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Re-implementation of rustbootd's ecat_el6695_* examples as a single binary with fixes found in review and on hardware: - DC-follow PLL hardened against period-2 hunting: slew-limited anchor (+/-50us/cycle), bistable-trap snap re-anchor, re-prime on stale deadline - drift-free absolute-grid ticker mode; probe mode for timestamp forensics - bounded-memory online stats (histograms), graceful SIGINT/SIGTERM shutdown with full report, error-streak abort - timestamp plausibility filter comparing against the previous raw sample (avoids the deadlock after a startup outlier) - XFC scope waveform options: --el2202 (with --el2202-dual), --el2262, --el1252 latch timestamp readback with per-channel edge statistics - register access unified in regs.rs: named bit constants everywhere, read-modify-write for enable/activation bytes - vendored patched ethercrab 0.7.1 (sdo_write_complete, send_raw_coe) Verified on J1900 (PREEMPT_RT 6.6.135): 600k cycles/600s exact 1 kHz, tx/rx zero errors, phase_err p50=164us std=5us; EL2202<->EL1252 loopback edge interval mean 2000.24us std=24.65us.
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# el6695-rt — J1900 ↔ TwinCAT 1 kHz 通讯验证（EL6695 EtherCAT 桥）
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J1900 (Linux, PREEMPT_RT) 经 EL6695 EtherCAT 桥与 TwinCAT Windows PC 之间
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1 kHz 双向过程数据（1024 字节/方向）通讯验证程序。参考
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`rustbootd/gateway-workspace` 的 `ecat_el6695_*` 示例重新实现，并修复了
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评审中发现的问题（见文末）。
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## 拓扑
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```
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J1900(eth1) → EK1100 → EBUS → EL6695(X2/primary) → X1 → EK1100 → TwinCAT 主机
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```
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- SM2 @0x1C00：1024B，J1900 → TwinCAT（TwinCAT 侧 `aIn1`）
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- SM3 @0x8E00：1026B（ticker 模式：2B 诊断 + 1024B）或
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1046B（follow/probe 模式：22B 0x1A02 时间戳 + 1024B），TwinCAT → J1900
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- 每周期：fprd SM3 → 原样回显 → fpwr SM2，本地周期号写在字节 8..16
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（TwinCAT PLC 用字节 0..8 的自身序列号计算往返）
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## 构建与部署
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```bash
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# Windows + Git Bash，交叉编译 musl 静态二进制
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RUSTFLAGS="-C linker=rust-lld -C link-self-contained=y" \
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cargo build --release --target x86_64-unknown-linux-musl
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# 部署（经跳板，按实际地址调整）
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scp -J tonycao@192.168.58.8 \
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target/x86_64-unknown-linux-musl/release/el6695-rt \
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root@192.168.68.100:/root/gateway/el6695_rt
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```
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## 运行（J1900 上，root）
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```bash
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el6695_rt eth1 --mode follow --duration 600 # DC 跟随（推荐）
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el6695_rt eth1 --mode ticker --duration 60 # 本地 1ms 自由跑
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el6695_rt eth1 --mode probe --duration 10 --debug-ts 40 # 时间戳探针
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```
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参数：`--phase-us N`（follow 模式网格相位，默认 500）、`--cycle-us N`、
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`--core N`（绑核，默认 2）、`--prio N`（SCHED_FIFO，默认 80）、
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`--quiet`（不打每秒状态行）。`--duration 0` = 跑到 Ctrl-C/SIGTERM 为止，
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信号触发优雅退出并打印完整统计。
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`--el2202`（默认关闭）：每周期翻转 EL2202 数字输出（0x01/0x00），产生
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~500Hz 方波供示波器观察发送时序抖动。`--el2202-dual`：双通道同相翻转
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（写 0x05/0x00），输出 1 → EL1252 回采、输出 2 → 示波器，同一信号两种
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视角。**注意 EL2202 过程字节语义**（EEPROM PDO 0x1600/0x1601 实证）：
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`bit0=通道1数据, bit1=通道1三态, bit2=通道2数据, bit3=通道2三态`——
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写 0x03 会把通道 1 置为高阻（三态），双通道必须写 0x05。实现：手动
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配置 EL2202 SM0（输出物理地址 0x0F00，1 字节，ctrl 0x44，enable 0x09
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按 EEPROM），裸 AL 驱动进 OP，写回读验证后才启用；翻转帧使单圈执行
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时间从 ~410µs 增至 ~650µs（仍在 1ms 预算内）。**注意：输出端子可能
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接着真实执行器，确认接线后再启用。** 简单 DO 端子无邮箱且 SM/FMMU
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在组 PREOP→SAFEOP 转换时才被编程（我们跳过该转换），这是必须手动配
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SM0 的原因。
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`--el2262`（默认关闭）：EL2262 XFC 输出 DC 同步锁定方波（方案 B）。
