代码收藏家技术教程 2024-01-24

实现单片机远程升级的最安全方法

M4单片机软件远程升级
1、核心思想：

 在程序下载之前，必须向终端(下位机)下发问询命令，先确认需要下载哪个文件。确认下载哪个文件以后，读取文件数据。以4字节为一个DWORD单元长度，计算总单元长度。文件第一个字节为单元长度的最低位，第四字节为最高位，计算所有文件字节数据的异或作为CRC文件总的校验码（CRC校验码为一个8位数据，BYTE）。以每次（帧）发256字节（64 DWORD单元长度）为一帧，计算总的下发帧数，最后可能不足一帧部分也算一帧。把总帧数，总单元长度（DWORD），总CRC校验，先下发到终端；终端确认以后，再下发文件数据。

2).每帧发送文件数据长度，以256字节为一帧（也就是64 DWORD单元数据）（除最后一帧可能不足256字节长以外），每帧应该包含数据长度，帧号，帧数据等。
3).帧发送完成，终端做每帧CRC校验确认，如果确认OK，再发下一帧；如果确认FAIL，则重发该帧。每帧有三次重发需告警。
4).如果中间网络中断，或三次发送失败。应设置定时器，在间隔一定时间以后再作断点续传处理。
5).文件数据传输完毕，终端发出总CRC校验确认信号；如果CRC校验失败；服务器应重新回到第1步开始重传。重传三次失败应该报警处理。如果终端CRC校验成功，服务器需继续发出软件切换命令，以实现终端新下载软件的切换工作。
6).新切换软件运行以后，会重新登陆服务器。
2、下位机软件升级协议内容：
1）上位机下发给下位机的启动升级命令0x20
格式：3C 3C 0E 05 01 FF FE 20 00 00 CRC CRC 0D 0A
其中 20后面的00 00为升级序号
若20后面的00 01为升级序号，表示V4.0或以上版本，支持0x22命令添加00分隔符。

		下位机应答命令 ：
	   3C 3C 0F FF FE 05 01 20 00 00 XX CRC CRC 0D 0A
其中 20后面的00 00为升级序号；XX=01，代表需要下载V1.BIN文件；XX >1（02），表示要求下载V2.BIN文件。
2）上位机下发给下位机升级总体信息命令0x21
	格式：3C 3C 11 05 01 FF FE 21 XH XM XL YH YL ZZ CRC CRC 0D 0A
		其中：XH，XM和XL分别代表总数据长度(3Byte)。高位在前，低位在后。
			  总字节长度=XH*65536+XM*256+XL。
		  	  YH和YL分别代表总帧数(2Byte)。高位在前，低位在后。	
			  总帧数=总字节数/256;如果有余数，则总帧数=总字节数/256 +1;
	              ZZ代表总CRC校验码(1Byte)。总CRC校验为所有字节的异或。 	        下位机应答命令 ：
	   3C 3C 0E FF FE 05 01 21 00 00 CRC CRC 0D 0A

3）上位机下发给下位机升级数据命令0x22
格式：3C 3C 11 05 01 FF FE 22 XH XL YH YL 00 ZZ1~ZZn CRC CRC 0D 0A
其中：XH和XL分别代表Frame(2Byte)号，高位在前，低位在后。
Frame:当前正在发送的帧号。起始第一帧为0帧，发送成功一帧以后，
帧号自动加一。
YH和YL分别代表DataLength (2Byte)，高位在前，低位在后。
升级数据页长度，一般为256字节，最后一页长度可变。
ZZ1~ZZn代表Data (256Byte)。一帧升级数据，由升级文件提供。

为避免YL刚好为0x0D，ZZ1刚好为0x0A的情况出现，最新版本（V4.0或以上版本）YL和ZZ1之间加了00分隔符，一个字节。
下载0x20命令时，有特别说明。遇到如下问题
注：此帧数据较长，若命令长度大于256；命令开始两个3C后
面的一个字节长度仅代表256的余数。
下位机应答命令：
3C 3C 0F FF FE 05 01 22 SS XH XL CRC CRC 0D 0A
其中：SS代表Status(1Byte), Status返回下位机升级状态：
01：表示继续升级，02：表示升级成功，确认校验OK，需要上位机发切换信号，03：发送完毕，校验出错，需要上位机重新下载。04：本帧所发数据校验出错，需重发本帧信号。05：请求上位机下发指定帧号的数据。
XH和XL分别代表Frame(2Byte)号，高位在前，低位在后。下位机最新
已成功接收的帧号
4）上位机下发给下位机升级完成切换命令0x23
格式：3C 3C 11 05 01 FF FE 23 00 00 CRC CRC 0D 0A
其中 23后面的00 00为升级序号
5）转义处理
帧尾0x0d、0x0a是特殊的固定值数据，命令（0x22）下载数据里面的内容ZZ1~ZZn可能刚好包括帧结束标志0x0d、0x0a，因此需要通过转义字符来处理该特殊数据。转义字符”@”（0x40），用于去除0x0D这个数据。
通讯帧在最后的数据封装时，当其字段中的数据为0x0D或者0x40时，需要
对数据进行异或处理变成2个字节；通讯帧在最后的数据解包还原时，当其字
段中的数据为 0x40，需要取其后面一个字节与其异或后，还原成一个字节。
例如：
1.0x0D^0x40，处理完后变成0x4D，那么新发出的数据从1个字节0x0D变成
了2个字节0x40 0x4D；
2.0×40^0x40，处理完后变成0x00，那么新发出的数据从1个字节0x40变成了2个字节0x40 0x00。
通讯帧数据解包时：当其他字段中的数据遇到0x40时，需要把0x40和紧跟之后的另外一个字节数据进行异或处理。例如0x40^0x4D，处理完后变成0x0D； 0x40^0x00，处理完后变成0x40。
6）为防止CRC校验码刚好为0d 0a；故，命令中CRC 校验码可以直接用0值替代。

3、上位机界面要求：
1）界面需指定两个升级文件的目录路径和文件名。
2）下载时，按下载按键开始下载。
3）下载过程中，有进度条显示进度。
4）有文本窗口显示下载过程信息为好。

1、下位机文件生成说明：
1）下载文件为两个BIN文件，分别由下位机KEIL编译器生成。两个文件的总内容是相同的，只是代码地址空间不同。
2）其中V1.BIN代码地址空间为0x08008000_{0x0807FFFF;V2.BIN代码地址空间为0x08080000}0x080FFFFF。
3）地址空间和上位机软件无关。下位机软件编译时，需要选择宏定义。V1.bin和V2.bin是通过编译以后生成的文件，修改文件命令得来。
4）上位机对指定文件名，需作正确判断，错误的文件命令，不给予下载。