# 协议板 Boot：YMODEM 上位机实现规则

## 1. 适用范围

本文适用于 **PC 上位机通过 USART1 直连协议板 Boot**，传输协议为 YMODEM + CRC16。

不适用于“协议板 App 通过南向 Modbus `0x20` 转发功率板 Boot”的链路；该链路的报文封装、应答和状态机需要独立实现。

## 2. 基本要求

| 项目 | 规则 |
| --- | --- |
| 串口 | USART1，115200 bps，8N1，无校验、无流控 |
| 升级文件 | 必须发送已由现有打包工具生成的完整 `.upk` 文件 |
| 不支持的文件 | 裸 `.bin`，以及自行封装/加密但不符合工程 UPK 格式的文件 |
| 启动依据 | 等待 Boot 发出 ASCII `C`（`0x43`）后再开始传输 |
| Boot 上电等待 | 首次等待主机开始约 5 秒；超时后可能跳转 App |
| 传输中的帧间等待 | Boot 约 10 秒；上位机不得使相邻有效帧间隔达到 10 秒 |
| 单帧发送方式 | 一个完整 YMODEM 帧必须连续写入串口；不得把同一帧拆开并在中间产生明显空闲间隔 |

Boot 每约 1 秒发送一次 `C`。若没有收到 `C`，上位机不可直接发送 YMODEM 首帧；应提示设备未进入 Boot，或重新复位/触发其进入 Boot。Boot 的接收层按 UART 收帧处理，不会为上位机重组被空闲间隔拆断的 YMODEM 包。

## 3. YMODEM 常量与帧格式

| 名称 | 值 | 含义 |
| --- | --- | --- |
| SOH | `0x01` | 128 字节数据包 |
| STX | `0x02` | 1024 字节数据包 |
| EOT | `0x04` | 数据结束 |
| ACK | `0x06` | 接收成功 |
| NAK | `0x15` | 接收失败/请求重发 |
| CAN | `0x18` | 取消传输 |
| C | `0x43` | 请求以 CRC16 模式发送 |

数据包格式：

```text
Header + PacketNo + (~PacketNo) + Data + CRC16_H + CRC16_L
```

| 包类型 | Data 长度 | 总长度 |
| --- | ---: | ---: |
| SOH | 128 | 133 |
| STX | 1024 | 1029 |

CRC 算法必须为 **CRC-16/XMODEM**：

```text
poly=0x1021, init=0x0000, RefIn=false, RefOut=false, XorOut=0x0000
```

CRC 覆盖 `Data` 的全部固定长度字节（128 或 1024），并按 **高字节、低字节** 放在帧尾。

## 4. 包序号与数据填充

1. 元数据包必须使用 `SOH`，`PacketNo=0x00`，反码为 `0xFF`。
2. 首个文件数据包使用 `PacketNo=0x01`；每得到 ACK 后序号加 1，按 8 位自然回绕。
3. 本 Boot 的 `.upk` 使用 1K 首数据块布局，因此文件数据包必须使用 `STX`（1024 字节）；最后一包不足 1024 字节时仍应补齐到 1024 字节，建议补 `0x1A`。
4. Boot 校验包号、包号反码、帧长度与 CRC。任一校验失败会立即回复 NAK；当前 Boot 随后会重置 YMODEM 包号和流程。
5. 对于业务层处理失败产生的 NAK，可以重发**原完整帧**，包号不得递增。对于 CRC、包号或帧长度错误产生的 NAK，不能只重发当前帧，必须重新进入 Boot 并从元数据包开始完整传输。

## 5. 元数据包规则

第一个包固定是包号 0 的 SOH 包，128 字节 Data 的内容为：

```text
ASCII 文件名 + 0x00 + ASCII 十进制文件大小 + 0x00 + 其余补 0x00
```

示例（文件名仅用于协议描述，实际可使用真实 `.upk` 文件名）：

```text
protocol_v1.2.upk\0 123456\0 [其余填 0]
```

