/* * ota_relay.c - OTA 中继核心状态机实现 * T2.3, T2.4, T3.1 - T3.7 */ #include #include #include "freertos/FreeRTOS.h" #include "freertos/task.h" #include "freertos/queue.h" #include "esp_err.h" #include "esp_partition.h" #include "nvs_flash.h" #include "nvs.h" #include "aes/esp_aes.h" #include "ota_relay.h" #include "spi_master.h" #include "protocol.h" #include "health_monitor.h" #include "monitor/debug_log.h" /** @brief 当前 OTA 中继状态机状态。 */ relay_state_t g_relay_state = RELAY_IDLE; volatile bool g_gd32_app_alive = false; static const esp_partition_t *g_gd32_partition = NULL; /** @brief OTA 认证会话上下文，包含会话密钥和 IV。 */ static session_ctx_t g_session_ctx; static uint8_t g_nonce_server[16] = {0}; static uint8_t g_k_session[16] = {0}; static uint8_t g_gd32_uid_runtime[12] = {0}; static constexpr size_t GD32_UID_LEN = 12; static constexpr size_t GD32_CHALLENGE_RESPONSE_LEN = 36; /** @brief OTA 命令分发队列，从 WiFi/BLE 任务接收指令。 */ QueueHandle_t g_ota_dispatch_queue = NULL; /** @brief OTA 结果回传队列，将执行结果返回给调用方。 */ QueueHandle_t g_ota_result_queue = NULL; /** * @brief OTA 握手阶段：向 GD32 发送握手请求并等待进入认证流程。 * @return 操作结果码。 */ static ota_result_t send_handshake_req(void); /** * @brief 认证阶段：生成随机数并完成与 GD32 的双向认证。 * @return 操作结果码。 */ static ota_result_t send_nonce_and_authenticate(void); /** * @brief 向 GD32 发送待升级固件的总大小。 * @param size 固件总字节数。 * @return 操作结果码。 */ static ota_result_t send_firmware_size(uint32_t size); /** * @brief 从 Flash 逐包读取固件并中继转发给 GD32。 * @return 操作结果码。 */ static ota_result_t relay_packets_from_flash(void); /** * @brief OTA 收尾阶段：发送结束命令并等待 GD32 确认。 * @return 操作结果码。 */ static ota_result_t finish_ota(void); static int aes128_ecb_encrypt_block_local(const uint8_t *key, const uint8_t *in, uint8_t *out); static int aes128_ecb_decrypt_block_local(const uint8_t *key, const uint8_t *in, uint8_t *out); static void log_resp_payload(const char *stage, uint8_t resp_type, const uint8_t *payload, size_t len); static esp_err_t wait_until_not_wait(const char *stage, uint8_t *resp_type, uint8_t *resp_payload, size_t resp_max, size_t *resp_len, uint32_t timeout_ms, uint32_t max_wait_rounds); /** * @brief 判断响应负载是否为带序号的结构化 ACK。 * @param payload 响应负载指针。 * @param len 负载长度。 * @param expected_seq 期望的序号。 * @return 匹配返回 true，否则返回 false。 */ static bool is_structured_ack_with_seq(const uint8_t *payload, size_t len, uint32_t expected_seq) { if (!payload || len < 6) return false; if (payload[0] != 0xBA || payload[1] != 0xC0) return false; uint32_t seq = (uint32_t)payload[2] | ((uint32_t)payload[3] << 8) | ((uint32_t)payload[4] << 16) | ((uint32_t)payload[5] << 24); return seq == expected_seq; } /** * @brief 解析结构化错误响应中的序号和错误码。 * @param payload 响应负载指针。 * @param len 负载长度。 * @param seq_out 输出错误对应序号，可为 NULL。 * @param err_out 输出错误码，可为 NULL。 * @return 解析成功返回 true，否则返回 false。 */ static bool parse_structured_error(const uint8_t *payload, size_t len, uint32_t *seq_out, uint8_t *err_out) { if (!payload || len < 7) return false; if (payload[0] != 0xBA || payload[1] != 0xC0) return false; if (seq_out) { *seq_out = (uint32_t)payload[2] | ((uint32_t)payload[3] << 8) | ((uint32_t)payload[4] << 16) | ((uint32_t)payload[5] << 24); } if (err_out) *err_out = payload[6]; return true; } /** * @brief 判断缓冲区是否全部由指定字节值组成。 * @param buf 输入缓冲区。 * @param len 缓冲区长度。 * @param value 目标字节值。 * @return 全部匹配返回 true，否则返回 false。 */ static bool is_handshake_echo_ack(const uint8_t *payload, size_t len) { return payload && len >= 2U && payload[0] == 0x00U && payload[1] == 0xACU; } static bool is_challenge_payload_ack(const uint8_t *payload, size_t len) { return payload && len == GD32_CHALLENGE_RESPONSE_LEN; } static bool is_confirm_plain_ack(const uint8_t *payload, size_t len) { return payload && len == 2U && payload[0] == 0xBAU && payload[1] == 0xC0U; } static bool is_size_seq0_ack(const uint8_t *payload, size_t len) { return is_structured_ack_with_seq(payload, len, 0U); } static bool is_finish_plain_ack(const uint8_t *payload, size_t len) { return payload && len >= 2U && payload[0] == 0x0AU && payload[1] == 0xACU; } /** * @brief FINISH 阶段匹配器：接受 0x0A 0xAC 明文 ACK 或结构化错误帧。 * * BOOT 在 FINISH 成功时回 2B 明文 ACK {0x0A, 0xAC}； * 失败时回 7B 结构化错误帧 {0xBA,0xC0, seq(4B), err_code}。 * 两种都需要识别，否则 ESP32 会把错误帧当成残留 ACK 继续轮询。 */ static bool is_finish_ack_or_error(const uint8_t *payload, size_t len) { if (!payload) return false; /* 明文 ACK: 0x0A 0xAC */ if (len >= 2U && payload[0] == 0x0AU && payload[1] == 0xACU) return true; /* 结构化错误帧: 0xBA 0xC0 + seq(4B) + err_code */ if (len >= 7U && payload[0] == 0xBAU && payload[1] == 0xC0U) return true; return false; } /** * @brief 按小端序读取 4 字节无符号整数。 * @param p 输入字节指针（至少 4 字节）。 * @return 读取出的 uint32_t 数值。 */ static bool bytes_all_value(const uint8_t *buf, size_t len, uint8_t value) { if (!buf || len == 0) return false; for (size_t i = 0; i < len; ++i) { if (buf[i] != value) return false; } return true; } /** * @brief 继续轮询，直到拿到符合当前阶段预期形状的 ACK，或遇到结构化错误/超时。 */ static esp_err_t poll_until_expected_ack_shape(const char *stage, uint8_t *resp_type, uint8_t *resp_payload, size_t resp_max, size_t *resp_len, uint32_t poll_timeout_ms, uint32_t wait_rounds, uint32_t maxExtraPolls, bool (*matcher)(const uint8_t *, size_t)) { if (!stage || !resp_type || !resp_payload || !resp_len || !matcher) { return ESP_ERR_INVALID_ARG; } esp_err_t err = ESP_OK; if (*resp_type == SPI_OTA_RSP_WAIT) { err = wait_until_not_wait(stage, resp_type, resp_payload, resp_max, resp_len, poll_timeout_ms, wait_rounds); if (err != ESP_OK) { return err; } } for (uint32_t extra = 0; extra < maxExtraPolls; ++extra) { if (*resp_type != SPI_OTA_RSP_ACK) { return ESP_OK; } if (matcher(resp_payload, *resp_len)) { return ESP_OK; } uint32_t err_seq = 0; uint8_t err_code = 0; if (parse_structured_error(resp_payload, *resp_len, &err_seq, &err_code)) { return ESP_OK; } DEBUG_WARN("OTA", "%s 收到上一阶段残留ACK/非目标ACK，继续轮询: len=%u", stage, (unsigned)*resp_len); *resp_len = 0; err = spi_ota_poll_response(resp_type, resp_payload, resp_max, resp_len, poll_timeout_ms); if (err != ESP_OK) { return err; } log_resp_payload(stage, *resp_type, resp_payload, *resp_len); if (*resp_type == SPI_OTA_RSP_WAIT) { err = wait_until_not_wait(stage, resp_type, resp_payload, resp_max, resp_len, poll_timeout_ms, wait_rounds); if (err != ESP_OK) { return err; } } } return ESP_OK; } /** * @brief 解析并校验 GD32 Challenge 响应，提取会话密钥和 UID。 * @param resp_payload Challenge 响应数据。 * @param resp_len 响应长度。 * @param out_k_session 输出会话密钥（16 字节）。 * @param out_uid 输出 UID（GD32_UID_LEN 字节）。 * @return 校验通过返回 true，否则返回 false。 */ static bool parse_and_verify_challenge_payload(const uint8_t *resp_payload, size_t resp_len, uint8_t *out_k_session, uint8_t *out_uid) { if (!resp_payload || !out_k_session || !out_uid) return false; if (resp_len != GD32_CHALLENGE_RESPONSE_LEN) { DEBUG_ERR("OTA", "CHALLENGE validate failed: invalid payload length=%u", (unsigned)resp_len); return false; } /* * GD32 响应格式 (36 bytes): * [0..11] = UID (12 bytes) * [12..19] = nonce_server[8:16] (8 bytes, nonce 后半段) * [20..35] = encrypted_Ksession (16 bytes) = AES(K_master, K_session) * * 其中 K_session = AES(K_master, nonce_server) */ const uint8_t *uid = resp_payload; const uint8_t *nonce_frag = resp_payload + 12; const uint8_t *encrypted_ksession = resp_payload + 20; // 校验 nonce 片段: 应与 nonce_server[8:16] 一致 if (memcmp(nonce_frag, g_nonce_server + 8, 8) != 0) { DEBUG_ERR("OTA", "CHALLENGE校验失败: nonce片段不匹配"); return false; } // 派生 K_session = AES(K_master, nonce_server) uint8_t K_session[16] = {0}; if (aes128_ecb_encrypt_block_local(MASTER_KEY, g_nonce_server, K_session) != 0) { DEBUG_ERR("OTA", "CHALLENGE校验失败: 派生K_session失败"); return false; } // 验证 encrypted_Ksession: AES(K_master, K_session) 应匹配 uint8_t expected_encrypted[16] = {0}; if (aes128_ecb_encrypt_block_local(MASTER_KEY, K_session, expected_encrypted) != 0) { DEBUG_ERR("OTA", "CHALLENGE校验失败: 加密K_session失败"); return false; } if (memcmp(encrypted_ksession, expected_encrypted, 16) != 0) { DEBUG_ERR("OTA", "CHALLENGE校验失败: encrypted_Ksession不匹配"); return false; } // 校验通过，输出 K_session 和 UID memcpy(out_k_session, K_session, 16); memcpy(out_uid, uid, GD32_UID_LEN); if (bytes_all_value(out_uid, GD32_UID_LEN, 0x00U) || bytes_all_value(out_uid, GD32_UID_LEN, 0xFFU)) { DEBUG_ERR("OTA", "CHALLENGE校验失败: UID无效(全00/全FF)"); return false; } char uid_hex[GD32_UID_LEN * 2 + 1] = {0}; for (size_t i = 0; i < GD32_UID_LEN; ++i) { snprintf(&uid_hex[i * 2], sizeof(uid_hex) - i * 2, "%02X", out_uid[i]); } DEBUG_INFO("OTA", "GD32 UID(%uB @0x%08" PRIX32 "/0x%08" PRIX32 "/0x%08" PRIX32 "): %s", (unsigned)GD32_UID_LEN, DEVICE_SERIAL_ADDR_LSB, DEVICE_SERIAL_ADDR_MID, DEVICE_SERIAL_ADDR_MSB, uid_hex); return true; } /** * @brief 使用 AES-128 ECB 加密单个 16 字节分组。 * @param key 16 字节密钥。 * @param in 输入明文分组（16 字节）。 * @param out 输出密文分组（16 字节）。 * @return 0 表示成功，非 0 表示失败。 */ static int aes128_ecb_encrypt_block_local(const uint8_t *key, const uint8_t *in, uint8_t *out) { esp_aes_context aes; esp_aes_init(&aes); int ret = esp_aes_setkey(&aes, key, 128); if (ret == 0) { ret = esp_aes_crypt_ecb(&aes, ESP_AES_ENCRYPT, in, out); } esp_aes_free(&aes); return ret; } /** * @brief 使用 AES-128 ECB 解密单个 16 字节分组。 * @param key 16 字节密钥。 * @param in 输入密文分组（16 字节）。 * @param out 输出明文分组（16 字节）。 * @return 0 表示成功，非 0 表示失败。 */ static int aes128_ecb_decrypt_block_local(const uint8_t *key, const uint8_t *in, uint8_t *out) { esp_aes_context aes; esp_aes_init(&aes); int ret = esp_aes_setkey(&aes, key, 128); if (ret == 0) { ret = esp_aes_crypt_ecb(&aes, ESP_AES_DECRYPT, in, out); } esp_aes_free(&aes); return ret; } /** * @brief 按 3 个分组对 48 字节数据执行 AES-128 ECB 加密。 * @param key 16 字节密钥。 * @param in 输入明文（48 字节）。 * @param out 输出密文（48 字节）。 * @return 全部分组加密成功返回 true，否则返回 false。 */ static bool aes128_ecb_encrypt_48bytes_local(const uint8_t *key, const uint8_t *in, uint8_t *out) { for (int i = 0; i < 3; ++i) { if (aes128_ecb_encrypt_block_local(key, in + i * 16, out + i * 16) != 0) { return false; } } return true; } /** * @brief 计算带 key 前缀的 CRC32（key + 48B 数据），输出小端 4 字节。 * @param key 16 字节会话密钥。 * @param data48 输入数据（48 字节）。 * @param output 输出 CRC32（4 字节）。 */ static void calculate_crc32_with_key_local(const uint8_t *key, const uint8_t *data48, uint8_t *output) { uint32_t crc = 0xFFFFFFFFU; for (int i = 0; i < 16; ++i) { crc ^= key[i]; for (int j = 0; j < 8; ++j) { crc = (crc >> 1) ^ (0xEDB88320U & (0U - (crc & 1U))); } } for (size_t i = 0; i < GD32_OTA_PACKET_SIZE; ++i) { crc ^= data48[i]; for (int j = 0; j < 8; ++j) { crc = (crc >> 1) ^ (0xEDB88320U & (0U - (crc & 1U))); } } crc ^= 0xFFFFFFFFU; output[0] = (uint8_t)(crc & 0xFFU); output[1] = (uint8_t)((crc >> 8) & 0xFFU); output[2] = (uint8_t)((crc >> 16) & 0xFFU); output[3] = (uint8_t)((crc >> 24) & 0xFFU); } /** * @brief 记录响应类型和负载十六进制摘要，便于 OTA 阶段诊断。 * @param stage 当前阶段名称。 * @param resp_type 响应类型。 * @param payload 响应负载。 * @param len 响应负载长度。 */ static void log_resp_payload(const char *stage, uint8_t resp_type, const uint8_t *payload, size_t len) { char hex[193] = {0}; size_t n = (len > 32U) ? 32U : len; for (size_t i = 0; i < n; ++i) { snprintf(&hex[i * 2], sizeof(hex) - i * 2, "%02X", payload[i]); } DEBUG_DBG("OTA", "%s 响应: type=0x%02X len=%u payload[%u]=%s%s", stage, resp_type, (unsigned)len, (unsigned)n, n > 0 ? hex : "", len > n ? "..." : ""); } /** * @brief 当收到 WAIT 响应时进行只读轮询，直到响应变为非 WAIT 或达到轮询上限。 * @param stage 当前阶段名称（用于日志）。 * @param resp_type 输入/输出响应类型。 * @param resp_payload 输出响应负载缓冲区。 * @param resp_max 响应缓冲区大小。 * @param resp_len 输出响应长度指针，可为 NULL。 * @param timeout_ms 每次轮询的超时毫秒。 * @param max_wait_rounds 最多轮询次数。 * @return ESP_OK 或底层 SPI 轮询错误码。 */ static esp_err_t wait_until_not_wait(const char *stage, uint8_t *resp_type, uint8_t *resp_payload, size_t resp_max, size_t *resp_len, uint32_t timeout_ms, uint32_t max_wait_rounds) { if (!resp_type) return ESP_ERR_INVALID_ARG; uint32_t round = 0; while (*resp_type == SPI_OTA_RSP_WAIT && round < max_wait_rounds) { ++round; DEBUG_WARN("OTA", "%s 收到 WAIT，开始第 %u 次只读轮询...", stage, round); /* GD32 擦除 Flash 期间 (__disable_irq) 无法响应 SPI， * ESP32 的 poll 会持续拿到 0xFF 或 WAIT 帧残留字节， * 导致 spi_ota_poll_response 超时返回 ESP_ERR_TIMEOUT。 * * 这是正常现象——只要还在 WAIT 轮询范围内，超时不代表协议失败， * 只是 GD32 还在忙。继续重试即可。 * * 用 100ms 短超时做每次 poll，避免擦除期间长阻塞。 * 300 轮 × 100ms = 30s，远超 2-3 秒的 Flash 擦除时间。 * 实际上擦除完成后 ACK 会立即返回，不会真的等 30s。 */ esp_err_t err = spi_ota_poll_response(resp_type, resp_payload, resp_max, resp_len, 100); if (err == ESP_ERR_TIMEOUT) { /* 擦除期间 SPI 无响应 → 保持 WAIT 状态继续轮询 */ *resp_type = SPI_OTA_RSP_WAIT; continue; } if (err != ESP_OK) { return err; } log_resp_payload(stage, *resp_type, resp_payload, resp_len ? *resp_len : 0); } return ESP_OK; } /** * @brief 从 Flash 加载元数据 * @param meta 输出参数，加载后的元数据结构体。 * @return ESP_OK 成功，其他失败。 */ esp_err_t meta_load(ota_meta_t *meta) { if (!meta) return ESP_ERR_INVALID_ARG; memset(meta, 0, sizeof(ota_meta_t)); nvs_handle_t handle; esp_err_t err = nvs_open(OTA_META_NVS_NAMESPACE, NVS_READONLY, &handle); if (err != ESP_OK) { // NVS 中没有元数据是正常状态（首次使用） return ESP_OK; } uint32_t val = 0; if (nvs_get_u32(handle, "total_size", &val) == ESP_OK) meta->total_size = val; if (nvs_get_u32(handle, "stored_size", &val) == ESP_OK) meta->stored_size = val; if (nvs_get_u32(handle, "last_seq", &val) == ESP_OK) meta->last_seq = val; if (nvs_get_u32(handle, "chunk_count", &val) == ESP_OK) meta->chunk_count = val; nvs_close(handle); return ESP_OK; } /** * @brief 保存元数据到 Flash * @param meta 待保存的元数据结构体。 * @return ESP_OK 成功，其他失败。 */ esp_err_t meta_save(const ota_meta_t *meta) { if (!meta) return ESP_ERR_INVALID_ARG; nvs_handle_t handle; esp_err_t err = nvs_open(OTA_META_NVS_NAMESPACE, NVS_READWRITE, &handle); if (err != ESP_OK) { DEBUG_ERR("OTA", "无法打开 NVS 写入: %s", esp_err_to_name(err)); return err; } nvs_set_u32(handle, "total_size", meta->total_size); nvs_set_u32(handle, "stored_size", meta->stored_size); nvs_set_u32(handle, "last_seq", meta->last_seq); nvs_set_u32(handle, "chunk_count", meta->chunk_count); err = nvs_commit(handle); nvs_close(handle); if (err != ESP_OK) { DEBUG_ERR("OTA", "NVS commit 失败: %s", esp_err_to_name(err)); } return err; } /** * @brief 传输过程中更新元数据 * @param stored_size 已存储的固件大小（字节）。 * @param last_seq 最后成功的分块序号。 * @return ESP_OK 成功，其他失败。 */ esp_err_t meta_update(uint32_t stored_size, uint32_t last_seq) { ota_meta_t meta; esp_err_t err = meta_load(&meta); if (err != ESP_OK) return err; meta.stored_size = stored_size; meta.last_seq = last_seq; return meta_save(&meta); } /** * @brief OTA 完成后或中止时清除元数据 * @return ESP_OK 成功，其他失败。 */ esp_err_t meta_clear(void) { DEBUG_INFO("OTA", "清除 OTA 元数据"); ota_meta_t meta = {}; return meta_save(&meta); } /** * @brief Flash 写入接口 * @param offset 分区内写入偏移。 * @param data 待写入的数据指针。 * @param len 数据长度（字节）。 * @return ESP_OK 成功，其他失败。 */ esp_err_t flash_write_chunk(uint32_t offset, const uint8_t *data, size_t len) { if (!g_gd32_partition) { g_gd32_partition = esp_partition_find_first( ESP_PARTITION_TYPE_DATA, ESP_PARTITION_SUBTYPE_DATA_SPIFFS, "gd32_ota"); if (!g_gd32_partition) { DEBUG_ERR("OTA", "找不到 gd32_ota 分区"); return ESP_ERR_NOT_FOUND; } } return esp_partition_write(g_gd32_partition, offset, data, len); } /** * @brief 从 OTA 缓存分区读取指定偏移和长度的数据块。 * @param offset 分区内读取偏移。 * @param data 读取缓冲区指针。 * @param len 读取长度（字节）。 * @return ESP_OK 成功，其他失败。 */ esp_err_t flash_read_chunk(uint32_t offset, uint8_t *data, size_t len) { if (!g_gd32_partition) { g_gd32_partition = esp_partition_find_first( ESP_PARTITION_TYPE_DATA, ESP_PARTITION_SUBTYPE_DATA_SPIFFS, "gd32_ota"); if (!g_gd32_partition) { DEBUG_ERR("OTA", "找不到 gd32_ota 分区"); return ESP_ERR_NOT_FOUND; } } return esp_partition_read(g_gd32_partition, offset, data, len); } /** * @brief 阶段1 - 发起与 GD32 的握手 * @return 操作结果码。 */ static void request_gd32_app_enter_bootloader(void) { DEBUG_INFO("OTA", "尝试通知 GD32 APP 进入 Bootloader OTA 窗口"); esp_err_t err = gd32_app_request_bootloader(500); if (err == ESP_OK) { /* 收到确认：可能来自 APP（即将跳转 BOOT）或 BOOT 本身（已在 BOOT）。 * 如果来自 APP，GD32 需要复位并重新初始化 SPI 外设，需等 ~1-2s； * 如果已在 BOOT，SPI 已经就绪，200ms 足够。 * 等待 1000ms 给 GD32 足够时间完成系统复位和 Bootloader 初始化。 */ DEBUG_INFO("OTA", "GD32 已确认进入 Bootloader，等待就绪"); vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000)); } else { DEBUG_WARN("OTA", "GD32 APP 未确认进入 Bootloader，继续尝试直接握手: %s", esp_err_to_name(err)); } } static ota_result_t send_handshake_req(void) { DEBUG_INFO("OTA", "=== 阶段1: 握手开始 ==="); DEBUG_INFO("OTA", "发送 HANDSHAKE_REQ (0x00 0xAC)"); uint8_t payload[] = {0x00, 0xAC}; uint8_t last_resp_type = 0U; size_t last_resp_len = 0U; esp_err_t last_err = ESP_OK; constexpr uint32_t kHandshakeAttempts = 10U; constexpr uint32_t kHandshakeReqTimeoutMs = 200U; constexpr uint32_t kHandshakePollTimeoutMs = 200U; constexpr uint32_t kHandshakeRetryGapMs = 100U; /** @brief 当前 OTA 中继状态机状态。 */ g_relay_state = RELAY_HANDSHAKE_SENT; DEBUG_INFO("OTA", "状态: RELAY_HANDSHAKE_SENT"); for (uint32_t attempt = 0U; attempt < kHandshakeAttempts; ++attempt) { uint8_t resp_type = 0U; uint8_t resp_payload[64] = {0}; size_t resp_len = 0U; esp_err_t err = spi_ota_transfer(SPI_OTA_CMD_REQ, payload, sizeof(payload), &resp_type, resp_payload, sizeof(resp_payload), &resp_len, kHandshakeReqTimeoutMs); last_err = err; last_resp_type = resp_type; last_resp_len = resp_len; if (err == ESP_OK) { log_resp_payload("HANDSHAKE_REQ", resp_type, resp_payload, resp_len); err = poll_until_expected_ack_shape("HANDSHAKE_REQ", &resp_type, resp_payload, sizeof(resp_payload), &resp_len, kHandshakePollTimeoutMs, 2, 2, is_handshake_echo_ack); last_err = err; last_resp_type = resp_type; last_resp_len = resp_len; if (err == ESP_OK && resp_type == SPI_OTA_RSP_ACK && is_handshake_echo_ack(resp_payload, resp_len)) { DEBUG_INFO("OTA", "握手请求已确认 (attempt=%lu)", (unsigned long)(attempt + 1U)); return OTA_RESULT_OK; } } DEBUG_WARN("OTA", "HANDSHAKE_REQ 未就绪，重试 %lu/%lu: err=%d resp_type=0x%02X resp_len=%u", (unsigned long)(attempt + 1U), (unsigned long)kHandshakeAttempts, last_err, last_resp_type, (unsigned)last_resp_len); vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(kHandshakeRetryGapMs)); } DEBUG_ERR("OTA", "HANDSHAKE_REQ 失败, err=%d, resp_type=0x%02X, resp_len=%zu", last_err, last_resp_type, last_resp_len); g_relay_state = RELAY_ERROR; return OTA_RESULT_ERR_TIMEOUT; } /** * @brief 发送随机数并与 GD32 相互认证 * @return 操作结果码。 */ static ota_result_t send_nonce_and_authenticate(void) { uint8_t resp_type = 0; uint8_t resp_payload[64] = {0}; size_t resp_len = 0; uint32_t timestamp = xTaskGetTickCount(); uint32_t mem_addr = (uint32_t)(uintptr_t)g_nonce_server; uint32_t rand_seed = 0x12345678; scramble_generate(timestamp, mem_addr, rand_seed, g_nonce_server); DEBUG_INFO("OTA", "--- 认证步骤 1: 发送 CHALLENGE ---"); DEBUG_INFO("OTA", "发送 nonce_server (16B), timestamp=0x%08X", timestamp); g_relay_state = RELAY_CHALLENGE_SENT; DEBUG_INFO("OTA", "状态: RELAY_CHALLENGE_SENT"); esp_err_t err = spi_ota_transfer(SPI_OTA_CMD_REQ, g_nonce_server, 16, &resp_type, resp_payload, sizeof(resp_payload), &resp_len, 5000); log_resp_payload("CHALLENGE", resp_type, resp_payload, resp_len); err = poll_until_expected_ack_shape("CHALLENGE", &resp_type, resp_payload, sizeof(resp_payload), &resp_len, 1000, 12, 8, is_challenge_payload_ack); if (err != ESP_OK || resp_type != SPI_OTA_RSP_ACK || !is_challenge_payload_ack(resp_payload, resp_len)) { DEBUG_ERR("OTA", "CHALLENGE 发送失败, err=%d, resp_type=0x%02X, resp_len=%zu", err, resp_type, resp_len); g_relay_state = RELAY_ERROR; return OTA_RESULT_ERR_TIMEOUT; } g_relay_state = RELAY_CHALLENGE_RESPOND; DEBUG_INFO("OTA", "已收到 GD32 握手数据包"); DEBUG_INFO("OTA", "状态: RELAY_CHALLENGE_RESPOND"); if (!parse_and_verify_challenge_payload(resp_payload, resp_len, g_k_session, g_gd32_uid_runtime)) { DEBUG_ERR("OTA", "CHALLENGE 解包/校验失败"); g_relay_state = RELAY_ERROR; return OTA_RESULT_ERR_AUTH; } uint8_t plaintext[16]; for (int i = 0; i < 16; ++i) { plaintext[i] = g_nonce_server[i] ^ 0x55U; } uint8_t encrypted_confirm[16] = {0}; if (aes128_ecb_encrypt_block_local(g_k_session, plaintext, encrypted_confirm) != 0) { DEBUG_ERR("OTA", "加密确认块失败"); g_relay_state = RELAY_ERROR; return OTA_RESULT_ERR_AUTH; } DEBUG_INFO("OTA", "--- 认证步骤 2: 发送 SESSION_KEY/CONFIRM ---"); g_relay_state = RELAY_SESSION_KEY_SENT; DEBUG_INFO("OTA", "状态: RELAY_SESSION_KEY_SENT"); resp_len = 0; err = spi_ota_transfer(SPI_OTA_CMD_REQ, encrypted_confirm, 16, &resp_type, resp_payload, sizeof(resp_payload), &resp_len, 3000); log_resp_payload("CONFIRM", resp_type, resp_payload, resp_len); err = poll_until_expected_ack_shape("CONFIRM", &resp_type, resp_payload, sizeof(resp_payload), &resp_len, 1000, 8, 8, is_confirm_plain_ack); if (err != ESP_OK || resp_type != SPI_OTA_RSP_ACK || !is_confirm_plain_ack(resp_payload, resp_len)) { DEBUG_ERR("OTA", "SESSION_KEY/CONFIRM 失败, err=%d, resp_type=0x%02X, resp_len=%zu", err, resp_type, resp_len); g_relay_state = RELAY_ERROR; return OTA_RESULT_ERR_TIMEOUT; } /* 诊断: 打印 confirm 响应完整内容，确认是 2B 还是意外读到了 36B challenge 响应 */ { char hex[73] = {0}; size_t n = (resp_len > 36U) ? 