Xmodem协议简介

1.      Xmodem协议

1.1.    简介

在上一章中，BootLoader和APP在串口下的升级其实都用到了一种文件传输协议，即Xmodem协议，该协议因其简单，易实现和使用的特点在很多场合都得到了广泛的应用。

Xmodem是在1978年由Ward Christensen创建的用于调制解调器纠错的协议，它实际上已经成了标准。使用此协议的调制解散调节器发送的数据包大小为128-byte （数据包的大小也可以为1K字节）。如果包成功接收，接收方会返回一个肯定应答信号（ACK），如果发现错误，则返回一个否定应答信号（NAK）并重新发送数据包。Xmodem使用奇偶校验作为查错控制的方法。

这种协议以128字节块的形式传输数据，并且每个块都使用一个校验和过程来进行错误检测。如果接收方关于一个块的校验和与它在发送方的校验和相同时，接收方就向发送方发送一个认可字节。然而，这种对每个块都进行认可的策略将导致低性能，特别是具有很长传播延迟的卫星连接的情况时，问题更加严重。

使用循环冗余校验的与XMODEM相应的一种协议称为XMODEM－CRC。还有一种是XMODEM－1K，它以1024字节一块来传输数据。ZMODEM是最有效的一个XMODEM版本，它不需要对每个块都进行认可。事实上，它只是简单地要求对损坏的块进行重发。ZMODEM对按块收费的分组交换网络是非常有用的。不需要认可回送分组在很大程度上减少了通信量。

YMODEM也是一种XMODEM的实现。它包括XMODEM－1K的所有特征，另外在一次单一会话期间为发送一组文件，增加了批处理文件传输模式。

1.2.    协议内容

1.2.1.      协议相关控制字符

SOH             0x01

STX             0x02

EOT             0x04

ACK             0x06

NAK             0x15

CAN             0x18

CTRLZ         0x1A

1.2.2.      标准帧格式（128字节）

SOH	信息包序号	包序号的补码	数据区段	校验和
起始字节	包号	取反加1	128	数据区段和

1k-Xmodem帧格式如下：

STX	信息包序号	包序号的补码	数据区段	校验和
起始字节	包号	取反加1	1024	数据区段和

说明：

SOH 帧的开头字节，代表信息包中的第一个字节 　　

信息包序号：对256取模所得到当前包号，第一个信息包的序号为1，而信息包序号范围 0~255； 　　

信息包序号的补码：当前信息包号的补码； 　　

数据区段： 数据区段的长度固定为128字节（最后一个区段数据字节数肯定小于128，由CTRLZ来填充），其内容没有任何限制，可以是文本数据或二进制数据；　

算术校验和：1字节的算术校验和，只对数据区段求和后对256取模而得；

1.2.3.      传输逻辑

1> 收发双方拨号连通后，发送方等待接收方传来 NAK 信号。当第一个NAK 到达，发送方解释为开始发送第一个包；　　

2> 发送方一旦收到第一个 NAK，启动了传输，发送方就将数据以每次 128字节打包成帧格式传送，再等待接收方的确认信号； 　　

3> 发送方收到接收方传来的ACK信号，解释为信息包被正确接收，并有发送下一个包的含义； 　　

4> 发送方收到接收方传来的NAK信号，解释为请求重发同一数据包； 　　

5> 发送方收到接收方传来的 CAN 信号，解释为请求无条件停止传输过程；

6> 发送方正常传输完全部数据，需要正常结束，发送EOT信号通知接收方。接收方用 ACK 进行确认； 　　

7> 接收方发送CAN无条件停止传输过程，发送方收到CAN后，不发送 EOT 确认； 　　

8> 虽然信息包是以 SOH 来标志一个信息包的起始的，但在 SOH 位置上出现的 EOT则表示数据传输结束，再也没有数据传过来； 　　

9> 接收方首先应确认信息包序号的完整性，通过对信息包序号取补，然后和信息包序号的补码异或，结果为0表示正确，结果不为0则发送NAK请求重传； 　　

10> 接收方确认信息包序号正确后，然后检查是否期望的序号。如果不是期望得到的信息包序号，说明发生严重错误，应该发送一个 CAN 来中止传输； 　　

11> 对于10>情况的唯一例外，是收到的包的信息包序号与前一个信息包序号相同，此中情况，接收方简单忽略这个重复的包，向发送方发出 ACK ，准备接收下一个包。

12>接收方确认了信息包序号的完整性和是正确期望的后，只对 128 字节的数据区段进行算术和校验，结果与帧中最后一个字节（算术校验和）比较，相同发送 ACK，不同发送 NAK；

1.2.4.      超时处理　

1> 接收方等待一个信息包的到来所具有的超时时限为 10 秒，每个超时后发送 NAK； 　　

2> 当收到包时，接收过程中每个字符的超时间隔为1秒； 　　

3> 为保持“接收方驱动”，发送方在等待一个启动字节时不应该采用超时处理

4> 一旦传输开始，发送方采用单独的1分钟超时时限，给接收方充足的时间做发送ACK 、NAK 、CAN之前的必须处理； 　　

5> 所有的超时及错误事件至少重试10次；

1.2.5.      校验和的说明

Xmodem协议支持2种校验和，它们是累加和与CRC校验。当接收方一开始启动传输时发送的是NAK，表示它希望以累加和方式校验。当接收方一开始启动传输时发送的是字符“C”，表示它希望以CRC方式校验。

可能有人会问，接收方想怎么校验发送方都得配合吗，难道发送方必须都支持累加和校验和CRC校验？事实上Xmodem要求支持CRC的就必须同时支持累加和，如果发送方只支持累加和，而接收方用字符“C”来启动，那么发送方只要不管它，当接收方继续发送“C”，三次后都没收到应答，就自动会改为发送NAK，因为它已经明白发送方可能不支持CRC校验，现在接收方改为累加和校验和发送方通讯。发送方收到NAK就赶紧发送数据包响应。

1.2.6.      Xmodem-1K

Xmodem-1K在标准协议的基础上，加大了传输封包的大小(1K)，用来提高传输速率；增加了 CRC 校验，用来提高传输的可靠性；

区别在于：当启用Xmodem时，接收方发送C字符。发送方收到C字符判定为采用Xmodem－1K扩展；否则，当超时后，按照基本的版本传输。