OptoTest/README.md

# Optical Channel / Gate Driver Tester — ESP32-C3 / ESP32-S3

Полностью рабочий Arduino IDE-проект для строгой проверки оптического цифрового канала. Устройство формирует PWM на выбранной частоте, последовательно уменьшает длительность импульса по заданному списку и проверяет ответ канала: частоту и длительность импульса. Поддерживаются роли `SOLO`, `MASTER` и `SLAVE`; роли выбираются только вручную.

## Что реализовано

- неблокирующий конечный автомат без `pulseIn()` и длинных `delay()`;
- общие для оптического и драйверного тестов частота PWM и диапазон импульсов;
- четыре рабочих режима: `SOLO OPTICAL`, `SOLO DRIVER` (только S3),
  `MASTER OPTICAL`, `SLAVE OPTICAL`;
- настраиваемый для теста драйвера код `HH`, `HL`, `LH`, `LL`; в тесте
  оптики полярность входного сигнала определяется автоматически;
- аппаратные LEDC (C3) и MCPWM (S3) с расчётом реально получившихся частоты и длительности импульса;
- Arduino-ESP32 3.3.10: на S3 два аппаратных канала MCPWM Capture из отдельной группы фиксируют RISING и FALLING в независимых регистрах общего 32-битного таймера 80 МГц;
- безопасный fallback для старых Arduino-ESP32 3.x через GPIO edge ISR и аппаратный CPU cycle counter (верхний предел при этом автоматически ограничен 100 кГц);
- отбрасывание ровно `PWM_SETTLE_CYCLES` полных периодов;
- потоковая статистика без хранения всех периодов;
- немедленный FAIL по первому отдельному импульсу или периоду вне допуска;
- десять измерительных участков на каждой длительности импульса с промежуточным отображением результата;
- ESP-NOW discovery, handshake, CRC, session/stage/sequence, ACK, повторы и защита от старых пакетов;
- SSD1306 128×32: каждый экран всегда состоит ровно из двух строк;
- две кнопки, debounce, long press и repeat; после long press ложный short click не создаётся;
- Preferences/NVS с версией структуры, checksum, проверкой индексов и восстановлением defaults;
- работа через Serial при отсутствующем OLED;
- безопасное выключение PWM при PASS, FAIL, ABORT и потере связи.
- полный журнал действий в Serial с временными метками; OLED необязателен.

## Файлы

Arduino sketch находится в каталоге `OpticalChannelTester`:

- `OpticalChannelTester.ino` — стандартная точка входа Arduino IDE;
- `Config.h` — GPIO, тайм-ауты, пределы и все пользовательские массивы;
- `Core.*` — последовательность длительностей, ALL, допуски, статистика;
- `Buttons.*` — автомат двух кнопок;
- `SettingsStore.*` — NVS;
- `Display.*` — OLED и компактное форматирование;
- `Log.*` — журнал действий и Serial-зеркало интерфейса;
- `Pwm.*` — LEDC / MCPWM;
- `Receiver.*` — MCPWM Capture на S3 / совместимый GPIO fallback;
- `Measurement.*` — строгая проверка периодов;
- `Protocol.*`, `Radio.*` — ESP-NOW;
- `App.*` — общий конечный автомат SOLO/MASTER/SLAVE.

## Требования Arduino IDE

Проверенная конфигурация:

- Arduino IDE 2.x;
- пакет плат **esp32 by Espressif Systems 3.3.10**;
- **Adafruit GFX Library 1.12.1**;
- **Adafruit SSD1306 2.5.15**;
- Adafruit BusIO устанавливается Library Manager как зависимость.

В Arduino IDE откройте `OpticalChannelTester/OpticalChannelTester.ino`. Не переносите один `.ino` отдельно: остальные вкладки являются частью скетча.

