brisonus_data_collector/generate_test_data.py

import os
import struct
import random
from frame import FrameFormat

def generate_invalid_data(size: int) -> bytes:
    """生成无效数据，避免生成可能被误认为帧头的序列
    Args:
        size: 数据大小
    Returns:
        bytes: 无效数据
    """
    invalid_data = bytearray()
    while len(invalid_data) < size:
        # 生成随机字节，但避免生成可能形成帧头的序列
        byte = random.randint(0, 255)
        if len(invalid_data) >= 3:
            # 如果前三个字节都是0xAA，确保当前字节不是0xAA
            if all(b == 0xAA for b in invalid_data[-3:]) and byte == 0xAA:
                byte = (byte + 1) & 0xFF
        invalid_data.append(byte)
    return bytes(invalid_data)

def generate_corrupt_frame(frame_idx: int) -> bytes:
    """生成损坏的帧数据
    Args:
        frame_idx: 帧序号
    Returns:
        bytes: 损坏的帧数据
    """
    # 生成一个完整的帧
    frame_data = FrameFormat.generateFrameData(frame_idx)
    
    # 修改命令码（这是一个更可靠的破坏方式）
    corrupt_frame = bytearray(frame_data)
    command_pos = FrameFormat.HEADER_SIZE
    # 修改命令码的所有字节
    for i in range(FrameFormat.COMMAND_SIZE):
        corrupt_frame[command_pos + i] = (corrupt_frame[command_pos + i] + 1) & 0xFF
    
    # 重新计算校验和（不包括校验和字节本身）
    checksum = sum(corrupt_frame[:-1]) & 0xFF
    corrupt_frame[-1] = checksum
    
    return bytes(corrupt_frame)

def main():
    # 创建测试数据目录
    test_data_dir = "test_data"
    if not os.path.exists(test_data_dir):
        os.makedirs(test_data_dir)
    
    # 配置参数
    total_size = 1024 * 1024  # 256KB数据
    frame_interval = 100  # 帧之间的平均字节数
    
    # 计算单个帧大小
    frame_size = FrameFormat.FIXED_SIZE + FrameFormat.DATA_SIZE
    print(f"单个帧大小: {frame_size} 字节")
    
    # 计算预期帧数
    expected_frames = total_size // (frame_size + frame_interval)
    print(f"预期帧数: {expected_frames}")
    
    # 生成测试数据
    test_data = bytearray()
    frame_idx = 0
    valid_frames = 0
    corrupt_frames = 0
    invalid_frames = 0
    
    while len(test_data) < total_size:
        # 检查添加新帧是否会超出目标大小
        if len(test_data) + frame_size + frame_interval > total_size:
            break
            
        # 添加一些无效数据
        invalid_size = random.randint(0, frame_interval)
        # 确保添加无效数据后不会超出目标大小
        if len(test_data) + invalid_size + frame_size > total_size:
            break
        invalid_data = generate_invalid_data(invalid_size)
        test_data.extend(invalid_data)
        
        # 有90%的概率添加有效帧，10%的概率添加损坏帧
        if random.random() < 0.9:
            # 添加有效帧
            frame_data = FrameFormat.generateFrameData(frame_idx)
            # 验证帧是否有效
            if FrameFormat.parse_frame(frame_data):
                test_data.extend(frame_data)
                valid_frames += 1
                