36U : resp_len; for (size_t i = 0; i < n; ++i) { snprintf(&hex[i * 2], sizeof(hex) - i * 2, "%02X", resp_payload[i]); } DEBUG_INFO("OTA", "CONFIRM 验证通过, resp_len=%zu, payload=%s", resp_len, hex); } g_relay_state = RELAY_AUTH_COMPLETE; DEBUG_INFO("OTA", "状态: RELAY_AUTH_COMPLETE"); DEBUG_INFO("OTA", "=== 阶段1 认证完成: 安全通道已建立 ==="); session_key_init(&g_session_ctx, g_k_session); return OTA_RESULT_OK; } /** * @brief 向 GD32 发送固件总大小 * @param size 固件总字节数。 * @return 操作结果码。 */ static ota_result_t send_firmware_size(uint32_t size) { uint8_t resp_type = 0; uint8_t resp_payload[32] = {0}; size_t resp_len = 0; DEBUG_INFO("OTA", "=== 阶段2: 发送固件大小 ==="); DEBUG_INFO("OTA", "固件大小: %u 字节", size); uint8_t size_payload[4]; size_payload[0] = (uint8_t)(size & 0xFF); size_payload[1] = (uint8_t)((size >> 8) & 0xFF); size_payload[2] = (uint8_t)((size >> 16) & 0xFF); size_payload[3] = (uint8_t)((size >> 24) & 0xFF); g_relay_state = RELAY_SIZE_SENT; DEBUG_INFO("OTA", "状态: RELAY_SIZE_SENT"); esp_err_t err = spi_ota_transfer(SPI_OTA_CMD_DATA, size_payload, sizeof(size_payload), &resp_type, resp_payload, sizeof(resp_payload), &resp_len, 3000); log_resp_payload("SEND_SIZE", resp_type, resp_payload, resp_len); DEBUG_WARN("OTA", "SEND_SIZE poll config: poll_timeout_ms=2000 wait_rounds=300 maxExtraPolls=24"); err = poll_until_expected_ack_shape("SEND_SIZE", &resp_type, resp_payload, sizeof(resp_payload), &resp_len, 2000, 300, 24, is_size_seq0_ack); if (err != ESP_OK || resp_type != SPI_OTA_RSP_ACK || !is_size_seq0_ack(resp_payload, resp_len)) { DEBUG_ERR("OTA", "SEND_SIZE 失败, err=%d, resp_type=0x%02X, resp_len=%zu", err, resp_type, resp_len); g_relay_state = RELAY_ERROR; return OTA_RESULT_ERR_TIMEOUT; } DEBUG_INFO("OTA", "大小已发送: %u 字节，等待 GD32 确认...", size); g_relay_state = RELAY_SIZE_ACK; DEBUG_INFO("OTA", "状态: RELAY_SIZE_ACK"); return OTA_RESULT_OK; } /** * @brief 从 Flash 向 GD32 转发存储的固件（48B/包） * @return 操作结果码。 */ static ota_result_t relay_packets_from_flash(void) { DEBUG_INFO("OTA", "=== 阶段3: 从 Flash 转发固件 ==="); ota_meta_t meta; if (meta_load(&meta) != ESP_OK) { DEBUG_ERR("OTA", "元数据加载失败"); return OTA_RESULT_ERR_STORAGE; } uint32_t total_packets = (meta.total_size + GD32_OTA_PACKET_SIZE - 1U) / GD32_OTA_PACKET_SIZE; uint32_t flash_offset = 0; uint8_t tx_buf[64] = {0}; uint8_t resp_type = 0; uint8_t resp_payload[32] = {0}; size_t resp_len = 0; ota_result_t result = OTA_RESULT_OK; DEBUG_INFO("OTA", "总包数: %u, 每包 %u 字节", total_packets, (unsigned)GD32_OTA_PACKET_SIZE); DEBUG_INFO("OTA", "状态: RELAY_RELAY_ACTIVE"); g_relay_state = RELAY_RELAY_ACTIVE; for (uint32_t seq = 0; seq < total_packets; seq++) { uint32_t retry_count = 0; if ((seq % OTA_PACKET_HEALTH_CHECK_INTERVAL) == 0 || seq == 0 || seq == total_packets - 1) { health_status_t health = health_check_before_ota_relay(); if (health == HEALTH_MON_SHUTDOWN || health == HEALTH_MON_CRITICAL) { DEBUG_ERR("OTA", "健康检查危险，中止 OTA"); return OTA_RESULT_ERR_HEALTH; } } uint8_t plain48[GD32_OTA_PACKET_SIZE]; memset(plain48, 0xFF, sizeof(plain48)); size_t chunk_size = GD32_OTA_PACKET_SIZE; if (seq == total_packets - 1) { chunk_size = meta.total_size - (seq * GD32_OTA_PACKET_SIZE); } esp_err_t err = flash_read_chunk(flash_offset, plain48, chunk_size); if (err != ESP_OK) { DEBUG_ERR("OTA", "Flash 读取失败, offset=%u, err=%d", flash_offset, err); return OTA_RESULT_ERR_STORAGE; } tx_buf[0] = 0x00; tx_buf[1] = 0x00; tx_buf[2] = 0x00; tx_buf[3] = 0x00; /* session_num 预留 */ tx_buf[4] = (uint8_t)(seq & 0xFFU); tx_buf[5] = (uint8_t)((seq >> 8) & 0xFFU); tx_buf[6] = 0x00; tx_buf[7] = 0x00; if (!aes128_ecb_encrypt_48bytes_local(g_k_session, plain48, &tx_buf[8])) { DEBUG_ERR("OTA", "包 %u 加密失败", seq); return OTA_RESULT_ERR_AUTH; } uint32_t if_end = (seq == total_packets - 1) ? 0xFFFFFFFFU : 0x00000000U; tx_buf[56] = (uint8_t)(if_end & 0xFFU); tx_buf[57] = (uint8_t)((if_end >> 8) & 0xFFU); tx_buf[58] = (uint8_t)((if_end >> 16) & 0xFFU); tx_buf[59] = (uint8_t)((if_end >> 24) & 0xFFU); calculate_crc32_with_key_local(g_k_session, plain48, &tx_buf[60]); DEBUG_DBG("OTA", "包 %u: chunk=%u if_end=0x%08X crc32=%02X%02X%02X%02X", seq, (unsigned)chunk_size, (unsigned)if_end, tx_buf[60], tx_buf[61], tx_buf[62], tx_buf[63]); g_relay_state = RELAY_PACKET_SENT; while (1) { resp_len = 0; err = spi_ota_transfer(SPI_OTA_CMD_DATA, tx_buf, sizeof(tx_buf), &resp_type, resp_payload, sizeof(resp_payload), &resp_len, 3000); log_resp_payload("DATA_PACKET", resp_type, resp_payload, resp_len); if (err == ESP_OK) { err = wait_until_not_wait("DATA_PACKET", &resp_type, resp_payload, sizeof(resp_payload), &resp_len, 1000, 10); } if (err != ESP_OK || resp_type != SPI_OTA_RSP_ACK) { DEBUG_WARN("OTA", "数据包 %u 发送失败, err=%d, resp_type=0x%02X, resp_len=%zu", seq, err, resp_type, resp_len); result = OTA_RESULT_ERR_TIMEOUT; break; } uint32_t expected_ack = (seq == total_packets - 1) ? 