Для C3 выберите подходящую плату ESP32-C3, например `ESP32C3 Dev Module`. Для S3 — `ESP32S3 Dev Module`. Затем выберите порт и нажмите Verify/Upload.

## GPIO

Все назначения находятся в начале `Config.h` и могут быть изменены до сборки.

Сейчас в `Config.h` включён `#define MAKETKA`. В этом профиле используются следующие назначения:

| Сигнал | ESP32-C3 | ESP32-S3 |
|---|---:|---:|
| PWM output | GPIO 3 | GPIO 12 |
| Optical RX input | GPIO 4 | GPIO 13 |
| START | GPIO 1 | GPIO 10 |
| MODE | GPIO 0 | GPIO 9 |
| OLED SDA | GPIO 6 | GPIO 44 |
| OLED SCL | GPIO 7 | GPIO 1 |

Если закомментировать `#define MAKETKA`, включается профиль производственной PCB:

| Сигнал | ESP32-C3 | ESP32-S3 |
|---|---:|---:|
| PWM output | GPIO 3 | GPIO 12 |
| Optical RX input | GPIO 4 | GPIO 13 |
| START | GPIO 10 | GPIO 4 |
| MODE | GPIO 20 | GPIO 5 |
| VBAT | GPIO 2 | GPIO 11 |
| Analog RX | GPIO 0 | GPIO 9 |
| OLED SDA | GPIO 6 | GPIO 44 |
| OLED SCL | GPIO 7 | GPIO 1 |

Оба профиля рассчитаны на установку S3 с совмещением контактов `5V` и `GND` с модулем C3. Номера GPIO S3 выбраны по тому же физическому ряду разъёма, а не по совпадению номера GPIO.

На ESP32-C3 PWM формируется через LEDC с аппаратным дробным делителем Q10.8. На ESP32-S3 используется отдельный MCPWM со счётчиком 20 МГц: это позволяет формировать 500 Гц в пределах 16-битного счётчика и сохраняет шаг импульса 50 нс. `TX_LIGHT_ON_GPIO_LEVEL` задаёт постоянное свойство схемы: какой физический уровень `PIN_TX` включает свет. Для приведённой схемы с SN75451 это `HIGH`. Пользовательский код света не изменяет это соответствие. При остановке PWM прошивка выдаёт `TX_LIGHT_OFF_GPIO_LEVEL`. Перед началом точки проверяется, что фактические частота и длительность укладываются в выбранную точность.

### OLED

Подключите SSD1306 128×32: `VCC → 3.3 V`, `GND → GND`, `SDA/SCL` по таблице. Адрес по умолчанию `0x3C`. Если OLED не отвечает, тест продолжает работать и пишет диагностику в Serial 115200.

### Работа вообще без OLED

OLED можно не подключать. Откройте Serial Monitor на **115200 baud**: каждый экран всегда дублируется одной строкой вида:

```text
[      1250][UI      ] MODE: SOLO | START=RUN
```

Полоса прогресса учитывает номер длительности импульса и десять измерительных участков внутри неё.

В Serial также выводятся:

- каждое распознанное нажатие START/MODE и текущее состояние автомата;
- вход, изменение и сохранение каждого пункта меню;
- загрузка, проверка и сохранение NVS;
- запуск/остановка PWM и реальные параметры LEDC;
- начало этапа, число отбрасываемых периодов и параметры измерительного окна;
- все действия ESP-NOW, peer, session/stage/sequence, ACK и повторы;
- статистика этапа, первый плохой период и итоговая причина завершения;
- все строки, которые были бы показаны на OLED.

Во время строгого измерительного окна отдельные импульсы намеренно не печатаются: они проверяются потоково, а итоговая статистика выводится после окна. Это предотвращает влияние Serial на точность и переполнение очереди аппаратных фронтов. Журнал действий включён параметрами в `Config.h`:

```cpp
constexpr bool SERIAL_ACTION_LOG = true;
constexpr bool SERIAL_LOG_TIMESTAMPS = true;
```

### Кнопки

По умолчанию задано:

```cpp
#define BUTTON_ACTIVE_LEVEL LOW
```

Поэтому каждая кнопка подключается между своим GPIO и GND, а прошивка автоматически включает `INPUT_PULLUP`.