                # 调试信息：打印前10个帧的详细信息
                if valid_frames <= 10:
                    print(f"\n有效帧 #{valid_frames}:")
                    print(f"  帧大小: {len(frame_data)} 字节")
                    print(f"  帧头: {frame_data[:FrameFormat.HEADER_SIZE].hex().upper()}")
                    print(f"  命令码: {struct.unpack('<I', frame_data[FrameFormat.HEADER_SIZE:FrameFormat.HEADER_SIZE+FrameFormat.COMMAND_SIZE])[0]}")
                    print(f"  数据长度: {struct.unpack('<I', frame_data[FrameFormat.HEADER_SIZE+FrameFormat.COMMAND_SIZE:FrameFormat.HEADER_SIZE+FrameFormat.COMMAND_SIZE+FrameFormat.LENGTH_SIZE])[0]}")
                    print(f"  帧序号: {struct.unpack('<I', frame_data[FrameFormat.HEADER_SIZE+FrameFormat.COMMAND_SIZE+FrameFormat.LENGTH_SIZE:FrameFormat.HEADER_SIZE+FrameFormat.COMMAND_SIZE+FrameFormat.LENGTH_SIZE+FrameFormat.INDEX_SIZE])[0]}")
                    print(f"  校验和: {frame_data[-1]:02X}")
                    print(f"  完整帧数据: {frame_data.hex().upper()}")
                    
                    # 解析并显示通道数据
                    frame = FrameFormat.parse_frame(frame_data)
                    if frame:
                        print("  通道数据:")
                        for i, value in enumerate(frame.channels):
                            print(f"    通道 {i+1}: {value}")
            else:
                invalid_frames += 1
                print(f"\n警告：生成的帧验证失败，已跳过")
        else:
            # 添加损坏帧
            corrupt_frame = generate_corrupt_frame(frame_idx)
            # 验证损坏帧是否真的无效
            if not FrameFormat.parse_frame(corrupt_frame):
                test_data.extend(corrupt_frame)
                corrupt_frames += 1
                
                # 调试信息：打印前10个损坏帧的详细信息
                if corrupt_frames <= 10:
                    print(f"\n损坏帧 #{corrupt_frames}:")
                    print(f"  帧大小: {len(corrupt_frame)} 字节")
                    print(f"  帧头: {corrupt_frame[:FrameFormat.HEADER_SIZE].hex().upper()}")
                    print(f"  命令码: {struct.unpack('<I', corrupt_frame[FrameFormat.HEADER_SIZE:FrameFormat.HEADER_SIZE+FrameFormat.COMMAND_SIZE])[0]}")
                    print(f"  数据长度: {struct.unpack('<I', corrupt_frame[FrameFormat.HEADER_SIZE+FrameFormat.COMMAND_SIZE:FrameFormat.HEADER_SIZE+FrameFormat.COMMAND_SIZE+FrameFormat.LENGTH_SIZE])[0]}")
                    print(f"  帧序号: {struct.unpack('<I', corrupt_frame[FrameFormat.HEADER_SIZE+FrameFormat.COMMAND_SIZE+FrameFormat.LENGTH_SIZE:FrameFormat.HEADER_SIZE+FrameFormat.COMMAND_SIZE+FrameFormat.LENGTH_SIZE+FrameFormat.INDEX_SIZE])[0]}")
                    print(f"  校验和: {corrupt_frame[-1]:02X}")
                    print(f"  完整帧数据: {corrupt_frame.hex().upper()}")
            else:
                invalid_frames += 1
                print(f"\n警告：生成的损坏帧验证通过，已跳过")
        
        frame_idx += 1
    
    # 保存测试数据
    filename = os.path.join(test_data_dir, "test_frames.bin")
    with open(filename, 'wb') as f:
        f.write(test_data)
    
    print(f"\n测试数据已生成: {filename}")
    print(f"总大小: {len(test_data):,} 字节")
    print(f"预期帧数: {expected_frames}")
    print(f"实际帧数: {valid_frames + corrupt_frames}")
    print(f"有效帧数: {valid_frames}")
    print(f"损坏帧数: {corrupt_frames}")
    print(f"无效帧数: {invalid_frames}")
    print(f"平均每帧大小（包含无效数据）: {len(test_data) / (valid_frames + corrupt_frames):.1f} 字节")
    
    # 分析数据中的帧头数量
    header_count = test_data.count(FrameFormat.FRAME_HEADER)
    print(f"帧头数量: {header_count}")

if __name__ == "__main__":
    main()