docs

docs_analysis/Signal_physics_analysis.md

@@ -0,0 +1,72 @@
+# Анализ физики сигнала: TX-форма против RX-коррекций
+
+## 1. Резюме
+
+Система в основном **не борется сама с собой**: и TX, и RX выведены из одних констант `IR_config.h`, форма на передаче при `multiply=2` (дефолт, чётный) — **бит-точная, без округлений**, а подавляющая часть RX-эвристик ловит деформации, которые реально вносит ИК-канал через демодулятор (TSOP-АРУ, отражения, фон, расхождение кварцев). Различение 0/1 идёт по скважности (`highTime>lowTime`, IR_DecoderRaw.cpp:620-633) внутри периода и **не зависит** от широкого окна периода — это архитектурно здоровое решение.
+
+Но есть **три очага самопорождённых ошибок**, которые RX молча компенсирует:
+
+1. **Главный (чистый баг, не канал):** RX строит всю временную базу на усечённой константе `carrierPeriod = 1e6/38000 = 26` (bitTime=962 µs), тогда как TX физически излучает на реальной частоте таймера — `26.316 µs`, bitTime≈973.7 µs. Систематический **односторонний сдвиг ~11.7 µs/бит (1.2%)**, который целиком съедается допуском `tolerance=300`. Это TX/модель кривит — RX терпит.
+2. **Конфиг-зависимый:** ISR-путь вносит программный джиттер фронтов (латентность/вытеснение, IR_Encoder.cpp:1037-1042), которого нет у DMA-пути. Часть glitch/reconstruction-логики RX страхует именно этот самопорождённый джиттер.
+3. **Спровоцированный дизайном модуляции:** протокол использует **длинные непрерывные MARK** (преамбула 49 периодов ≈1290 µs, бит '1' = 25 периодов ≈658 µs). Длинные непрерывные burst'ы — классический триггер АРУ TSOP-демодулятора (просадка огибающей в середине долгого mark) → «рваная единица», которую чинит реконструкция E/G. Деформацию вносит канал (TSOP), но провоцирует её выбор формы на TX.
+
+Остальное — стартовая фаза (≤26 µs), дрейф периода, дребезг фронтов — это то, что **обязан** обрабатывать любой ИК-приёмник; здесь самолечения нет.
+
+## 2. Карта механизмов RX
+
+| Механизм RX (file:line) | Какую деформацию ловит/чинит | Детект/Коррекция | Источник деформации | Вердикт |
+|---|---|---|---|---|
+| **A.** pulse-filter, минимум ширины (DecoderRaw 1493-1555) | иголка/дребезг компаратора, пара «↑↓» короче минимума | детект | реальный канал (front-end, дребезг) | оправданно (но дефолт `MIN_PULSE_US=0` — выключен) |
+| **B.** short-LOW glitch reject + phase nudge (484-499, 8-16) | короткий ложный ↑ после микро-провала огибающей | детект + коррекция фазы | реальный канал (TSOP-АРУ, просадка) | оправданно |
+| **C.** micro-gap rise reject + nudge (500-516) | распад фронта на два близких | детект + коррекция фазы | реальный канал; **частично** ISR-джиттер | в основном оправданно |
+| **D.** отсев короткого стартового периода / спада (517-524, 566-573) | сжатый ↑→↑ без контекста, дребезг спада | детект | реальный канал (шум/дребезг) | оправданно |
+| **E.** сбор рваной единицы (526-557) | длинный HIGH-бит, распавшийся из-за пропадания несущей | подготовка к коррекции | канал (TSOP-АРУ), **спровоцировано длинными MARK на TX** | оправданно, но триггер — дизайн формы |
+| **F.** окно валидности периода (h:24-27; 583-592) | грубо растянутый/сжатый период | детект/брак | реальный канал (потеря кадра) | оправданно |
+| **G.** реконструкция ceil_div, invertErr, «лишний ноль/единица» (617-741, 980-986) | пропущенные ↑-фронты, N слипшихся бит, дроблёный/короткий бит | **коррекция (ядро)** | канал (дропаут несущей); косвенно ISR-джиттер | оправданно под канал; часть работы — следствие TX-дизайна |
+| **H.** восстановление сетки по sync (804-853) | сдвиг сетки data↔sync из-за лишнего/недостающего бита | детект срыва + локальная коррекция на 1 бит | канал (потеря бита); маркер `{!L,L,!M}` от TX детерминирован | оправданно (детект реальной потери) |