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配置 DC 同步单元（SYNC0/1 周期 1ms、+100ms 启动、0x0980=0x03）并手动
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配 SM0（0x1000/1B/0x64/0x09），输出沿锁定 DC 1ms 网格，可作示波器或
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EL1252 回采的基准。
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`--el1252`（默认关闭）：EL1252 锁存时间戳回采（方案 C）。每周期读
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ESC 寄存器 0x09AE 起 34 字节（status + 双通道 Latch Pos/Neg u64），
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统计两通道上升沿间隔与沿相位。详见 docs/scope-waveform-design.md §8。
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帧预算：A+C 或 B+C 组合单圈 ~898µs，A+B+C 不要同开（超 1ms）。
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## 三种模式
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- **ticker**：`clock_nanosleep(TIMER_ABSTIME)` 绝对时间网格，无漂移；
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SM3 布局为 0x1A01 诊断字。
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- **follow**（默认）：软件 PLL 跟随 TwinCAT DC 时钟（0x1A02 外部时间戳），
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读点锁在 TC 网格边界 + phase。与参考实现的差异见下。
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- **probe**：ticker 节拍 + follow 布局，不做 PLL 反馈，只 dump 原始
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时间戳相位（诊断用）。
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## 相对参考实现（rustbootd ecat_el6695_*）的修复
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1. **DC 跟随 PLL 的周期二狩猎（最重要）**：参考实现每个周期用原始
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采样直接重算锚点（deadbeat：`floor(ext)+1ms+phase`）。实测该环路是
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带延迟的反馈系统（TwinCAT 发送相位与我们的帧时序相互耦合），存在
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多个周期轨道：相位关系漂移（实测 ~155ppm）到不利区间时，周期时间
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在 0.4/1.6ms 间交替、相位误差双峰跨度 >1ms。参考二进制只是恰好落
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在稳定轨道上。本实现：锚点变化 slew 限幅 ±50µs/周期，且检测到
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卡死（误差连续 100 周期顶在同一限幅边界，即"读到上一帧"的双稳态
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陷阱）时一次性 snap 重锚定；deadline 落后 >2ms 时 re-prime（同时
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丢弃被污染的 offset）。修复后此前必现狩猎的 phase=500 配置：
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**30000 周期/30s 精确 1kHz，phase_err p50=164µs、std 4.4µs，
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period_jitter p99.9=0.2µs**，锁相质量优于参考实现（std 6~10µs）。
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2. **合理性与稳定性评测发现的参考实现其它问题**：
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- `bridge_dump` 用自旋凑满 1ms，无绝对时间锚点，超时即永久相移 →
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本实现 ticker 模式用绝对时间网格。
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- 统计用逐样本 Vec 再排序（~30MB/小时/指标）→ 有界直方图 + Welford。
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- 无信号处理，Ctrl-C 丢失全部统计 → SIGINT/SIGTERM 优雅退出。
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- 配置代码在 4+ 个 example 中复制粘贴 ~300 行 → 单一 `bridge` 模块。
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- 错误只计数不上报，死链静默累积 → 连续 1000 周期错误即中止。
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- 时间戳合理性过滤与"上一个原始样本"比较（而非上一个已接受样本），
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单个坏样本最多造成两次拒绝、自动恢复（过滤与已接受值比较会在启动
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离群值后永久死锁——实测踩中）。
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- 移除模拟内存 loopback 线程/mutex（CH368/RFM2G 模拟遗留），RT 路径
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直接回显。
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- 删除循环内嵌 PLC 时间戳的端到端延迟指标（跨时钟域且依赖 PLC 程序
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内嵌格式，实测数据无意义；端到端延迟应在 TwinCAT 侧用 PLC RTT 统计
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测量）。
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## 保留的参考实现经验（全部实测有效）
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- EL6695 用户 OD 在主站更替时被固件清空，每次上线自检自配。
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- 映射对象必须 Complete Access 单条邮箱消息写（`vendor/ethercrab` 补丁
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`sdo_write_complete`），标准分段流程被固件拒绝 MBXERR_INVALIDSIZE。
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- PDO 布局逐字节复制 TwinCAT 线格式：0x1608/0x1A08 各 35 条目
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（首条目 @240bit + 33 条 0x0000 延续 + 1 条 @32bit）。
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- SM 用裸寄存器配置，AL 状态机裸 fpwr/fprd 驱动；SAFEOP 后邮箱坏死，
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数据循环内禁止 SDO。
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- RT 手段：PREEMPT_RT 内核 + SCHED_FIFO 80 + 绑核 + mlockall + 栈
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prefault；musl 静态链接下 `sched_setscheduler` 需走 raw syscall。
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## 目录
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- `src/main.rs` — 主循环（ticker/follow/probe）、PLL、信号处理
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- `src/bridge.rs` — EL6695 自检自配、SM 裸配置、AL 状态机
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- `src/rt.rs` — RT 提升、绝对时间睡眠、Ticker
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- `src/stats.rs` — 有界在线统计（直方图 + Welford）
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- `vendor/ethercrab` — 带 `sdo_write_complete`/`send_raw_coe` 补丁的
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ethercrab 0.7.1（复制自 rustbootd/gateway-workspace/vendor）
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