Если установить `BUTTON_ACTIVE_LEVEL HIGH`, подключайте кнопку между GPIO и 3.3 V; автоматически будет использован `INPUT_PULLDOWN`. Других изменений логики не требуется.

## Подключение сигнала

### SOLO

```text
ESP GPIO_PWM -> вход передатчика оптического канала
выход приёмника оптического канала -> ESP GPIO_RX
GND ESP -> GND входной/выходной электроники (если канал не гальванически развязан)
```

### MASTER / SLAVE

```text
MASTER GPIO_PWM -> вход передатчика проверяемого канала
выход приёмника проверяемого канала -> SLAVE GPIO_RX
MASTER <~~~~ ESP-NOW Wi-Fi channel 6 ~~~~> SLAVE
```

На обеих ESP должны совпадать `ESPNOW_WIFI_CHANNEL` и версия прошивки. Slave сначала переводится в `SLAVE READY` кнопкой START, затем START нажимается на Master.

Пока бодрствующий Slave находится в `SLAVE READY`, радиоприём работает периодически: окно 20 мс каждые 100 мс, а собственный оптический передатчик Slave выключен. При переходе Slave в light sleep ESP-NOW и Wi-Fi полностью отключаются, поэтому радиопакет не может его разбудить. Master во время поиска посылает серию `DISCOVER` каждые 20 мс и одновременно переключает реальный свет ON/OFF каждые `OPTICAL_WAKE_HALF_PERIOD_MS`. Изменение уровня на оптическом входе пробуждает Slave через GPIO; после этого Slave запускает ESP-NOW и принимает повторяемый `DISCOVER`.

**GPIO ESP32 допускают только логические уровни 0…3.3 В.** Не подавайте 5 В на `GPIO_RX`; применяйте согласование уровня. Полярность выхода оптического приёмника задаётся однозначно его активным уровнем:

Физический уровень выхода приёмника при включённом свете задаёт `RX_LIGHT_ON_GPIO_LEVEL`. Код `HH/HL/LH/LL` используется только тестом драйвера. В тесте оптики приёмник сравнивает первые интервалы с ожидаемой длительностью и автоматически выбирает фактически пришедшую полярность; при заполнении 50% выбор стороны не меняет измеренную длительность.

## Управление

В ожидании на S3:

- MODE short: `SOLO ОПТИКА → SOLO ДРАЙВЕР → MASTER ОПТИКА → SLAVE ОПТИКА`;
- MODE long: открыть настройки;
- START short: начать тест;
- START long во время теста: ABORT, PWM немедленно выключается.

В настройках:

- MODE short: следующий параметр;
- MODE long: проверить диапазон, сохранить один раз в NVS и выйти;
- START short: следующее значение;
- START long: предыдущее значение, затем autorepeat при удержании.

Удержание обеих кнопок минимум 1.5 с при включении восстанавливает defaults.

### Энергосбережение

В ожидании процессор работает на 80 МГц, во время теста и связанной MASTER/SLAVE-сессии — на 160 МГц. В тесте оптики активный импульс передатчика всегда соответствует свету ON и не зависит от настройки уровней. В `SOLO ДРАЙВЕР`, Slave, при остановленном PWM и во сне свет всегда принудительно выключен: драйвер не может остаться включённым после теста. После тайм-аута бездействия в `IDLE`, `FINISHED` или `SLAVE READY` OLED выключается, а ESP переходит в непрерывный light sleep без периодических таймерных пробуждений.