+| **I.** преамбула Idle→Candidate→Locked, EMA периода, якорь фазы, freeFrec (1557-1723) | дрейф периода, разброс кварцев, старт-фаза, чужая частота | коррекция базы/фазы | **смешанный:** реальный (кварцы/дрейф) + самопорождённый (старт-фаза TIM ≤26 µs, сдвиг 1.2% из carrierPeriod=26) | необходимо всегда; но частично адаптируется к TX-багу |
+
+## 3. Где Даша сама порождает ошибку формы и потом её чинит
+
+**(а) Усечённый `carrierPeriod=26` — самое чистое «самолечение».**
+Физическая генерация НЕ использует эту константу: `setOverflow(carrierFrec*multiply, HERTZ_FORMAT)` (IR_Encoder.cpp:411) даёт реальные ~26.316 µs. А вся сетка RX (`riseSyncTime=962`, `riseTimeMin/Max`, `aroundRise`, `IR_timeout`) выведена из `carrierPeriod=26`. Результат: TX-биты систематически **на 1.2% длиннее**, чем ждёт RX. Сдвиг **односторонний** (всегда в плюс), поэтому запас `aroundRise` со стороны `riseTimeMax=1262` меньше, чем со стороны `riseTimeMin=662`. На бит это 11.7 µs, на преамбулу — ~15 µs (1274 vs 1289.5 µs). Это не канальная ошибка — это несогласованность двух представлений одной частоты внутри одного кода. **RX-допуск `tolerance=300` существует в т.ч. чтобы это не всплыло.** Исправляется тривиально (общий реальный период), после чего часть запаса окна освобождается под настоящий канал.
+
+**(б) ISR-путь как источник джиттера, который чинит glitch-логика.**
+DMA-путь детерминирован (аппаратная пересылка BSRR по TIM_UP, IrDmaTxStm32.h:246-253). ISR-путь плавает по времени из-за латентности прерывания и обхода списка энкодеров (IR_Encoder.cpp:1037-1042). Плавающие фронты — ровно то, что подхватывают B/C (nudge) и частично G. То есть при работе через ISR приёмник страхует **собственный** TX-джиттер, а не канал. Лечение: всегда использовать DMA-путь (или признать ISR как деградированный режим).
+
+**(в) Длинные непрерывные MARK провоцируют TSOP-АРУ → «рваная единица».**
+Кодирование pulse-width с MARK до 25 периодов и преамбулой 49 периодов непрерывной несущей — это осознанный выбор формы на TX. TSOP-демодуляторы имеют АРУ и штатно «проседают» на длинных непрерывных burst'ах, порождая ложные провалы огибающей в середине mark. Реконструкция E + G (ceil_div, `highCount==0 && highTime>riseTime/3 → highCount++`, 641-648) существует во многом чтобы это дособрать. Деформацию физически вносит канал (TSOP), но её вероятность задаёт форма на TX. Это не баг, но это «дизайн, требующий костыля на приёме».
+
+**(г) Что НЕ является самолечением (важно не перепутать):**
+- Стартовая фаза кадра ≤1 период несущей (free-running TIM, IrDmaTxStm32.h:241-253) — компенсируется якорем фазы преамбулы (I, `prevRise=front.time+mean/2`, 1709). Но приёмник **в принципе** не знает абсолютную фазу передатчика и обязан выводить её из преамбулы — это необходимая функция, а не борьба с собой.
+- Маркер sync `{!L, L, !M}` детерминирован (IR_Encoder.cpp:305-331), буфер зануляется — H ловит **реальную** потерю/вставку бита в канале, не TX-артефакт.
+- Квантование фронтов сеткой 13.16 µs (DMA/BSRR) — тонет в допуске TSOP (десятки µs) и погоды не делает.
+
+## 4. Широкие ли допуски и что они маскируют
+
+`aroundRise` = 662..1262 µs при бите 962 → **±31%**. По логике подсчёта бит это **не** широко и путаницы 1-бит/2-бита не создаёт: 2 бита ≈1924 µs, порог `ceil_div` на 2 бита ≈1443 µs; между концом окна одного бита (1262) и порогом двух (1443) есть зазор ~180 µs — перекрытия нет. Значение бита определяется по duty, а не по длине периода, поэтому широкое окно значения не портит.
+
+Куда реально уходит ±300 µs:
+- **Легитимно:** асимметрия leading/trailing фронтов TSOP-демодулятора (типично десятки–сотни µs), разброс кварцев RX/TX, дрожание огибающей, задержка АРУ. Для настоящего ИК-канала запас в этом порядке нужен.
