【单片机】之日志存储

核心问题：

单片机（如STM32、ESP32、51系列等）内部存储资源（RAM和Flash）极其有限。在运行复杂应用时，既要保证核心功能的实时性，又要存储大量用于后期诊断的调试日志，这变得非常困难。尤其是在发生致命错误导致系统重启时，关键的异常现场信息往往会丢失，使得问题复现和定位异常艰难。

解决思路：

将日志生成 与日志存储两个任务解耦。单片机仅负责生成和实时发送关键日志，而将繁重的存储任务"外包"给一个专用的、大容量的外挂日志模块。这相当于为单片机系统配备了一个不受其自身复位影响的"黑匣子"。

该系统主要由三部分构成：

主单片机系统：
- 职责： 执行核心业务逻辑，监控自身及外围电路状态。
- 日志内容：
  - 系统事件： 上电、软/硬件看门狗复位、正常关机、异常断电。
  - 错误代码： 内存分配失败、传感器通信超时、数据校验错误等。
  - 关键变量： 在特定时刻记录的重要程序变量、状态机当前状态。
  - 程序里程碑： 进入某个重要函数、完成某个关键任务。
  - 断言信息： 当程序检测到不可能发生的条件时，记录文件名、行号及条件。
外挂日志模块：
- 核心功能： 一个独立的、简化版的单片机系统，专门负责接收、缓存、管理并存储日志。
- 硬件构成：
  - 从控MCU： 一颗资源相对较少但稳定的单片机。
  - 通信接口： UART（串口），这是最常用、最简单可靠的接口。
  - 存储介质： SD卡（支持FAT32文件系统），提供GB级别的巨大存储空间。
  - 实时时钟（RTC）： 为每一条日志提供精确的时间戳。如果主控MCU有RTC，也可通过日志发送时间。
  - 电源电路： 确保稳定供电，最好能支持在主机断电时仍能完成当前日志的写入。
通信链路：
- 物理层： 通过UART串口（TX， RX， GND）连接。
- 协议层： 自定义一个简单高效的应用层协议，以确保数据的完整性和可解析性。

初始化阶段：
- 主单片机和日志模块上电。
- 主单片机初始化其UART外设，配置好波特率（如115200）、数据位、停止位、校验位。
- 日志模块初始化其UART，并挂载SD卡文件系统，检查是否存在日志文件，若不存在则创建新文件（如LOG_20241027.txt）。
- 日志模块准备好后，可向主机发送一个"就绪"信号（可选）。
日志记录阶段：
- 主单片机在需要记录日志的地方（如错误处理、状态变更、看门狗喂狗前），调用一个封装好的Log_Printf函数。
- 该函数将变量、字符串等格式化成一条完整的日志信息。
- 【关键步骤】 在系统重启前（如看门狗复位、软件复位），主单片机必须将重启原因作为最高优先级的日志立即发送。这通常需要在程序启动时就将重启原因保存在一个不会被初始化的内存区域（如STM32的Backup SRAM），或在复位前最后的代码中强制发送。
- 日志模块在后台持续监听串口，一旦接收到数据，便将其存入一个环形缓冲区（Ring Buffer）。
- 另一个任务或中断会定期将缓冲区中的数据写入SD卡文件。使用缓冲区可以避免因SD卡写入速度慢而阻塞串口接收。
数据分析阶段：
- 物理取回SD卡，插入电脑。
- 使用文本编辑器、专业的日志分析工具（如LogViewer）或自行编写的脚本程序打开日志文件进行分析。

优势：