设类型枚举值
• enabled: 是否启用
• pinCount: 使用引脚数量
• pins: 引脚数组 (255 表示未使用)
• params: 类型特定参数

常用外设类型

type	名称	说明	引脚数
1	UART	串口 / Modbus RTU	2 (TX/RX)
2	I2C	I2C 总线	2 (SDA/SCL)
11	GPIO_DIGITAL_INPUT	数字输入	1
12	GPIO_DIGITAL_OUTPUT	数字输出	1
13	GPIO_DIGITAL_INPUT_PULLUP	上拉输入(按键)	1
14	GPIO_DIGITAL_INPUT_PULLDOWN	下拉输入	1
15	GPIO_ANALOG_INPUT	ADC 模拟输入	1
17	GPIO_PWM_OUTPUT	PWM 输出	1
18-20	GPIO_INTERRUPT	中断输入 (上升/下降/双沿)	1
21	GPIO_TOUCH	触摸输入	1
26	ADC_INPUT	ADC 输入(别名)	1
36	LCD	显示屏(SSD1306/SH1106)	2 (I2C)
37	SDIO	SD 卡接口(占位)	4-6
38	SENSOR	传感器(DHT/DS18B20/超声波等)	1-2
41	PWM_SERVO	舵机	1
42	STEPPER_MOTOR	步进电机	4-6
43	ENCODER	旋转编码器	2-3
44	ONE_WIRE	单总线(DS18B20)	1
45	NEO_PIXEL	WS2812B RGB 灯带	1
47	SEVEN_SEGMENT_TM1637	TM1637 数码管	2 (CLK/DIO)
51	MODBUS_DEVICE	Modbus 从站设备	0 (UART)
60	DEVICE_EVENT	逻辑事件源	0

硬件初始化流程

1. 验证引脚合法性
   - 避开 GPIO6-11 (Flash 引脚)
   - GPIO34-39 仅输入
   - WiFi 开启后 ADC2 不可用

2. 检查引脚冲突
   - 同一引脚不能重复分配
   - I2C 设备可共用 SDA/SCL

3. 配置引脚模式
   - pinMode(pin, INPUT/OUTPUT/INPUT_PULLUP)
   - ledcSetup() for PWM
   - adcAttachPin() for ADC

4. 初始化外设驱动
   - 根据 type 创建对应 Driver
   - 调用 driver->begin(pins, params)

5. 注册到外设列表
   - 添加到 m_peripherals map
   - 记录引脚占用表

关键方法:

• addPeripheral(): 添加外设
• initHardware(): 初始化硬件
• setupHardware(): 配置引脚
• removePeripheral(): 删除外设
• getPeripheral(): 获取外设实例
• performMaintenance(): 定期维护（处理 ISR 中断队列）
• processInterruptQueue(): 从 FreeRTOS 队列取出中断事件并分发

中断处理机制:

GPIO 中断通过 FreeRTOS 队列从 ISR 上下文安全地传递到主循环：

ISR中断 → xQueueSendFromISR(pin) → 主循环 performMaintenance() → processInterruptQueue() → handleInterrupt(pin)

传感器数据缓存

传感器读取动作会把最近一次读数写入本地缓存:

// 缓存键格式
"sensor_cache:<periphId>:<dataField>"

// 示例
"sensor_cache:dht_01:temperature" → 28.5
"sensor_cache:dht_01:humidity" → 65.2

缓存数据用于:

• 事件触发器条件评估
• Web 界面实时显示
• MQTT 数据上报

ConfigStorage 配置存储

ConfigStorage 管理所有配置的持久化。

配置文件结构

/config/
  ├── device.json       # 设备配置(名称/型号/序列号)
  ├── network.json      # 网络配置(WiFi/以太网/4G/LoRa)
  ├── peripherals.json  # 外设配置(所有外设列表)
  ├── periph_exec.json  # 执行规则(触发器+动作)
  ├── protocol.json     # 协议配置(MQTT/Modbus)
  ├── roles.json        # 角色配置(full版)
  └── users.json        # 用户配置(full版)