0xFFFFFFFFU : (seq + 1U); /* 跳过上一阶段残留的、seq 不匹配的结构化 ACK。 * * 典型场景：SIZE 阶段的 ACK(seq=0) 仍挂在 DMA 上， * 包 0 发出后第一次 poll 读到 seq=0 而非期望的 seq=1。 * 继续轮询直到拿到正确的 ACK 或超时。 */ if (!is_structured_ack_with_seq(resp_payload, resp_len, expected_ack)) { uint32_t err_seq = 0; uint8_t err_code = 0; if (parse_structured_error(resp_payload, resp_len, &err_seq, &err_code)) { if (err_seq == seq) { DEBUG_WARN("OTA", "包 %u 收到结构化错误 err=0x%02X，准备重发", seq, err_code); g_relay_state = RELAY_PACKET_ACK_RETRY; if (++retry_count >= 3U) { DEBUG_ERR("OTA", "包 %u 重发次数超限", seq); result = (err_code == 0x04U) ? OTA_RESULT_ERR_CRC : OTA_RESULT_ERR_GD32; break; } continue; /* 重发本包 */ } } /* 非期望 ACK，也非错误帧 → 可能是残留 ACK，循环 poll 直到拿到正确的 */ bool got_expected = false; for (uint32_t retry = 0; retry < 5; ++retry) { DEBUG_WARN("OTA", "包 %u 收到非目标ACK(seq不匹配)，继续轮询(%u/5)...", seq, retry + 1); err = spi_ota_poll_response(&resp_type, resp_payload, sizeof(resp_payload), &resp_len, 2000); if (err == ESP_OK && resp_type == SPI_OTA_RSP_WAIT) { err = wait_until_not_wait("DATA_PACKET", &resp_type, resp_payload, sizeof(resp_payload), &resp_len, 1000, 10); } if (err != ESP_OK || resp_type != SPI_OTA_RSP_ACK) { break; } if (is_structured_ack_with_seq(resp_payload, resp_len, expected_ack)) { got_expected = true; break; } if (parse_structured_error(resp_payload, resp_len, &err_seq, &err_code) && err_seq == seq) { break; /* 下面统一处理 */ } } if (got_expected) { /* 匹配成功 */ flash_offset += (uint32_t)chunk_size; g_relay_state = RELAY_PACKET_ACK_OK; break; } /* 最终检查是否为错误帧 */ if (parse_structured_error(resp_payload, resp_len, &err_seq, &err_code) && err_seq == seq) { DEBUG_WARN("OTA", "包 %u 收到结构化错误 err=0x%02X，准备重发", seq, err_code); g_relay_state = RELAY_PACKET_ACK_RETRY; if (++retry_count >= 3U) { DEBUG_ERR("OTA", "包 %u 重发次数超限", seq); result = (err_code == 0x04U) ? OTA_RESULT_ERR_CRC : OTA_RESULT_ERR_GD32; break; } continue; /* 重发本包 */ } DEBUG_ERR("OTA", "包 %u ACK/ERROR 不匹配，len=%zu", seq, resp_len); result = OTA_RESULT_ERR_GD32; break; } /* 匹配成功 */ flash_offset += (uint32_t)chunk_size; g_relay_state = RELAY_PACKET_ACK_OK; break; } if (result != OTA_RESULT_OK) { break; } if (seq % (total_packets / 10 + 1) == 0) { uint32_t progress = (seq * 100U) / total_packets; DEBUG_INFO("OTA", "转发进度: %u/%u 包 (%u%%)", seq, total_packets, progress); } } g_relay_state = RELAY_RECEIVE_DONE; DEBUG_DBG("OTA", "状态: RELAY_RECEIVE_DONE"); return result; } /** * @brief 结束 OTA - 发送 0x0A AC 并清理 * @return 操作结果码。 */ static ota_result_t finish_ota(void) { DEBUG_INFO("OTA", "=== 阶段4: 结束 OTA ==="); DEBUG_INFO("OTA", "发送 FINISH_OTA (0x0A 0xAC)，等待 GD32 确认即将跳转 APP"); uint8_t resp_type = 0; uint8_t resp_payload[32] = {0}; size_t resp_len = 0; uint8_t finish_payload[2] = {0x0A, 0xAC}; g_relay_state = RELAY_FINISH_SENT; esp_err_t err = spi_ota_transfer(SPI_OTA_CMD_DATA, finish_payload, sizeof(finish_payload), &resp_type, resp_payload, sizeof(resp_payload), &resp_len, 3000); log_resp_payload("FINISH_OTA", resp_type, resp_payload, resp_len); err = poll_until_expected_ack_shape("FINISH_OTA", &resp_type, resp_payload, sizeof(resp_payload), &resp_len, 1000, 10, 8, is_finish_ack_or_error); if (err != ESP_OK || resp_type != SPI_OTA_RSP_ACK || !is_finish_ack_or_error(resp_payload, resp_len)) { DEBUG_ERR("OTA", "FINISH_OTA 失败, err=%d, resp_type=0x%02X, resp_len=%zu", err, resp_type, resp_len); g_relay_state = RELAY_ERROR; return OTA_RESULT_ERR_GD32; } /* 检查是否为结构化错误帧（BOOT validateApplication 失败等） */ uint32_t err_seq = 0; uint8_t err_code = 0; if (parse_structured_error(resp_payload, resp_len, &err_seq, &err_code)) { DEBUG_ERR("OTA", "FINISH_OTA BOOT 返回错误: seq=0x%08lX err=0x%02X (%s)", (unsigned long)err_seq, err_code, err_code == 0x02U ? "FLASH_ERROR/validateApp失败" : err_code == 0x04U ? "INVALID_PACKET" : err_code == 0x03U ? "INVALID_KEY" : "未知错误"); g_relay_state = RELAY_ERROR; return OTA_RESULT_ERR_GD32; } /* 正常明文 ACK: 0x0A 0xAC */ if (!is_finish_plain_ack(resp_payload, resp_len)) { DEBUG_ERR("OTA", "FINISH_OTA 响应格式异常: len=%zu payload[0]=0x%02X", resp_len, resp_payload[0]); g_relay_state = RELAY_ERROR; return OTA_RESULT_ERR_GD32; } g_relay_state = RELAY_DONE; session_key_clear(&g_session_ctx); memset(&g_session_ctx, 0, sizeof(session_ctx_t)); memset(g_k_session, 0, sizeof(g_k_session)); memset(g_nonce_server, 0, sizeof(g_nonce_server)); memset(g_gd32_uid_runtime, 0, sizeof(g_gd32_uid_runtime)); DEBUG_INFO("OTA", "状态: RELAY_DONE"); DEBUG_INFO("OTA", "=== OTA 完成，等待 GD32 APP 启动 ==="); meta_clear(); /* ============================================================ * 阶段5: APP 存活验证 * * GD32 BOOT 处理完 FINISH_OTA 后会跳转到 APP。 * APP 启动需要初始化外设和 SPI，大约需要 1-2 秒。 * 我们以 500ms 间隔反复 ping APP，最多等 15 秒。 * 收到 APP_ALIVE 回复才认为 OTA 真正成功。 * ============================================================ */ g_relay_state = RELAY_APP_VERIFY; g_gd32_app_alive = false; for (uint32_t attempt = 0; attempt < 30; ++attempt) { vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(500)); uint32_t uptime = 0; esp_err_t ping_err = gd32_app_ping(1000, &uptime); if (ping_err == ESP_OK) { g_gd32_app_alive = true; DEBUG_INFO("OTA", "GD32 APP 存活确认: uptime=%lu sec", (unsigned long)uptime); DEBUG_INFO("OTA", "=== OTA 全流程完成 (APP 已启动) ==="); break; } DEBUG_INFO("OTA", "等待 GD32 APP 启动... (%u/30)", attempt + 1); } if (!g_gd32_app_alive) { DEBUG_WARN("OTA", "GD32 APP 存活确认超时，OTA 传输已完成但 APP 未启动"); } return OTA_RESULT_OK; } /** * @brief 启动完整 OTA 流程的主入口 * @return 操作结果码。 */ ota_result_t ota_relay_start_handshake(void) { ota_result_t res; request_gd32_app_enter_bootloader(); res = send_handshake_req(); if (res != OTA_RESULT_OK) return res; res = send_nonce_and_authenticate(); if (res != OTA_RESULT_OK) return res; ota_meta_t meta; meta_load(&meta); res = send_firmware_size(meta.total_size); if (res != OTA_RESULT_OK) return res; res = relay_packets_from_flash(); if (res != OTA_RESULT_OK) return res; res = finish_ota(); return res; } /** * @brief 从 Flash 向 GD32 转发固件 * @return 操作结果码。 */ ota_result_t ota_relay_forward_firmware(void) { ota_meta_t meta; if (meta_load(&meta) != ESP_OK) { return OTA_RESULT_ERR_STORAGE; } DEBUG_INFO("OTA", "开始固件转发: %u 字节, %u 块", meta.total_size, meta.chunk_count); request_gd32_app_enter_bootloader(); ota_result_t res = send_handshake_req(); if (res != OTA_RESULT_OK) return res; res = send_nonce_and_authenticate(); if (res != OTA_RESULT_OK) return res; res = send_firmware_size(meta.total_size); if (res != OTA_RESULT_OK) return res; res = relay_packets_from_flash(); if (res != OTA_RESULT_OK) return res; res = finish_ota(); return res; } /** * @brief 获取当前状态 * @return 当前中继状态枚举值。 */ relay_state_t ota_relay_get_state(void) { /** @brief 当前 OTA 中继状态机状态。 */ return g_relay_state; } /** * @brief 重置状态机 */ void ota_relay_reset(void) { /** @brief 当前 OTA 中继状态机状态。 */ g_relay_state = RELAY_IDLE; session_key_clear(&g_session_ctx); memset(&g_session_ctx, 0, sizeof(session_ctx_t)); memset(g_k_session, 0, sizeof(g_k_session)); memset(g_nonce_server, 0, sizeof(g_nonce_server)); memset(g_gd32_uid_runtime, 0, sizeof(g_gd32_uid_runtime)); } /** * @brief OTA 中继 FreeRTOS 任务 * @param pvParameters FreeRTOS 任务参数，未使用。 */ void ota_relay_task(void *pvParameters) { DEBUG_INFO("OTA", "OTA 中继任务启动"); /** @brief OTA 命令分发队列，从 WiFi/BLE 任务接收指令。 */ g_ota_dispatch_queue = xQueueCreate(4, sizeof(uint32_t)); /** @brief OTA 结果回传队列，将执行结果返回给调用方。 */ g_ota_result_queue = xQueueCreate(4, sizeof(uint32_t)); if (!g_ota_dispatch_queue || !g_ota_result_queue) { DEBUG_ERR("OTA", "OTA 队列创建失败"); vTaskDelete(NULL); return; } while (1) { uint32_t msg = 0; BaseType_t ret = xQueueReceive(g_ota_dispatch_queue, &msg, portMAX_DELAY); if (ret != pdTRUE) { continue; } DEBUG_INFO("OTA", "收到 OTA 调度信号: %lu，开始转发...", (unsigned long)msg); ota_result_t result = ota_relay_forward_firmware(); uint32_t result_msg = (uint32_t)result; xQueueSend(g_ota_result_queue, &result_msg, pdMS_TO_TICKS(100)); if (result == OTA_RESULT_OK) { DEBUG_INFO("OTA", "OTA 转发成功完成"); ota_relay_reset(); } else { DEBUG_ERR("OTA", "OTA 转发失败，错误码: %d", result); ota_relay_reset(); } } }