Add shared waveform processing, generation and firmware image support

c/set-protocol/docs/SIGNAL_GENERATOR.md

@@ -0,0 +1,146 @@
+# Генератор произвольного сигнала WG v1/v2
+
+## Расширение карты v2: F407 до 1 000 000 отсчётов/с
+
+Версия карты в статусе — 2, `set_wave_state.rate` — uint32_t.
+Для записи частоты сначала остановить выход, записать старшие 16 бит в
+`0x1308`, затем младшие 16 бит в `0x1303`. Вторая запись проверяет диапазон
+1…1 000 000 и применяет частоту; обе записи снимают ready. Чтение `0x1308`
+возвращает старшие биты применённой частоты, а слово 3 статуса — младшие.
+Host ABI: операция 9 — запись старшего слова, 8 — его чтение, 2 — запись
+младшего слова (включая ноль). Остальные команды не меняются.
+
+Это версия карты регистров, а не транспорт: SETGUI использует SET v2
+через EmulatorSerialPort, с резервным RTU для старой прошивки. Новый клиент
+понимает статус карт v1/v2; для v1 предел остаётся 50 000. Старый клиент
+отклоняет незнакомую версию 2 до записи. Код F407 и GUI поддерживают 1 МГц;
+порт G474 пока сохраняет прежний аппаратный лимит 50 кГц.
+Ниже описание исходной карты v1; пределы и регистры частоты заменены этим
+расширением для v2. На высоких частотах аналоговое установление зависит
+от величины скачка и нагрузки; аппаратная проверка осциллографом обязательна
+для оценки точности конкретного сигнала.
+
+Общее C99-ядро строит кривые по точкам, преобразует напряжения в коды ЦАП и
+принимает таблицы через RTU поверх USB CDC/COM. Оно не зависит от Qt, HAL или ОС.
+Память предоставляет вызывающий; скрытого heap и глобального состояния нет.
+
+```text
+SETGUI: точки -> Python/ctypes -> set_signal.c -> график / CSV / C
+                               -> set_wavegen.c -> USB CDC
+MCU: USB stream -> set_wave_rtu -> set_wave_port -> TIM6/DMA/DAC
+```
+
+| Файл | Зависимости и назначение |
+|---|---|
+| `include/set_signal.h`, `src/set_signal.c` | C99/math: МНК 1…5, linear, PCHIP, natural cubic spline, 12-bit DAC |
+| `include/set_wavegen.h`, `src/set_wavegen.c` | C99 + `set_crc.c`: транзакционная загрузка и wire codec |
+| `ports/stm32f407-wavegen` | CMSIS F407: PA4/DAC1, TIM6, DMA1 Stream5 Channel7 |
+| `ports/stm32g474-wavegen` | STM32G4 HAL: готовые DAC/TIM/DMA handles из CubeMX |
+| `python/set_devices/signal_reconstruction.py`, `waveform.py` | Модели, JSON/экспорт, ctypes; алгоритмов на Python нет |
+| `python/set_devices/wavegen_protocol.py`, `qt_ports/wavegen.py` | ctypes-кодек и Qt COM worker с проверкой чтением обратно |
+
+## Интерполяция и таблица
+
+`set_signal_reconstruct` принимает раздельные X/Y и workspace `14*N+128`
+элементов double. Сортировка, усреднение одинаковых времён, нормализация,
+МНК через QR и интерполяция выполняются в C. Максимум 100000 входных/10000
+выходных точек. Переданный workspace может повторно использоваться.
+Большие расчёты предназначены для хоста; на MCU можно строить малые таблицы
+или принимать готовую таблицу без затрат на интерполяцию.
+
+`endpoint=1` включает последний X (анализ логов); `endpoint=0` строит один
+период `[0,T)` без дублированного отсчёта стыка. Частота Fs и период T задают
+целое `N=Fs*T`; для WG максимум N=4096, Fs=1…50000 Гц, один канал, циклический
+выход. При разных значениях первой и последней точки на стыке будет скачок.
+Напряжения 0…Vref округляются к ближайшему коду 0…4095; выход за диапазон
+отклоняется целиком. Это относится и к выбросам сплайна. Vref должен
+соответствовать фактическому VDDA/VREF+ платы; это не программируемое питание.
+
+Пример хоста (DLL передаётся через `SETPROTOCOL_LIBRARY`):
+
+```python
+from set_devices.waveform import generate, c_header
+points = [(0, 0), (10, 3.3), (20, 0)]
+wave = generate(points, sample_rate=10000, vref=3.3, method="linear")
+assert len(wave.codes) == 200
+with open("waveform.h", "w", encoding="utf-8") as output:
+    output.write(c_header(wave))
+```
+
+## Контракт порта
+
+`start(context, samples, count, sample_rate)` возвращает 0 при успехе;
+`stop(context)` синхронно прекращает DMA и устанавливает нулевой выход.