文件大小必须是待传输 `.upk` 的实际字节数。传输结束包也是 SOH/包号 0，但其 128 字节 Data 必须全部为 `0x00`。

## 6. `.upk` 文件要求

Boot 在接收数据后按 UPK 格式处理，而不是把它当作裸固件。

- 头部标识必须为 `UPK_IDENTIFIER=0x006B7075`（`"upk"`）。
- UPK 逻辑头为 1 字节对齐、总计 96 字节，包含版本、目标分区、原始/包体大小、CRC 等字段。
- 工程启用了 AES-256-CBC 解密组件，但不强制加密；`config[1]=0` 的未加密包和 `config[1]=1` 的 AES-256-CBC 包均可被当前 Boot 处理。
- Boot 根据 UPK 头确定下载与安装流程；当前配置会先写 download 分区，再更新 app 分区。

打包输出的 `.upk` 必须符合[协议板Boot_UPK打包规则.md](协议板Boot_UPK打包规则.md)，特别是 1024 字节首数据块布局。YMODEM 元数据中的文件大小使用该 `.upk` 的实际字节数。

## 7. 完整正常时序

```text
Boot -> PC : C                         （每秒一次，等待开始）
PC   -> Boot: SOH, 00, FF, 元数据, CRC
Boot -> PC : ACK
Boot -> PC : C                         （必须等待此 C）

PC   -> Boot: STX, 01, FE, 数据块, CRC
Boot -> PC : ACK
PC   -> Boot: STX, 02, FD, 数据块, CRC
Boot -> PC : ACK
...                                    （直至全部 .upk 数据发送完成）

PC   -> Boot: EOT
Boot -> PC : NAK
PC   -> Boot: EOT
Boot -> PC : ACK
Boot -> PC : C
PC   -> Boot: SOH, 00, FF, 128 字节全 0, CRC
Boot -> PC : ACK

Boot      : 校验 UPK、写 Flash、安装 App、校验 App，并可能跳转 App
```

关键点：

- 元数据 ACK 后，必须等 Boot 的第二个 `C` 才能发送数据包。
- 第一个 EOT 后，必须等 NAK；第二个 EOT 后，必须等 ACK。
- 第二个 EOT 的 ACK 后，必须等 `C`，再发送结束空包。
- Boot 处理擦除和 Flash 写入期间，ACK 可能延迟；PC 的单帧 ACK 等待建议设为 3～10 秒。

## 8. 上位机状态机（可直接实现）

```text
WAIT_C_START
  收到 C -> SEND_META

SEND_META
  发送包号 0 元数据 -> WAIT_META_ACK

WAIT_META_ACK
  ACK -> WAIT_C_DATA
  NAK/超时 -> 重发元数据

WAIT_C_DATA
  C -> SEND_DATA(包号=1)

SEND_DATA
  发送当前数据包 -> WAIT_DATA_ACK

WAIT_DATA_ACK
  ACK -> 若还有数据：包号+1，SEND_DATA；否则 SEND_EOT_1
  NAK/超时 -> 重发当前数据包

SEND_EOT_1
  发送 EOT -> WAIT_EOT_NAK

WAIT_EOT_NAK
  NAK -> SEND_EOT_2
  超时 -> 重发 EOT（保持本状态）

SEND_EOT_2
  发送 EOT -> WAIT_EOT_ACK

WAIT_EOT_ACK
  ACK -> WAIT_C_END
  NAK/超时 -> 重发 EOT

WAIT_C_END
  C -> SEND_END_PACKET

SEND_END_PACKET
  发送包号 0 的全 0 SOH 包 -> WAIT_END_ACK

WAIT_END_ACK
  ACK -> TRANSFER_FINISHED
  NAK/超时 -> 重发结束空包
```

