使用QT基于YMODEM协议实现串口文件发送（和xshell互通）

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背景

项目需要用QT实现一个YMODEM文件传输的功能，目标下位机是MCU嵌入式设备，且下位机程序已经经过xshell传输文件的验证。

YMODEM 简介

YMODEM协议是一个文件传输协议，常用于嵌入式设备。本文不对YMODEM做过多的阐述，阅读需建立在你已经对YMODEM有一定了解的基础上。如果要了解YMODEM协议，推荐几个地址：

维基百科 YMODEM
Ymodem 协议详解
YMODEM协议简介
YMODEM协议中文翻译

但要注意的是这些文章都有一些小的细节性的错误，文章的评论区有人指出了，需要注意甄别。

YMODEM通信协议：

发送端----------------------------------------------------------------接收端

<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<< C

SOH 00 FF “foo.c” "1064’’ NUL[118] CRC CRC >>>>>>>>>>>>>

<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<< ACK

<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<< C

STX 01 FE data[1024] CRC CRC>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<< ACK

STX 02 FD data[1024] CRC CRC>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<< ACK

STX 03 FC data[1024] CRC CRC>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<< ACK

STX 04 FB data[1024] CRC CRC>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<< ACK

SOH 05 FA data[100] 1A[28] CRC CRC>>>>>>>>>>>>>>>>>>

<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<< ACK

EOT >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<< NAK

EOT>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<< ACK

<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<< C

SOH 00 FF NUL[128] CRC CRC >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<< ACK

核心代码

文件发送的核心代码，主要步骤是：

  1. 启动YMODEM传输，并建立通道。
  2. 发送首帧数据，即文件名和文件大小信息。
  3. 按照1024或者128字节发送文件数据。
  4. 结束传输。
Ymodem::Code YmodemFileTransmit::callback(Status status, uint8_t* buff, uint32_t* len)
{
    switch (status) {
        case StatusEstablish: {
                if (file->open(QFile::ReadOnly) == true) {
                    QFileInfo fileInfo(*file);

                    fileSize  = fileInfo.size();
                    fileCount = 0;

                    strcpy((char*)buff, fileInfo.fileName().toLocal8Bit().data());
                    strcpy((char*)buff + fileInfo.fileName().toLocal8Bit().length() + 1,
                           QByteArray::number(fileInfo.size()).data());
//                    char source = 0x20;
//                    strcpy((char*)buff + fileInfo.fileName().toLocal8Bit().length() + 1 +
//                           QByteArray::number(fileInfo.size()).size(), &source);
                    *len = YMODEM_PACKET_SIZE;

                    YmodemFileTransmit::status = StatusEstablish;

                    transmitStatus(StatusEstablish);

                    return CodeAck;
                } else {
                    YmodemFileTransmit::status = StatusError;

                    writeTimer->start(WRITE_TIME_OUT);

                    return CodeCan;
                }
            }

        case StatusTransmit: {
                if (fileSize != fileCount) {
                    if ((fileSize - fileCount) > YMODEM_PACKET_1K_SIZE) {
                        qint64 r = file->read((char*)buff, YMODEM_PACKET_1K_SIZE);
                        fileCount += r;
                        *len = YMODEM_PACKET_1K_SIZE;
                    } else {

                        qint64 r = file->read((char*)buff, YMODEM_PACKET_SIZE);
                        fileCount += r;

                        *len = YMODEM_PACKET_SIZE;
                    }

                    progress = (int)(fileCount * 100 / fileSize);
                    YmodemFileTransmit::status = StatusTransmit;

                    transmitProgress(progress);
                    transmitStatus(StatusTransmit);

                    return CodeAck;
                } else {
                    YmodemFileTransmit::status = StatusTransmit;

                    transmitStatus(StatusTransmit);

                    return CodeEot;
                }
            }

        case StatusFinish: {
                file->close();

                YmodemFileTransmit::status = StatusFinish;

                writeTimer->start(WRITE_TIME_OUT);

                return CodeAck;
            }

        case StatusAbort: {
                file->close();

                YmodemFileTransmit::status = StatusAbort;

                writeTimer->start(WRITE_TIME_OUT);

                return CodeCan;
            }

        case StatusTimeout: {
                YmodemFileTransmit::status = StatusTimeout;

                writeTimer->start(WRITE_TIME_OUT);

                return CodeCan;
            }

        default: {
                file->close();