START и MODE будят устройство. Первое, пробуждающее нажатие не выполняет действие и полностью подавляется до отпускания кнопки; действие выполняет только следующее нажатие. Оптический wake-сигнал также немедленно выводит Slave из энергосбережения. Тайм-аут задаётся `IDLE_POWER_SAVE_TIMEOUT_MS` в `Config.h`.

## Настройки теста

Меню содержит шесть общих параметров:

1. частота ШИМ из `PWM_FREQUENCY_OPTIONS_HZ`;
2. максимальная длительность импульса из отдельного `MAX_PULSE_OPTIONS_NS`;
3. минимальная длительность импульса из отдельного `MIN_PULSE_OPTIONS_NS`;
4. точность;
5. время выборки.
6. код света `HH`, `HL`, `LH`, `LL` — только для теста драйвера.

Экран активного уровня:

```text
АКТ. УРОВЕНЬ:    HL
TX:H, RX:L
```

В тесте драйвера первая буква задаёт активное состояние света TX, вторая —
активное состояние света RX. Буквы никогда не обозначают уровни GPIO. Для
1SP0635, у которого управление выполняется светом ON, а ACK передаётся светом
OFF, типичен `HL`. В режимах оптики этот пункт показывает `АВТО`, кнопки не
изменяют сохранённый код, а входная полярность определяется по принятому PWM.

Тест работает на одной выбранной частоте и проходит длительности из списка от максимальной к минимальной. Значения, равные периоду или превышающие его, автоматически исключаются при выборе частоты. На S3 минимальная длительность ограничивается расчётной точностью генератора и MCPWM Capture 80 МГц: длинная пауза не снижает точность короткого импульса. Меню не позволяет задать точку, которой аппаратно не хватает выбранного допуска. Сохранённые индексы и их сочетания проверяются и приводятся к допустимому диапазону.

MAX и MIN имеют независимые массивы и независимые индексы. Сам тест проходит отдельный полный список `TEST_PULSE_WIDTHS_NS`. Все пункты меню зациклены: после последнего допустимого значения выбирается первое, а при движении назад перед первым выбирается последнее.

`ALL` пересчитывается после изменения частоты, границ импульса или времени выборки и отображается с точностью до целой секунды. Для каждой точки учитывается:

```text
max(TEST_TIME, periods / RX_PROCESSING_PERIODS_PER_SECOND)
+ PWM_SETTLE_CYCLES / actualFrequency × 10
+ OLED_PROGRESS_UPDATE_MS × 11
```

`TEST TIME` — это чистое время выборки сигнала, а не полная длительность этапа. На высоких частотах полная длительность заметно возрастает из-за проверки каждого периода. Расчёт использует консервативную производительность 300 тысяч периодов в секунду.

## Строгая проверка

В тесте оптики после каждой перенастройки PWM приёмник:

1. автоматически определяет фактически пришедшую полярность Rx; отдельные каналы MCPWM Capture S3 фиксируют RISING и FALLING в независимых регистрах общего 32-битного таймера 80 МГц;
2. отбрасывает ровно `PWM_SETTLE_CYCLES` полных периодов;
3. очищает статистику;
4. непрерывно держит MCPWM Capture включённым на всём измерительном этапе, проверяет каждый полный импульс ровно один раз и на десяти границах TEST TIME показывает промежуточный результат; границы прогресса не останавливают capture и не выбрасывают пересекающий их импульс. Между длительностями сначала останавливается PWM, затем capture, поэтому очистка очереди не пересекается с ISR.

Каждый полный период и каждый активный импульс проверяются отдельно с выбранным относительным допуском 1%, 2%, 5% или 10%. Поэтому единичное искажение не растворяется в среднем остальных импульсов. После трёх начальных фронтов приёмник работает как простой автомат чередующихся интервалов «импульс — пауза»: тип последующих фронтов не используется, а лишний или потерянный фронт превращается в конкретный `PULSE OUT` или `PERIOD OUT`, не в абстрактный `GLITCH`. Для одного измерения допускается только коррекция на один такт приёмного таймера в сторону заданного значения — это неизбежная неопределённость фиксации фронта. Если после неё конкретная частота или длительность остаётся вне допуска, тест немедленно завершается ошибкой. Накопленное среднее используется только для строк `F:..., P:...` и итогового журнала. Переполнение очереди фронтов немедленно даёт `DATA LOSS ERROR`.

