单片机OTA传输协议深入分析
- 2025-07-24 18:30:58
转自 | 瑞萨嵌入式小百科
现在很多设备都需要有OTA功能，在单片机领域，OTA串口常用Y Modem传输协议。
Y modem协议
X modem是较早的文件传输协议。Y modem是X modem的改良版，有传输快速稳定优势，通常所说的Y modem一般指YModem-1K。
图1 Y modem协议帧
二者核心差异可概括为下表：
点击可查看大图
基于X modem的OTA代码修改
目前瑞萨官网提供的OTA代码基于X modem协议（例如r20an0640ej样例程序的System_BootLoader工程），改为Y modem协议需修改协议相关的传输逻辑、校验逻辑、帧处理逻辑等部分。
01
握手信号调整
X modem握手：
通常接收方可能以简单ACK或特定字符（如有些实现中接收方发‘C’表示用CRC16校验）启动，逻辑相对简单。
Y modem握手：
必须由接收方发起YMODEM_C（字符‘C’，ASCII码0x43），发送方收到后才开始传输起始帧（含文件名、文件大）。
修改点：
新增函数void ymodem_send_c（void），用于发送Ymodem协议必需的0x43（‘C’）握手信号，通知发送方传输起始帧。
02
起始帧结构与处理
X modem起始帧：
一般直接传输数据块，无文件信息。
Y modem起始帧：
需将文件名、文件大小放入起始帧（以SOH133字节长度帧传输，包号固定0x00，包号反码0xff）。
图2 Y modem起始帧
修改点：
定义Y modem起始帧结构体ymodem_start_frame_t
修改帧校验函数uint8_t xmodem_check_frame (uint8_t* const p_xmodem_buff)，增加对起始帧格式的校验逻辑。
03
数据帧接收处理
X modem数据帧：
帧头为SOH（128字节块）或STX（部分衍生版1024字节块），现有代码帧头为SOH（128字节块）。
Y modem数据帧：
帧头以SOH（128字节信息块）、STX（1024字节信息块）区分，传输时需按规则填充数据。SOH帧如最后一包不足128字节时的填充0x1A处理，最后一帧长度仍为133字节；STX帧最后一包数据小于等于128字节以133字节帧长度发送，大于128字节小于等于1024字节，以1029长度帧发送，无效数据填充0x1A。
图3 Y modem数据帧
修改点：
修改uint8_t xmodem_check_frame (uint8_t* const p_xmodem_buff)，修改数据帧的接收处理。
04
结束帧处理
X modem结束帧：
一般发送EOT（0x04）字符，接收方回ACK即结束。
Y modem结束帧：
采用SOH133字节空包（数据区、校验等填0x00）作为结束帧，需构建对应结束帧发送逻辑：
图4 Y modem结束帧
修改点：
修改uint8_t xmodem_rx_frame (uint8_t* p_xmodem_buff)，对结束帧进行判断，响应两次EOT，分别回复NACK和ACK。
05
校验机制升级
X modem校验：
使用校验和或CRC16，目前X modem例程使用校验和。
Y modem校验：
Y modem强制规范使用CRC16校验，且计算范围明确为信息块数据（不含帧头、包号等）。需确保CRC16计算函数精准，修改原X modem可能存在的简易校验逻辑：
修改点：
新增static uint16_t CRC16_check (unsigned char *q，int len)函数，对数据进行CRC16校验。
移除Xmodem校验和逻辑，强制使用CRC16校验。
06
数据缓冲区配置
X modem数据缓冲配置：
XModem数据包会被送入一个由buffer.c控制的缓冲区。该缓冲区为循环缓冲区，即当到达缓冲区末尾时，会回环至起始位置。由于数据帧接收的数组从132字节变成1029字节，RAM开销变大。
XModem例程里，每个packet132bytes（128数据+3header+1校验），代码中的XMODEM_FRAME_SIZE是132U。
Y modem数据缓冲配置：
YModem例程里，定义YMODEM_FRAME_SIZE_1024为1029U，YMODEM_FRAME_SIZE_128为133U。
定义环形存储的BUFFER_SIZE定义为1542，保持原有配置，数据的解析正常。
修改点：
可根据实际测试结果增加BUFFER_SIZE
07
硬件驱动与配置适配
瑞萨RX系列需确保串口驱动适配Y modem的波特率、数据位、停止位等配置，可以使用smart configurator进行驱动配置（如常见的波特率 115200bps、8数据位、1停止位、无校验等）。
08
8多文件传输适配
若OTA需传输多个文件，需在代码中添加多文件遍历、逐个构建起始帧+数据帧+结束帧的逻辑。由于客户只要求传输单个文件，不涉及相关修改。
实测结果
01
测试环境搭建
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02
功能测试
MCU执行bootloader升级程序，串口输出"Please start file send using YModem protocol..."；
Teraterm选择Ymodem协议发送固件文件；
传输过程中通过Bus Hound抓取帧序列，验证：
起始帧（文件名/大小正确）；
数据帧（1024字节块与CRC16校验正确）；
结束帧（判定正确）。
升级完成后，MCU自动跳转至新固件，功能验证通过。
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