+- **Маскирует баг:** самопорождённый односторонний сдвиг 1.2% (пункт 3а) полностью прячется в этом окне. Именно поэтому баг `carrierPeriod=26` не проявляется как отказ — допуск его глотает. Это и есть «система не замечает, что борется сама с собой».
+
+Слабое место (согласен с RX-разбором): при `freeFrec=false` база `riseTime` жёстко=962 и **не** подстраивается по ходу кадра (медиана — «TODO», IR_DecoderRaw.h:22). Односторонний TX-сдвиг + систематическое смещение периода передатчика съедают запас именно со стороны `riseTimeMax`; на краю окна шум легче перекидывает интервал в ветку реконструкции G, накручивая `errors.*`. Также джиттер-полки преамбулы (18%, но не менее 80 µs) **жёстче** рабочего окна декодера (31%) — залочиться труднее, чем потом удержать биты; это перекос порогов, а не форма.
+
+## 5. Рекомендации
+
+**Чинить на TX (чтобы соответствующие RX-эвристики стали не нужны):**
+
+1. **Согласовать период несущей между TX и RX.** Убрать усечение `carrierPeriod=26` из временной модели RX: выводить `bitTime`/`riseSyncTime` из той же реальной частоты, что даёт `setOverflow(carrierFrec*multiply,...)` (дробно, напр. фиксированная точка). Устраняет односторонний сдвиг 1.2% и освобождает ~12 µs/бит запаса окна. *Trade-off:* дробная арифметика на MCU; но можно один раз посчитать реальный период при инициализации.
+2. **Всегда использовать DMA-путь; ISR — только как явный деградированный fallback.** Снимает программный джиттер фронтов и часть нагрузки с B/C/G. *Trade-off:* требует свободного канала DMA+таймера; на платах без ресурса — остаётся ISR с его джиттером.
+3. **Пересмотреть длину непрерывных MARK/преамбулы под конкретный TSOP.** Если приёмник — демодулирующий TSOP с АРУ, длинные burst'ы (658/1290 µs) провоцируют «рваную единицу». Сократить максимальный непрерывный mark или разбить преамбулу на более частые фронты в пределах спецификации TSOP по burst-length. *Trade-off:* меняет протокол/энергетику кадра, требует ревизии окон преамбулы RX; выигрыш — можно ослабить E/G.
+4. **(Опционально) фазовое выравнивание старта кадра** (сброс счётчика TIM при старте потока). Уберёт стартовый сдвиг ≤26 µs. *Trade-off:* минимальный выигрыш (преамбула всё равно якорит фазу) — низкий приоритет.
+
+**Что из «коррекций» оставить под настоящий канал (даже после идеального TX):**
+
+- **G (ceil_div реконструкция) и E (сбор рваной единицы)** — оставить: дропаут несущей и просадка АРУ на реальной дистанции/отражениях никуда не денутся. Это ядро устойчивости к каналу.
+- **B/C (glitch reject + phase nudge)** и **A (pulse-filter)** — оставить: дребезг/иголки front-end реальны; A стоит **включить** (`IR_INPUT_MIN_PULSE_US>0`) на STM32, где сейчас фронты идут в декодер напрямую (tick 440-444).
+- **H (sync-grid recovery)** — оставить: детектирует реальную потерю/вставку бита; маркер детерминирован, ложных срабатываний от TX не будет.
+- **I (преамбула: EMA периода, якорь фазы)** — оставить: адаптация под кварцы/дрейф и вывод фазы обязательны для любого RX. Рекомендуется **выровнять пороги**: сделать джиттер-полку преамбулы не жёстче рабочего окна декодера, иначе лок труднее удержания.
+- **Кандидаты на сужение после фикса TX:** окно `aroundRise` можно сузить в сторону `riseTimeMax` (убрать заложенный под 1.2% односторонний запас) и реализовать бегущую медиану периода (IR_DecoderRaw.h:22 TODO) — тогда допуск начнёт отражать реальный канал, а не прятать несогласованность констант.
+
+**Итог-вердикт:** коррекции RX в массе **оправданны под реальный ИК-канал**, но система содержит одно явное самолечение (усечённый `carrierPeriod` → 1.2% сдвиг, спрятанный в `tolerance`) и два условных (ISR-джиттер; длинные MARK, провоцирующие TSOP-АРУ). Широкий допуск ±31% сам по себе безопасен для подсчёта бит, но именно он маскирует баг с частотой — то есть система действительно частично борется сама с собой, просто настолько тихо, что это не видно в `errors.*`.