FasterEdge MCU - Arduino Uno R4 (RA4M1)

FasterEdge 框架的 Arduino Uno R4 平台实现（Arduino / PlatformIO 版）

一、简介

本项目是 FasterEdge 框架在 **Arduino Uno R4（RA4M1）**平台上的实现。RA4M1 为 32 位 Cortex-M4F 内核、32KB SRAM、256KB Flash、8KB EEPROM（模拟），无网络、无操作系统，因此按 MCU-C51 的无网络精简思路裁剪能力子集，并保留 寄存器 / GPIO / 芯片信息 三个 MCU 专有模块。

• ✅ arduino/（C++，Arduino 框架） + platformio_ide/（纯 C，Arduino API 桥接驱动） 双版本
• ✅ 与主仓库同名同命令，云边协同对等编程
• ✅ HMAC-SHA256 纯 C 零依赖
• ✅ 配置/密钥持久化到 8KB EEPROM（模拟）
• ✅ platformio_ide 版以 Arduino 核心库桥接 提供真实驱动（Serial / EEPROM / GPIO / millis）

二、已实现能力（无网络合理子集）

Ability（8 个）

名称	类别	命令
BaseAbility	基础	list_data_names / list_ability_names
RoleAbility	角色	describe / set_role / get_role
TimeAbility	时间	sync_manual / sync_system / get_time / configure_run（无 NTP）
OneKeyAbility	令牌	issue_token / verify_token / revoke_all / list_tokens / status / rotate（HMAC-SHA256）
SerialAbility	串口	open / close / write / read / is_open / set_config / get_config / list_ports
ModbusAbility	Modbus	set_unit_id / get_unit_id / read_holding / read_input / read_coils / read_discrete / write_holding / write_coil（RTU 从站）
RegAbility	寄存器(专有)	read <addr> / write <addr>,<value> / bit_set <addr>,<bit> / bit_clear <addr>,<bit> / info
GpioAbility	GPIO(专有)	mode <pin>,<input|output|input_pullup> / write <pin>,<0|1> / read <pin> / info

Data（3 个）

名称	功能	命令
BaseData	框架元信息	logo / info
ConfigData	KV 配置（EEPROM 持久化）	get / set / delete / list / snapshot
ChipData	芯片信息(专有)	info

三、排除项与理由

能力	排除原因
MQTTAbility / NetMapData	RA4M1 无网络协议栈
EdgeRoleAbility	依赖网络心跳上报
ConfigFileAbility	与 ConfigData 重复，且无文件系统概念
KeyringData	与 OneKeyAbility 合并（同一 EEPROM 密钥存储）
TimeAbility.sync_ntp	无网络无法 SNTP 校时

四、目录结构

MCU-Arduino-Uno-R4/
├── arduino/                    # Arduino C++ 版（Arduino 框架）
│   ├── include/                # fe.h / fe_ability.h / fe_data.h / fe_hmac_sha256.h
│   ├── src/                    # fe.cpp / main.cpp / register.cpp / ability_*.cpp / data_*.cpp
│   └── platformio.ini          # board = uno_r4_minima（renesas-ra + arduino framework）
└── platformio_ide/             # VS Code + PlatformIO IDE 工程（纯 C 寄存器级驱动）
    ├── platformio.ini          # board = uno_r4_minima（renesas-ra + arduino framework）
    ├── .vscode/extensions.json # 推荐 PlatformIO IDE 插件
    ├── include/                # fe.h / fe_ability.h / fe_data.h / fe_port.h / fe_hmac_sha256.h
    └── src/                    # 纯 C 业务 + fe_port.c / fe_port_arduino.cpp（Arduino API 桥接）

arduino/ 与 platformio_ide/ 能力与命令完全一致；前者面向 Arduino IDE / PlatformIO 快速上手，后者演示寄存器级裸机驱动，便于移植到其他 AVR（Nano/Mega）。

