AOVX资产监测设备之华大单片机Boot软件升级

近期笔者在研究如何从软件方面提升资产监测设备的性能，从而提升用户的使用体验感。

资产监测设备的主要作用是帮助用户监测设备的实时位置、实时状态避免运动中的货物出现丢失等情况。AOVX环境监测设备在智慧物流方面发挥了重要的作用，例如在运输贵重货物过程中，只需要将该设备安装在货物中，用户即可远程了解货物的位置、货物是否出现暴力扔件、以及避免货物在运输过程中的丢失。

资产监测设备中的华大单片机，对该设备的工作发挥了重要的作用。笔者的软件团队对单片机进行了软件升级。

具体流程如下：

具体流程如下：/**

** \brief 上位机数据帧解析及处理**** \param [in] None**** \retval Ok APP程序升级完成，并接受到跳转至APP命令** \retval OperationInProgress 数据处理中** \retval Error 通讯错误********************************************************************************/en_result_t Modem_Process(void){uint8_t u8Cmd, u8FlashAddrValid, u8Cnt, u8Ret;uint16_t u16DataLength, u16PageNum, u16Ret;uint32_t u32FlashAddr, u32FlashLength, u32Temp;

if (enFrameRecvStatus == FRAME_RECV_PROC_STATUS) //有数据帧待处理, enFrameRecvStatus值在串口中断中调整

{

u8Cmd = u8FrameData[PACKET_CMD_INDEX]; //获取帧指令码

if (PACKET_CMD_TYPE_DATA == u8FrameData[PACKET_TYPE_INDEX]) //如果是数据指令

{

u8FlashAddrValid = 0u;

u32FlashAddr = u8FrameData[PACKET_ADDRESS_INDEX] + //读取地址值

(u8FrameData[PACKET_ADDRESS_INDEX + 1] << 8) +

(u8FrameData[PACKET_ADDRESS_INDEX + 2] << 16) +

(u8FrameData[PACKET_ADDRESS_INDEX + 3] << 24);

if ((u32FlashAddr >= (FLASH_BASE + BOOT_SIZE)) && (u32FlashAddr < (FLASH_BASE + FLASH_SIZE))) //如果地址值在有效范围内

{

u8FlashAddrValid = 1u; //标记地址有效

}

}

switch (u8Cmd) //根据指令码跳转执行

{

case PACKET_CMD_HANDSHAKE : //握手帧 指令码

u8FrameData[PACKET_RESULT_INDEX] = PACKET_ACK_OK; //返回状态为：正确

Modem_SendFrame(&u8FrameData[0], PACKET_INSTRUCT_SEGMENT_SIZE); //发送应答帧给上位机

break;

case PACKET_CMD_ERASE_FLASH : //擦除flash 指令码

if ((u32FlashAddr % FLASH_SECTOR_SIZE) != 0) //如果擦除地址不是页首地址

{

u8FlashAddrValid = 0u; //标记地址无效

}

if (1u == u8FlashAddrValid) //如果地址有效

{

u32Temp = u8FrameData[PACKET_DATA_INDEX] + //获取待擦除flash尺寸

(u8FrameData[PACKET_DATA_INDEX + 1] << 8) +

(u8FrameData[PACKET_DATA_INDEX + 2] << 16) +

(u8FrameData[PACKET_DATA_INDEX + 3] << 24);

u16PageNum = FLASH_PageNumber(u32Temp); //计算需擦除多少页

for (u8Cnt=0; u8Cnt<u16PageNum; u8Cnt++) //根据需要擦除指定数量的扇区

{

u8Ret = Flash_EraseSector(u32FlashAddr + (u8Cnt * FLASH_SECTOR_SIZE));

if (Ok != u8Ret) //如果擦除失败，反馈上位机错误代码

{

u8FrameData[PACKET_RESULT_INDEX] = PACKET_ACK_ERROR;

break;

}

}

if (Ok == u8Ret) //如果全部擦除成功，反馈上位机成功

{

u8FrameData[PACKET_RESULT_INDEX] = PACKET_ACK_OK;

}else //如果擦除失败，反馈上位机错误超时标志

{

u8FrameData[PACKET_RESULT_INDEX] = PACKET_ACK_TIMEOUT;

}

}

else //地址无效，反馈上位机地址错误

{

u8FrameData[PACKET_RESULT_INDEX] = PACKET_ACK_ADDR_ERROR;

}

Modem_SendFrame(&u8FrameData[0], PACKET_INSTRUCT_SEGMENT_SIZE); //发送应答帧到上位机

break;

case PACKET_CMD_APP_DOWNLOAD : //数据下载 指令码

if (1u == u8FlashAddrValid) //如果地址有效

{

u16DataLength = u8FrameData[FRAME_LENGTH_INDEX] + (u8FrameData[FRAME_LENGTH_INDEX + 1] << 8)