## 9. 超时、重发、取消与结果判定

| 事件 | 上位机处理 |
| --- | --- |
| 收到 ACK | 仅推进到下一协议状态；数据包 ACK 后才递增包号 |
| 收到明确 NAK | 业务层 NAK 可重发当前完整帧；协议校验 NAK 应重新进入 Boot，从元数据包开始传输 |
| 等待 ACK 超时 | 标记“传输结果不确定”，停止本次会话；重新进入 Boot 后从元数据包开始完整传输 |
| 明确 NAK 重发耗尽 | 发送 CAN 两次，标记升级传输失败 |
| 收到 CAN | 立即停止，标记 Boot 取消升级 |
| 用户取消 | 发送 CAN 两次，停止发送后续字节 |
| 无 C | 不开始发送，提示设备未进入 Boot 或串口参数/连线错误 |

Boot 对单个 CAN 会进入取消流程并回 ACK；上位机仍建议按标准发送两个 CAN，并接受可能出现的 ACK。

> **当前 Boot 的可靠性限制：** 成功接收一个数据包后，Boot 已把期望包号加一；若该包的 ACK 在串口上丢失，上位机重发同一包会被 Boot 判为“重复包”并回复 NAK，同时触发 YMODEM 重置。因此“ACK 超时后无条件重发当前包”不能可靠恢复，必须重新进入 Boot 并从元数据包开始传输。若要支持当前会话内的可靠自动重发，需要修改 Boot，使其保留期望包号，并对 CRC 正确的重复帧直接回复 ACK、不再次写入数据。

`WAIT_*_ACK` 的建议超时为 3～10 秒，元数据后的 `WAIT_C_DATA`、结束阶段的 `WAIT_C_END` 建议为 10 秒。上位机可将串口接收设计为持续缓存并按字节解析，忽略调试文本或仅识别 `C/ACK/NAK/CAN` 控制字符，避免因分段到达造成误判。

## 10. 成功判定与日志

结束空包得到 ACK 仅表示 **YMODEM 文件传输完成**，不是最终“固件安装成功”的结构化回码。随后 Boot 仍需校验 `.upk`、写下载区、安装 App、校验 App。

上位机应分两级显示结果：

1. `传输完成`：收到结束空包 ACK。
2. `升级确认成功`：设备重启并进入 App 后，通过应用通信读取新固件版本（推荐）或观察 Boot/App 启动日志确认。

建议记录：开始时间、文件名/大小、每个包号、重试次数、控制字符、异常原因、传输完成时间和最终版本读取结果。

## 11. 与功率板 Boot 转发升级的边界

若上位机目标是功率板，而物理串口只连接协议板 App，则不能直接把本 YMODEM 原始字节流写到串口。需要按协议板 App 已实现/约定的 Modbus 扩展功能码 `0x20` 封装，再由 App 南向转发给功率板 Boot，并处理 App 的转发 ACK、`C`、NAK、超时和重发。

本文件可作为功率板转发方案中“YMODEM 内层状态机”的依据；外层 Modbus `0x20` 帧格式和升级进入/退出控制需以 `apps/chrg/applications/thread/chrg_comm.c`、`chrg_comm.h` 的实际实现为准，不能与协议板 Boot 直连流程混用。

## 12. 代码依据

- `apps/boot/application/main.c`：USART1/USART2 初始化及 Boot 启动。
- `apps/boot/application/func/transfer.c`：USART1 接收传输层。
- `apps/boot/application/include/ymodem.h`：YMODEM 常量、包定义。
- `apps/boot/application/func/ymodem.c`：YMODEM 状态机、C/ACK/NAK/EOT 时序和超时。
- `apps/boot/application/func/app.c`：UPK 接收、校验、写入和安装流程。
- `apps/boot/application/include/firmware.h`：UPK 头和分区相关定义。
- `apps/boot/application/func/utils.c`：CRC-16/XMODEM 实现。
- `apps/boot/application/include/app_config.h`：超时、分区和 AES 配置。