五、使用说明

1. arduino 版：用 Arduino IDE 打开 arduino/src/main.cpp（或 VS Code + PlatformIO 打开 arduino/），板卡选 Arduino Uno，烧录后串口 115200
2. platformio_ide 版：VS Code 安装 PlatformIO IDE 插件，打开 platformio_ide/ 目录，底部状态栏 Build / Upload / Serial Monitor
3. 无需任何移植即可运行（fe_port 已实现 Arduino API 桥接驱动）

串口命令示例：

help
ability_BaseAbility list_ability_names
ability_RoleAbility set_role edge
ability_TimeAbility sync_manual 1700000000
ability_OneKeyAbility issue_token sensor01
ability_ModbusAbility set_unit_id 3
ability_ModbusAbility write_holding 0,42
ability_ModbusAbility read_holding 0,4
ability_SerialAbility set_config 0,9600
ability_SerialAbility write hello
data_ConfigData set wifi.ssid=MyNet
data_ConfigData get wifi.ssid
data_BaseData info

六、平台适配要点

差异点	ESP32/ESP8266	Uno R4 (RA4M1)
架构	Xtensa 32 位	Cortex-M4F 32 位
RAM / Flash	KB~MB	32KB / 256KB
存储	NVS / Flash	8KB EEPROM（模拟）
网络	有	无（能力子集剔除网络项）
寄存器	32 位内存映射	32 位外设空间 0x40000000+（RegAbility 宽度 32）

七、platformio_ide 版实现说明（Arduino API 桥接）

platformio_ide/ 版为纯 C 业务 + fe_port_arduino.cpp 桥接（extern "C"）到 Arduino 核心库：

功能	实现
UART	Serial（USB-CDC，UART0）
EEPROM	EEPROM 库（8KB，模拟）
时间	millis()
GPIO	pinMode / digitalWrite / digitalRead（引脚 0-19）
随机数	random()

cd platformio_ide
pio run            # 编译
pio run -t upload  # 烧录
pio device monitor # 串口监视（115200）

换芯片：编辑 platformio.ini 的 board（如 uno_r4_wifi），fe_port.c 无需改动（桥接自 Arduino API）。

八、MCU 专有模块

除主仓库对应能力外，本仓库提供 3 个 MCU 专有 模块（寄存器 / GPIO / 芯片信息）。R4 的寄存器为 32 位 RA4M1 外设空间（0x40000000+），GPIO 为 Arduino 引脚号：

模块	类型	命令	说明
RegAbility	Ability	read <addr> / write <addr>,<value> / bit_set <addr>,<bit> / bit_clear <addr>,<bit> / info	RA4M1 内存映射寄存器（32 位，volatile 指针）
GpioAbility	Ability	mode <pin>,<input|output|input_pullup> / write <pin>,<0|1> / read <pin> / info	Arduino 引脚 GPIO（pin 0-19）
ChipData	Data	info	RA4M1 型号 / RAM / Flash / EEPROM / 频率

示例：

ability_RegAbility read 0x40000000      # 读外设寄存器
ability_RegAbility write 0x40000000,0x12345678
ability_RegAbility bit_set 0x40000000,7
ability_GpioAbility mode 13,output    # 板载 LED
ability_GpioAbility write 13,1
ability_GpioAbility read 2
data_ChipData info

⚠️ 寄存器操作直接访问硬件，误写可能导致系统异常，仅供调试/底层驱动使用。

九、与 FasterEdge 主仓库的对应关系

• 命令名与主仓库完全一致，与 MCU-C51 / MCU-ESP32 实现同构
• Atom 模型：单例全局 Atom，data_ / ability_ 前缀路由
• 令牌用 HMAC-SHA256（纯 C，无 mbedTLS），密钥 EEPROM 持久化
• Modbus 寄存器表存 RAM，RTU 帧服务入口 modbus_slave_service() 已预留

十、姊妹项目

• FasterEdge MCU - ESP32：双核、WiFi/BLE、更多外设
• FasterEdge MCU - ESP8266：WiFi、低功耗
• FasterEdge MCU - C51：8 位 8051，最精简
• FasterEdge MCU - Arduino Uno R3：8 位 AVR（ATmega328P）
• FasterEdge：框架主仓库