- PACKET_INSTRUCT_SEGMENT_SIZE; //获取数据包中的数据长度(不包含指令码指令类型等等)

if (u16DataLength > PACKET_DATA_SEGMENT_SIZE) //如果数据长度大于最大长度

{

u16DataLength = PACKET_DATA_SEGMENT_SIZE; //设置数据最大值

}

u8Ret = Flash_WriteBytes(u32FlashAddr, (uint8_t *)&u8FrameData[PACKET_DATA_INDEX], u16DataLength); //把所有数据写入flash

if (Ok != u8Ret) //如果写数据失败

{

u8FrameData[PACKET_RESULT_INDEX] = PACKET_ACK_ERROR; //反馈上位机错误 标志

}

else //如果写数据成功

{

u8FrameData[PACKET_RESULT_INDEX] = PACKET_ACK_OK; //反馈上位机成功 标志

}

}

else //如果地址无效

{

u8FrameData[PACKET_RESULT_INDEX] = PACKET_ACK_ADDR_ERROR; //反馈上位机地址错误

}

Modem_SendFrame(&u8FrameData[0], PACKET_INSTRUCT_SEGMENT_SIZE); //发送应答帧到上位机

break;

case PACKET_CMD_CRC_FLASH : //查询flash校验值 指令码

if (1u == u8FlashAddrValid) //如果地址有效

{

u32FlashLength = u8FrameData[PACKET_DATA_INDEX] +

(u8FrameData[PACKET_DATA_INDEX + 1] << 8) +

(u8FrameData[PACKET_DATA_INDEX + 2] << 16) +

(u8FrameData[PACKET_DATA_INDEX + 3] << 24); //获取待校验flash大小

if ((u32FlashLength + u32FlashAddr) > (FLASH_BASE + FLASH_SIZE)) //如果flash长度超出有效范围

{

u8FrameData[PACKET_RESULT_INDEX] = PACKET_ACK_FLASH_SIZE_ERROR; //反馈上位机flash尺寸错误

}else

{

u16Ret = Cal_CRC16(((unsigned char *)u32FlashAddr), u32FlashLength);//读取flash指定区域的值并计算crc值

u8FrameData[PACKET_FLASH_CRC_INDEX] = (uint8_t)u16Ret; //把crc值存储到应答帧

u8FrameData[PACKET_FLASH_CRC_INDEX+1] = (uint8_t)(u16Ret>>8);

u8FrameData[PACKET_RESULT_INDEX] = PACKET_ACK_OK; //反馈上位机成功 标志

}

}

else //如果地址无效

{

u8FrameData[PACKET_RESULT_INDEX] = PACKET_ACK_ADDR_ERROR; //反馈上位机地址错误

}

Modem_SendFrame(&u8FrameData[0], PACKET_INSTRUCT_SEGMENT_SIZE+2); //发送应答帧到上位机

break;

case PACKET_CMD_JUMP_TO_APP : //跳转至APP 指令码

Flash_EraseSector(BOOT_PARA_ADDRESS); //擦除BOOT parameter 扇区

u8FrameData[PACKET_RESULT_INDEX] = PACKET_ACK_OK; //反馈上位机成功

Modem_SendFrame(&u8FrameData[0], PACKET_INSTRUCT_SEGMENT_SIZE); //发送应答帧到上位机

return Ok; //APP更新完成，返回OK，接下来执行跳转函数，跳转至APP

case PACKET_CMD_APP_UPLOAD : //数据上传

if (1u == u8FlashAddrValid) //如果地址有效

{

u32Temp = u8FrameData[PACKET_DATA_INDEX] +

(u8FrameData[PACKET_DATA_INDEX + 1] << 8) +

(u8FrameData[PACKET_DATA_INDEX + 2] << 16) +

(u8FrameData[PACKET_DATA_INDEX + 3] << 24); //读取上传数据长度

if (u32Temp > PACKET_DATA_SEGMENT_SIZE) //如果数据长度大于最大值

{

u32Temp = PACKET_DATA_SEGMENT_SIZE; //设置数据长度为最大值

}

Flash_ReadBytes(u32FlashAddr, (uint8_t *)&u8FrameData[PACKET_DATA_INDEX], u32Temp); //读flash数据

u8FrameData[PACKET_RESULT_INDEX] = PACKET_ACK_OK; //反馈上位机成功 标志

Modem_SendFrame(&u8FrameData[0], PACKET_INSTRUCT_SEGMENT_SIZE + u32Temp);//发送应答帧到上位机