Во время этапа OLED показывает заданную точку и измеренный ответ, например:

```text
TEST: 2kHz, 2us
F:2.000k, P:2.00u
```

При ошибке сохраняется прежний двухстрочный стиль с конкретным значением,
вышедшим за допуск:

```text
СБОЙ: 2kHz, 200us
ИМПУЛЬС: 300.01u
```

В MASTER/SLAVE передаются выбранная и фактическая длительность импульса и измеренный результат. На принимающей стороне полярность Rx определяется автоматически.

Незавершённый период в начале и конце временного участка не учитывается. Общая статистика и отображаемое среднее по всем принятым полным периодам этапа сохраняются, но решение PASS/FAIL принимается по каждому импульсу отдельно.

Причины: `NO SIGNAL`, `PERIOD OUT`, `DUTY OUT` (в интерфейсе — ошибка длительности импульса), `EXTRA EDGE`, `GLITCH`, `LOST EDGE`, `DATA LOSS ERROR`, `LINK LOST`, `UNSUPPORTED`, `RESOLUTION`, `ABORTED`.

## Тест драйвера — только ESP32-S3

В `SOLO ДРАЙВЕР` используются те же частота, MAX/MIN, точность и время точки.
Для драйверного теста минимальная выбираемая длительность входного импульса —
2 мкс. При переключении из оптического режима сохранённое значение меньше
2 мкс автоматически заменяется на 2 мкс. Частота, MAX, MIN и время точки
остаются общими настраиваемыми параметрами.

Фронты `PIN_RX` и конец каждого импульса `PIN_TX` фиксируются аппаратным
MCPWM Capture по общему 80-МГц таймеру с шагом 12,5 нс. Начало TX
восстанавливается от аппаратно захваченного конца и фактической длительности,
запрограммированной в MCPWM. Период выдаётся анализатору с задержкой в один
цикл: следующий захваченный TX гарантирует, что оба 700-нс фронта предыдущего
ACK уже находятся в аппаратном буфере.

Для каждого фронта TX ожидается активный ответ RX. Паспортные 250 нс до начала
ACK и 700 нс его длительности используются как справочные величины, но не как
условие PASS/FAIL: задержки тестовой передающей и принимающей оптики могут их
сдвигать. Если полный импульс ответа присутствует, ACK считается принятым.
Каждый RX сопоставляется с ближайшим предшествующим фронтом TX. Поэтому при
пропуске одного ответа ACK следующего фронта не может быть ошибочно приписан
пропущенному фронту с задержкой, равной длительности входного импульса плюс D.
На OLED в режиме драйвера первая строка показывает параметры текущей точки
`ТЕСТ: частота, импульс`, а вторая — измеренную задержку от фронта TX до начала
ответа и длительность ответа в формате `D: ..., P: ...`.
Отсутствие начала ответа до предела 2 мкс даёт `НЕТ ОТВЕТА ACK`; проверка
выполняется сразу для первого пропущенного фронта, без ожидания конца всей
выборки. Отдельный импульс
статуса драйвера и ответ, остающийся активным дольше 1,5 мкс, считаются
`АВАРИЯ ДРАЙВЕРА`.

Для каждого проверяемого фронта TX всегда требуется отдельный полный ACK. При
включении MCPWM Capture первый TX-импульс может уже идти: его конец будет
захвачен, но начало ACK могло произойти раньше включения периферии. Поэтому
два первых восстановленных периода используются только для синхронизации и
освобождения отложенных событий независимых каналов фронтов. Проверка
начинается с третьего периода; при 500 Гц это добавляет 4 мс, а не ожидание
общего тайм-аута.