存储策略

LittleFS 文件系统:

• 嵌入式 Flash 文件系统
• 支持 wear leveling (磨损均衡)
• 掉电安全 (原子写入)

JSON 序列化:

• 使用 ArduinoJson 库
• 紧凑模式 (减少空间占用)
• 流式读写 (避免全量加载)

写入保护:

• 先写临时文件 .tmp
• 验证 JSON 格式
• 原子替换原文件
• 失败时保留原配置

配置导入导出

导出 API:

GET /api/system/export-config?type=peripherals
GET /api/system/export-config?type=periph_exec
GET /api/system/export-config?type=all

导入 API:

POST /api/system/import-config
Body: multipart/form-data (JSON文件)

关键方法:

• loadConfig(): 加载配置
• saveConfig(): 保存配置
• exportConfig(): 导出配置
• importConfig(): 导入配置

HealthMonitor 健康监控

HealthMonitor 持续监控系统健康状态。

监控指标

指标	检查间隔	说明
空闲堆内存	5秒	ESP.getFreeHeap()
最大可分配块	5秒	ESP.getMaxAllocHeap()
WiFi连接状态	1秒	WiFi.status()
MQTT连接状态	1秒	MQTTClient.connected()
系统运行时间	持续	millis()

告警机制

内存阈值:

堆内存	动作	原因
< 20KB	WARN 日志	提醒内存不足
< 10KB	关闭 SSE	SSE 连接占用 ~8KB
< 5KB	降低日志级别	减少字符串分配

恢复策略:

• 不自动恢复 (避免频繁抖动)
• 需外部干预 (重启/关闭功能)
• 记录告警日志供排查

WDT 看门狗

配置:

esp_task_wdt_init(10, true);  // 10秒超时

原因:

• async_tcp 文件 I/O 可能阻塞
• 大型 JSON 序列化耗时
• 防止系统死锁

喂养:

• loop() 主循环自动喂养
• 异步任务需手动喂养

启动诊断

输出信息:

[BOOT] Chip: ESP32-WROOM-32U Rev3
[BOOT] Flash: 4096KB, PSRAM: 0KB
[BOOT] Cores: 2, Features: WiFi/BT/BLE
[BOOT] Free heap: 285432 bytes
[BOOT] Max alloc: 114688 bytes
[BOOT] PSRAM: disabled (no-PSRAM build)

用途:

• 快速判断 PSRAM 是否正常
• 确认可用内存容量
• 排查启动失败问题

关键类关系

FastBeeFramework
  ├── PeripheralManager* m_peripheralManager
  ├── PeriphExecManager* m_periphExecManager
  ├── NetworkManager* m_networkManager
  ├── ProtocolManager* m_protocolManager
  ├── ConfigStorage* m_configStorage
  └── HealthMonitor* m_healthMonitor

PeripheralManager
  ├── map<string, Peripheral*> m_peripherals
  ├── map<int, bool> m_pinOccupancy
  └── vector<Driver*> m_drivers

PeriphExecManager
  ├── map<string, ExecRule*> m_rules
  ├── WorkerPool* m_workerPool
  ├── map<string, string> m_sensorCache
  └── ButtonEventSubsystem* m_buttonEvents

NetworkManager
  ├── WiFiManager* m_wifiManager
  ├── WebConfigManager* m_webManager
  └── NetworkAdapter* m_activeAdapter

ProtocolManager
  ├── MQTTClient* m_mqttClient
  ├── ModbusHandler* m_modbusHandler
  └── map<string, ProtocolHandler*> m_protocols

相关文档

• 架构设计 - 整体架构和模块关系
• 外设执行流程 - 规则引擎完整业务逻辑
• 外设配置指南 - 所有外设类型详解
• 开发指南 - 添加新外设和协议

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