}

else //如果地址无效

{

u8FrameData[PACKET_RESULT_INDEX] = PACKET_ACK_ADDR_ERROR; //反馈上位机地址错误 标志

Modem_SendFrame(&u8FrameData[0], PACKET_INSTRUCT_SEGMENT_SIZE); //发送应答帧到上位机

}

break;

case PACKET_CMD_START_UPDATE : //启动APP更新(此指令正常在APP程序中调用)

u8FrameData[PACKET_RESULT_INDEX] = PACKET_ACK_OK; //反馈上位机成功 标志

Modem_SendFrame(&u8FrameData[0], PACKET_INSTRUCT_SEGMENT_SIZE); //发送应答帧到上位机

break;

}

enFrameRecvStatus = FRAME_RECV_IDLE_STATUS; //帧数据处理完成，帧接收状态恢复到空闲状态

}

return OperationInProgress; //返回，APP更新中。。。

}

同样从事软件工作相关的用户，对资产监测设备感兴趣的话可以参考该文档。

如何写一个健壮且高效的串口接收程序？

学单片机的大概最先、最常写的通信程序应该就是串口程序了，但是如何写出一个健壮且高效的串口接收程序呢？接下来鱼鹰将根据多年的开发经验教你如何编写串口接收程序（可在公众号获取个人编写的串口接收源码）。

本篇文章包含以下内容，很长，但干货满满，就看你能吸收多少了：

1、 传入参数指针

2、 互斥锁释放顺序

3、 数据帧检查

4、 串口空闲

5、 通信吞吐量

内容很多，鱼鹰慢慢写，道友您也请慢慢看。

为了更好的理解接下来的知识点，鱼鹰将设计一个串口框架，让道友心中有一个参考方向。

本篇重点在于解决如何写一个健壮、高效的串口接收数据，发送与接收处理过程略讲。

帧格式

先聊聊帧格式，一般来说，一个数据帧有以下几部分内容：

帧头

帧头用于分辨一个数据帧的起始，这个帧头必须足够特殊才行，因为它是分辨一个帧的起始，那么什么样的帧头是足够特殊的数据呢？保证这个数据在一个帧内最好只出现一次的数据，那就是帧头，比如 0x55、0xAA 之类的。而且最好有两个字节以上，这样帧头才更加独一无二。

但是数据域内的数据你是没办法保障不包含和帧头一样的数据。

那么如果不凑巧，除了帧头外 其他部分也有这样的两个字节的帧头，那会出现什么问题？

几乎不会出现问题。 因为一般来说数据都是一帧一帧发送的，只要你前面的数据帧传输正确，那么即使下一帧的数据中有和帧头一样的数据（包括帧头）也没有问题，因为帧头判断已经在开始就判断成功了，就不会继续判断后面的数据是否是帧头了。

那么为什么说是几乎，因为如果上一帧数据接收错误，那么程序必须再找一次帧头才行（单字节接收时是如此，采用空闲中断的话就不需要这么麻烦），这就导致找帧头的时候在帧头数据之外寻找了，很可能这些数据就有帧头。

但是即使帧头数据之外的假帧头真的存在，也没关系，还有第二重保障，那就是校验，即使找到了一个错误的帧头，那么数据校验这一关也很难过去，所以放宽心。

如果校验也凑巧通过了，那还有第三重保障：帧尾。应该到不了这里吧，毕竟这比中彩票还难。

又要上一帧数据接收错误，还要当前帧除了帧头之外还有帧头，另外你还能跳过校验的检查（还有功能字、长度信息的检查），太难了。所以只要通过了这些检查，你就可以认为这个数据帧是可用的了。所以一帧数据接收错误，导致的问题最多只是丢失了这帧数据，对后续接收是不会有影响的（前提是你这个接收程序设计的足够好），发送端在发送超时后再发送一次即可，所以重发机制很重要 。

事实上，如果你采用串口空闲中断 ，帧头、帧尾都可以不用，但一般来说，帧头都会保留，帧尾可以不需要，这是为了当单片机没有串口空闲中断时考虑，当然也可能有其他考虑，所以帧头得保留。

功能字

功能字主要用于说明该数据帧的功能，当然也可以作为函数指针的索引，一个索引值代表了一个具体功能，据此可找到对应的功能函数。

比如，设计一个函数指针数组，通过功能字进行索引，进而跳转到对应的功能函数中处理。

特别注意的是，设计功能字的时候，要考虑兼容性，对数据帧的功能进行划分，不要想到一个算一个，功能字也不要随便安排，不然在以后增加数据帧的时候会很麻烦。

比如说，只有一个字节的功能字，前四位作为一个大类，后四位作为大类中具体类。这样就可以将系统数据通信帧分为 16 个大类，每个大类下有 16 个可用的具体类，当你增加功能字的时候，就可以根据你的设计来确定属于哪个大类了，然后再插入进去。这样在管理、维护这些通信数据时你会发现很方便。