Время каждой точки делится на 10 равных подвыборок. Во время подвыборки OLED и
Serial не обновляются. После каждой подвыборки захват и PWM останавливаются,
на OLED выводятся накопленные `D` и `P` и прогресс, затем та же точка
автоматически продолжается. Это исключает потерю короткого RX-фронта из-за
I2C-обновления дисплея.

После успешного завершения последней точки OLED показывает `ТЕСТ ПРОЙДЕН`, а
во второй строке сохраняет итоговые накопленные значения `D` и `P`.

При ошибке русская локализация не использует английские фразы `FAIL AT`,
`TEST`, `FREQ OUT` или `PULSE OUT`. Первая строка показывает причину по-русски,
вторая — `T` (время от вызвавшего аварию фронта TX до начала аварийного
RX-импульса), `D` (задержку ошибочного ответа, если она определима) и `P`
(длительность ошибочного RX-импульса). Для
отсутствующего ACK значение `P` выводится как `---`. Точные значения в
наносекундах дополнительно записываются в Serial-журнал.

Подключение ESP32-S3 к работающему USB-хосту запрещает переход в light sleep,
даже если COM-порт закрыт и обмена Serial нет. Краткие пропадания USB SOF
фильтруются в течение 5 секунд. Кабель или зарядник только с питанием, без
линий D+/D−, программно определить невозможно без отдельного входа контроля
VBUS.
Тест идёт от MAX к MIN и останавливается на первой длительности, при которой
драйвер перестал отвечать корректно. Это определяет границу распознавания
входа, но не доказывает, что напряжение VGE успело полностью открыть IGBT.

### Пределы

- C3 и S3: настраиваемый строгий предел до 1 МГц;
- выше строгого аппаратного предела выдаётся `UNSUPPORTED`, ослабленной проверки нет;
- комбинации, для которых PWM или аппаратный capture не дают выбранную точность, отсекаются ещё в меню; повторная проверка перед стартом остаётся защитой от аппаратного сбоя.

Реальный предел зависит от конкретной платы, разводки, формы фронтов, Wi-Fi нагрузки и оптического оборудования. Начинайте проверку с 2 кГц и импульсов 200…2 мкс.

## Первый запуск SOLO

1. Соберите схему SOLO и ещё раз убедитесь, что на `GPIO_RX` не бывает напряжения выше 3.3 В.
2. Откройте Serial Monitor на 115200 baud.
3. Включите плату. На OLED должно быть `MODE: SOLO` / `START=RUN`.
4. Если выбран другой режим, коротко нажимайте MODE до SOLO.
5. Для первого опыта оставьте defaults: 2 кГц, импульсы 200…2 мкс, accuracy 5%. Полярность Rx определяется автоматически.
6. Коротко нажмите START.
7. Serial покажет запрошенные и фактические параметры PWM, список длительностей, ALL и статистику каждой точки.
8. Успех: `ТЕСТ ПРОЙДЕН`. Ошибка: русская причина и строка таймингов.

## Проверка проекта

Целевая версия проекта — Arduino-ESP32 3.3.10. В доступной среде исходный код собран Arduino CLI с этой версией:

| Target | Arduino-ESP32 | Flash | RAM | Результат |
|---|---:|---:|---:|---|
| ESP32-C3 | 3.3.10 | 1,045,075 B (79%) | 41,012 B (12%) | PASS |
| ESP32-S3 | 3.3.10 | 976,233 B (74%) | 49,812 B (15%) | PASS |

Физическое оборудование в этой среде недоступно, поэтому реальные оптические фронты, MCPWM Capture под длительной нагрузкой, дальность ESP-NOW и электрическая совместимость должны быть проверены на ваших платах. Сборка и программные тесты не выдаются за аппаратный тест.