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  • XModem协议

    XModem协议介绍:
    XModem是一种在串口通信中广泛使用的异步文件传输协议,分为XModem和1k-XModem协议两种,前者使用128字节的数据块,后者使用1024字节即1k字节的数据块。


    一、XModem校验和协议

    1. XModem信息包格式
    XModem协议最早由Ward Christensen在20世纪70年代提出并实现的,传输数据单位为信息包,信息包格式如下:
    ---------------------------------------------------------------------------
    |     Byte1     |    Byte2    |     Byte3      |Byte4~Byte131|  Byte132   |
    |-------------------------------------------------------------------------|
    |Start Of Header|Packet Number|~(Packet Number)| Packet Data |  Check Sum |
    ---------------------------------------------------------------------------
    


    2. 校验和的计算
    所有的数据字节都将参与和运算,由于校验和只占一个字节,如果累加的和超过255将从零开始继续累加。


    3. 字段定义
    <SOH> 01H
    <EOT> 04H
    <ACK> 06H
    <NAK> 15H
    <CAN> 18H

    4. 校验和方式的XModem传输流程
    传输流程如图所示:

    ------------------------------------------------------------------------------
    |               SENDER                |          |          RECIEVER         |
    |                                     |  <---    |  NAK                      |
    |                                     |          |  Time out after 3 second  |
    |                                     |  <---    |  NAK                      |
    | SOH|0x01|0xFE|Data[0~127]|CheckSum| |  --->    |                           |
    |                                     |  <---    |  ACK                      |
    | SOH|0x02|0xFD|Data[0~127]|CheckSum| |  --->    |                           |
    |                                     |  <---    |  NAK                      |
    | SOH|0x02|0xFD|Data[0~127]|CheckSum| |  --->    |                           |
    |                                     |  <---    |  ACK                      |
    | SOH|0x03|0xFC|Data[0~127]|CheckSum| |  --->    |                           |
    |                                     |  <---    |  ACK                      |
    | .                                   |          |  .                        |
    | .                                   |          |  .                        |
    | .                                   |          |  .                        |
    |                                     |  <---    |  ACK                      |
    | EOT                                 |  --->    |                           |
    |                                     |  <---    |  ACK                      |
    ------------------------------------------------------------------------------

    对于发送方仅仅支持校验和的传输方式,接收方应首先发送NAK信号来发起传输,如果发送方没有数据发送过来,需要超时等待3秒之后再发起NAK信号来进行数据传输。对于数据传输正确,接收方需要发送ACK信号来进行确认,如果数据传输有误,则发送NAK信号,发送方在接收到NAK信号之后需要重新发起该次数据传输,如果数据已近传输完成,发送方需要发送EOT信号,来结束数据传输。

    5. 如何取消数据传输
    当接收方发送CAN表示无条件结束本次传输过程,发送方收到CAN后,无需发送EOT来确认,直接停止数据的发送。


    二、XModem-CRC16协议

    1. XModem-CRC16信息包格式
    XModem协议在90年代做过一次修改,将132字节处的校验和改成双字节的CRC16校验,CRC16校验的信息包格式如下:

    ------------------------------------------------------------------------------
    |     Byte1     |    Byte2    |     Byte3      |Byte4~Byte131|Byte132~Byte133|
    |----------------------------------------------------------------------------|
    |Start Of Header|Packet Number|~(Packet Number)| Packet Data |   16Bit CRC   |
    ------------------------------------------------------------------------------
    


    2. CRC16的计算
    比较复杂,表示看不懂,以后有时间再研究吧,先给出一份源代码,来自:
    http://web.mit.edu/6.115/www/miscfiles/amulet/amulet-help/xmodem.htm

    int calcrc(char *ptr, int count)
    {
    	int crc;
    	char i;
    
    	crc = 0;
    	while (--count >= 0)
    	{
    		crc = crc ^ (int) *ptr++ << 8;
    		i = 8;
    		do
    		{
    			if (crc & 0x8000)
    				crc = crc << 1 ^ 0x1021;
    			else
    				crc = crc << 1;
    		} while (--i);
    	}
    
    	return (crc);
    }

    需要注意的是,在发送方,CRC是高字节在前,低字节在后。


    3. CRC16校验的XModem传输流程
    传输流程如图所示:
    ---------------------------------------------------------------------------
    |               SENDER             |          |           RECIEVER        |
    |                                  |  <---    |  'C'                      |
    |                                  |          |  Time out after 3 second  |
    |                                  |  <---    |  'C'                      |
    | SOH|0x01|0xFE|Data[0~127]|CRC16| |  --->    |                           |
    |                                  |  <---    |  ACK                      |
    | SOH|0x02|0xFD|Data[0~127]|CRC16| |  --->    |                           |
    |                                  |  <---    |  NAK                      |
    | SOH|0x02|0xFD|Data[0~127]|CRC16| |  --->    |                           |
    |                                  |  <---    |  ACK                      |
    | SOH|0x03|0xFC|Data[0~127]|CRC16| |  --->    |                           |
    |                                  |  <---    |  ACK                      |
    | .                                |          |  .                        |
    | .                                |          |  .                        |
    | .                                |          |  .                        |
    |                                  |  <---    |  ACK                      |
    | EOT                              |  --->    |                           |
    |                                  |  <---    |  ACK                      |
    ---------------------------------------------------------------------------
    

    和校验和方式不同的是,当接收方要求发送方以CRC16校验方式发送数据时以'C'来请求,发送方对此做出应答,流程就如上图所示。当发送方仅仅支持校验和方式时,则接收方要发送NAK来请求,要求以校验和方式来发送数据,如果仅仅支持CRC16校验方式,则只能发送'C'来请求。如果两者都支持的话,优先发送'C'来请求,流程如图所示:

    ------------------------------------------------------------------------------
    |               SENDER                |          |           RECIEVER        |
    |                                     |  <---    |  'C'                      |
    |                                     |          |  Time out after 3 second  |
    |                                     |  <---    |  NAK                      |
    |                                     |          |  Time out after 3 second  |
    |                                     |  <---    |  'C'                      |
    |                                     |          |  Time out after 3 second  |
    |                                     |  <---    |  NAK                      |
    | SOH|0x01|0xFE|Data[0~127]|CheckSum| |  --->    |                           |
    |                                     |  <---    |  ACK                      |
    | SOH|0x02|0xFD|Data[0~127]|CheckSum| |  --->    |                           |
    |                                     |  <---    |  NAK                      |
    | SOH|0x02|0xFD|Data[0~127]|CheckSum| |  --->    |                           |
    |                                     |  <---    |  ACK                      |
    | SOH|0x03|0xFC|Data[0~127]|CheckSum| |  --->    |                           |
    |                                     |  <---    |  ACK                      |
    | .                                   |          |  .                        |
    | .                                   |          |  .                        |
    | .                                   |          |  .                        |
    |                                     |  <---    |  ACK                      |
    | EOT                                 |  --->    |                           |
    |                                     |  <---    |  ACK                      |
    ------------------------------------------------------------------------------
    

    最后,如果信息包中的数据如果不足128字节,剩余的部分要以0x1A(Ctrl-Z)来填充。


    三、1k-XModem协议
    1k-XModem协议同XModem-CRC16协议差不多,只是数据块长度变成了1024字节即1k,同时每个信息报的第一个字节的SOH变成了STX,STX定义为 <STX> 0x02,能有效的加快数据传输速率。

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