                YmodemFileTransmit::status = StatusError;

                writeTimer->start(WRITE_TIME_OUT);

                return CodeCan;
            }
    }
}

文件接收的核心代码，主要步骤是：

  1. 开启YMODEM文件接收，建立通道。
  2. 解析首帧数据，即解析文件名和文件大小信息。
  3. 按照发送者的发送大小(1024或者128字节)解析文件数据。
  4. 接收完成，结束传输。
Ymodem::Code YmodemFileReceive::callback(Status status, uint8_t* buff, uint32_t* len)
{
    switch (status) {
        case StatusEstablish: {
                QByteArray b = QByteArray((char*)buff, 133).toHex();
                qDebug() << "recvbuff:" <<  b;
                if (buff[0] != 0) {
                    int  i         =  0;
                    char name[128] = {0};
                    char size[128] = {0};

                    for (int j = 0; buff[i] != 0 && buff[i] != 0x20; i++, j++) {
                        qDebug() << buff[i];
                        name[j] = buff[i];
                    }

                    i++;
                    //SOH 00 FF foo.c 3232 NUL[118] CRCH CRCL
                    //0或者空格,xshell 在文件名称和文件大小中间发送的是空格，即0x20,标准YMODEM协议要求文件名称以'\0'(也就是0)结尾，所以如果要实现和xshell互通，此处要兼容
                    for (int j = 0; buff[i] != 0 && buff[i] != 0x20; i++, j++) {
                        qDebug() << buff[i];
                        size[j] = buff[i];
                    }

                    fileName  = QString::fromLocal8Bit(name);
                    fileSize  = QString(size).toULongLong();
                    fileCount = 0;
                    qDebug() << "StatusEstablish::fileName:" << fileName ;
                    qDebug() << "StatusEstablish::fileSize:" << fileSize ;
                    file->setFileName(filePath + fileName);

                    if (file->open(QFile::WriteOnly) == true) {
                        YmodemFileReceive::status = StatusEstablish;

                        receiveStatus(StatusEstablish);

                        return CodeAck;
                    } else {
                        YmodemFileReceive::status = StatusError;

                        writeTimer->start(WRITE_TIME_OUT);

                        return CodeCan;
                    }
                } else {
                    YmodemFileReceive::status = StatusError;

                    writeTimer->start(WRITE_TIME_OUT);

                    return CodeCan;
                }
            }

        case StatusTransmit: {
                if ((fileSize - fileCount) > *len) {
                    qint64 w = file->write((char*)buff, *len);
                    fileCount += *len;
                } else {

                    qint64 w = file->write((char*)buff, fileSize - fileCount);
                    fileCount += fileSize - fileCount;
                }

                progress = fileSize == 0 ? 0 : (int)(fileCount * 100 / fileSize);
                YmodemFileReceive::status = StatusTransmit;

                receiveProgress(progress);
                receiveStatus(StatusTransmit);

                return CodeAck;
            }

        case StatusFinish: {
                file->close();

                YmodemFileReceive::status = StatusFinish;

                writeTimer->start(WRITE_TIME_OUT);

                return CodeAck;
            }

        case StatusAbort: {
                file->close();

                YmodemFileReceive::status = StatusAbort;

                writeTimer->start(WRITE_TIME_OUT);

                return CodeCan;
            }

        case StatusTimeout: {
                YmodemFileReceive::status = StatusTimeout;

                writeTimer->start(WRITE_TIME_OUT);

                return CodeCan;
            }

        default: {
                file->close();

                YmodemFileReceive::status = StatusError;

                writeTimer->start(WRITE_TIME_OUT);

                return CodeCan;
            }
    }
}

在进行YMODEM 上位机开发时，有两个坑需要注意，否则大概率掉坑里。

1号坑：

下位机那边反馈，使用xshell给MCU发送文件正常，使用我们的软件一开始就卡住。

经过对xshell抓包分析，发现xshell默认配置会在发送YMODEM前先发送"rb -E"指令，我们的下位机收到无法解析的指令后，会默认回复’C’,所以xshell收到’C’后开始了正常的文件发送。

但是根据YMODEM协议标准（可以看上面的通信协议），在启动文件传输后，发送端是静止的，只需要等待接收端发送第一个’C’, 所以我们的上位机并没有做，导致启动发送就卡住了。修改代码，在开始发送前，先发送任意字符，触发接收端的’C’回复，修改后测试正常了。

所以如果打开也涉及到YMODEM开发，需要注意和你们的下位机同事沟通清楚’C’字符在什么时候回复，有没有按照标准来。

2号坑：

在YMODEM传输文件名和文件大小时，YMODEM协议中明确要求了文件名必须以null(即’\0’)作为结束符，求证：

  • https://en.wikipedia.org/wiki/YMODEM
  • https://pauillac.inria.fr/~doligez/zmodem/ymodem.txt

见 wikipedia 的 References 文章中的 Chapter 1 ,
The pathname shall be a null terminated ASCII string as described below.

但抓包发现xshell在文件名和文件大小中间填充的是空格(即0x20)，如果这个时候接收端说xshell和我是互通的来证明自己没问题，就欲哭无泪了。因为他很有可能解析文件名和文件大小时判断的是0x20，而不是’\0’。所以，此处也要跟下位机沟通清楚，他们是如何解析文件名和文件大小的，如果没有判断’\0’，文件名和文件大小肯定就不对了。

结束补充

Demo截图：
在这里插入图片描述
参考：

SerialPortYmodem

对其在xshell兼容方面作了改动和优化。

Demo及源代码下载地址：
https://download.csdn.net/download/u012534831/88625925

其他代码我打包上传到csdn资源中，关注公号后在后台留言需要下载的资源，我看到后免费发给你，并可以得到我的免费解答。 原创不易，谢谢支持。

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