+Память таблицы принадлежит `set_wave_state`, её нельзя менять до stop.
+Вызывайте RTU и обслуживание состояния из одного основного потока, не из IRQ.
+IRQ USB помещает байты в очередь; USB-пакеты не являются границами RTU.
+
+```c
+static uint16_t samples[SET_WAVE_MAX]; /* DMA-accessible SRAM, not CCM */
+static set_wave_state wave;
+static set_wave_f407 hardware = {72000000};
+void application_init(void) {
+    set_wave_port port = set_wave_f407_port(&hardware);
+    set_wave_init(&wave, samples, SET_WAVE_MAX, &port);
+}
+size_t on_rtu(const uint8_t *frame, size_t n, uint8_t reply[256]) {
+    return set_wave_rtu(&wave, 16, frame, n, reply, 256);
+}
+```
+
+Для F407 DAC_CH1 — PA4, TIM6 TRGO_UPDATE, DMA1 Stream5/Channel7. Порт использует
+только нижние 16 бит DAC_CR и не меняет канал 2. Таблица лежит в SRAM1/2
+`0x20000000…0x2001FFFF`, не в CCM. Перед первым отсчётом есть один такт
+предзагрузки последнего значения предыдущего периода. Для гарантированной
+целой частоты порт принимает только делители входной частоты TIM6; при
+72 МГц подходят, например, 100, 1000, 5000, 10000, 20000 Гц.
+Частоту таймера передавайте с учётом удвоения при делителе APB1 > 1.
+Ошибку DMA/underrun проверяйте через `set_wave_f407_fault()` и останавливайте
+состояние. На F407-проекте этот вызов включён в главный цикл.
+
+Для G474 настройте CubeMX: DAC1 channel1 (PA4), output buffer enabled,
+TIM6 TRGO_UPDATE, DMA memory-to-peripheral, circular, halfword/halfword,
+memory increment, запрос `DMA_REQUEST_DAC1_CHANNEL1`; подключите HAL IRQ
+для выбранного канала DMA и DAC. Передайте handles и timer_hz в
+`set_wave_g474`. Обработчики ошибок DMA/DAC в приложении должны вызвать stop
+и сбросить `wave.running/ready`. Порт проверен компиляцией с CubeG4 1.6.1;
+конкретная плата G474 здесь не прошита.
+
+## USB / Modbus RTU
+
+Адрес по умолчанию 16, FC03/FC06, CRC16 Modbus. Максимальный запрос — 8 байт,
+ответ — 21 байт; существующий потоковый USB RTU parser F407 подходит без
+изменения формата. Все поля строит/проверяет C-кодек, GUI не пакует байты.
+
+| Регистр | Значение |
+|---|---|
+| `0x1300`, FC03, 8 слов | `0x5747`, версия 1, running, Fs, count, received, ready, capacity |
+| `0x1302`, FC06 | 0: stop и нулевой выход; 1: start только после commit |
+| `0x1303`, FC06 | Частота 1…50000; сбрасывает ready |
+| `0x1304`, FC06 | Начать загрузку, число отсчётов 2…4096; сброс received/ready |
+| `0xA000+i`, FC06 | Последовательная загрузка отсчёта 0…4095; повтор того же значения допустим |
+| `0xA000+i`, FC03, 1 слово | Чтение загруженного отсчёта для проверки |
+| `0x1306`, FC06 | `0xA55A`: commit, только если все отсчёты загружены |
+
+Во время running разрешены чтение и stop; запись/перезагрузка дают исключение
+6. Неполная таблица не запускается. Повреждённый CRC и чужой адрес не меняют
+состояние. При reset ready/running=0, таблица не сохраняется во Flash.
+Профиль и регистры генератора не являются регистратором УМП или протоколом 2812.
+
+Хост выполняет probe → stop → Fs → count → samples → readback каждого
+отсчёта → commit → status. Пуск — отдельная пользовательская команда.
+После потери USB уже запущенный DAC продолжает автономное воспроизведение;
+при таймауте состояние неизвестно до повторного status/stop. Одновременно
+используйте одного клиента, не открывайте этот же COM во вкладке подключения.
+
+## Потребители и проверки
+
+- SETGUI: «Логи и графики → Генератор», JSON, CSV и C header.
+- `home/407vet6_emul_TMS_Periph`: USB CDC и UART, штатный адрес настройки STM,
+  отдельный PA4 DAC выход; HAL/CMSIS и настройки платы остаются в проекте.
+- G474: переносимый HAL-порт; board init остаётся в целевой прошивке.
+- `tests/test_signal_wave.c`: C-векторы интерполяции, DAC, CRC, неполной
+  загрузки, readback и блокировки running. Общие байты проверены Python
+  ctypes и фактическим USB stream parser эмулятора.
+
+Аппаратная проверка амплитуды, периода и формы осциллографом не выполнена.