这个思想其实在 ARM 内核的中断系统和设计 uCOS II 任务优先级的时候都有，而鱼鹰在设计项目的通信协议的时候就是运用了这些思想。

（图片来源于《权威指南》）

长度

长度信息也是一个非常关键的数据，别小看了它，因为它，鱼鹰用了将近一个星期的时间才把一个 HardFaul 问题解决了，虽然这个程序 bug 不是我写的（鱼鹰一直用的是串口空闲接收方式，这个 bug 自然而然就跳过了），但确实很容易出错。

因为它是决定了你这个数据域长度的关键信息（一般长度信息代表数据域的长度，而不包含其它部分长度），也是这个数据帧的长度信息（加上固定字节长度就是帧长度了），更是接收程序还要接收多少数据的关键信息（对于空闲中断接收方式不算关键，这里的不关键是指不会造成程序异常问题）。

比如说你的程序刚好将帧头、帧尾、功能字判断完毕，然后中断程序因为种种原因导致没有及时接收串口数据，那么你可能得到的就是错误的数据，然后这个错误的长度数据就可能导致你的栈帧或者全局变量被破坏（单字节接收情况下就可能出现，因为鱼鹰碰到过），这是很严重的事情。所以在接收数据域的数据之前一定一定 要判断这个长度信息（空闲中断除外）是否合法，不合法的话及时扔掉这帧数据，开始下一帧的数据检查。

所以为了保证及时接收数据，最好采用 DMA 传输。

数据域

这个没啥好说的，就是整个帧你真正需要发送的数据。而为了让你的发送函数能接收各种类型的数据，那么把参数类型设置为 void * 会是不错的选择。

校验

一个数据在接收过程中可能会被干扰，导致接收到错误的数据，那么如何保证这帧数据的完整与准确性呢，就在校验这一关了。

校验有很多方式，和校验、CRC 校验等（奇偶校验是针对一个字节的，不是数据帧）。

和校验算法简单，CPU 运算量小，累加最后只取最低字节 即可（注意不是高字节，想想为什么），或者保存累加和的变量就是一个字节空间，这样就不需要额外操作了。

CRC 校验，这个算法复杂，理解起来比较困难，但一般来说可以直接拿来用，因为它是对每一位（bit）进行校验，所以纠错率很高，几乎不存在发现不了的数据错误，但正因为对每一位进行检查，所以 CPU 运算量较大，但是有的单片机是可以硬件计算 CRC 校验值的（比如 stm32）。不过现在 CPU 运算速度都挺快的，软件运算也是可以接受的。

那么该怎么校验呢？是从帧头开始到数据域部分，还是说直接校验数据部分？其实都可以，区别就是运算量问题，不过问题不大（最好是从头开始校验，以保证整帧数据的准确性）。

帧尾

前面说了，帧尾在空闲中断中可以不用，RXNE 中断接收时其实也可以不用，当然也可以加上，好处就是当你用串口助手查看数据流时，可以观察出一帧数据是否发送完整了。

最后再说说为什么在数据域 前面设计四个字节大小 ，除了协议本身需要外，还有一个原因就是强制类型转化 需要，我们知道，一般来说，赋值时都有字节对齐的限制（实际上有的 CPU 可以不对齐进行赋值），stm32 是 32 位的，那么四字节对齐是最合适的，这样就可以直接将我们收到的数据转化为需要的数据类型了。

传输过程

聊完了帧格式，再从大的方向看串口的传输过程：

当发送端发送第一帧数据包时，接收端通过某种方式接收（串口接收非空 RXNE 中断、串口空闲 IDLE 中断），为了让串口能够触发空闲中断，必须在发送端两个发送帧之间插入一段空闲时间（就是在此时间内不发数据，红色部分），保证空闲中断的准确触发。

同理，为了让发送端也能正常接收接收端的数据，也需要控制接收端的发送，不能在返回一帧数据时立马发送下一帧数据，不然触发不了发送端的空闲中断。

事实上，有些程序员设计的发送、接收过程比这个简单一些。即只有当接收端接收到一帧数据并返回一帧数据之后，发送端才能继续发送数据，这样一来，我们只需要控制好接收端的频率，就可以控制整个通信过程，也能控制通信频率。

但为什么还要设计成第一种传输情况呢？这是为了充分利用串口，增大数据吞吐率（这个后面再说）。

另外，不知道你是否观察到图中的每个数据帧占用的时间是不一样的，这是因为每个数据帧不可能都是一样长的，它们是不定长的数据包，所以你的定时不能从发送开始定时，而是从发送完成后开始定时控制空闲时间。

下集精彩，串口的软件设计，喜欢的话记得关注鱼鹰哦！

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