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ESP32_COMM/main/relay/ota_relay.h
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小龙虾 3fff959a2b feat(config): 优化NimBLE配置以节省内存并提升OTA性能
- 启用BLE连接事件长度优化,允许单CE内传输多包,提升OTA吞吐
- 缩减NimBLE mbuf池配置,单连接OTA场景节省约7KB内存
- 禁用未使用的标准GATT服务,仅保留自定义OTA service,节省8-15KB
- 缩减NimBLE传输缓冲区配置以优化内存使用

refactor(debug_log): 重构环形日志缓冲区API以支持逐条弹出

- 新增ringPopOldest方法,支持弹出最旧日志并从缓冲区移除
- 重构ringDrainJson实现,基于新的逐条弹出机制
- 改进日志转义处理逻辑,支持更多特殊字符转义

perf(tasks): 优化各任务栈大小配置以节省内存

- 将ota_relay任务栈从12288字节缩减至6144字节
- 将ble_ota任务栈从8192字节缩减至4096字节
- 将ble_ota数据工作线程栈从8192字节缩减至4096字节
- 通过栈高水位监控验证实际使用情况,确保安全余量

feat(monitor): 添加任务句柄获取接口以支持系统状态监控

- 为HealthMonitor、OtaRelay、BleOta和WifiOta类添加任务句柄获取方法
- 在任务入口处记录当前任务句柄
- 便于系统状态监控和调试信息收集

feat(status): 扩展系统状态API以提供更详细的内存和任务信息

- 增加内部堆和默认堆的详细统计信息
- 添加各关键任务的栈使用情况监控
- 扩展/system/status端点返回更全面的系统资源使用情况
- 包含最大空闲块、最小空闲内存等关键指标
2026-06-20 00:46:04 +08:00

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12 KiB
C++
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/*
* ota_relay.h - OTA 中继事件驱动状态机
*
* OtaRelay 将 GD32 SPI OTA 协议封装为事件驱动的状态机:
* 1. 每个协议阶段对应一个状态(共 6 个阶段状态 + ERROR)
* 2. 状态通过 processEvent() 驱动转换,而非顺序赋值
* 3. 外部(OtaCoordinator / transport layer)通过 dispatchQueue 触发中继
* 4. forwardFirmware() 保留为便捷入口,内部驱动状态机循环
*
* 状态转换:
* IDLE → HANDSHAKING → SIZE_NEG → TRANSFERRING → FINISHING → DONE
* 任意状态 ──(error)──→ ERROR
* ERROR/DONE ──(reset)──→ IDLE
*/
#ifndef OTA_RELAY_H
#define OTA_RELAY_H
#include <stdint.h>
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/queue.h"
#include "freertos/semphr.h"
#include "freertos/task.h"
#include "transport/protocol.h"
#include "transport/spi_master.h"
#include "esp_partition.h"
#define OTA_META_NVS_NAMESPACE "ota_meta"
typedef struct {
uint32_t total_size;
uint32_t stored_size;
uint32_t last_seq;
uint8_t checksum[32];
} ota_meta_t;
// ============================================================
// 阶段状态枚举(精简为 7 个状态,原 17 个"微状态"合并为阶段)
// ============================================================
typedef enum {
RELAY_IDLE = 0, // 空闲
RELAY_HANDSHAKING, // 阶段1: 握手 + 挑战认证
RELAY_SIZE_NEG, // 阶段2: 固件大小协商
RELAY_TRANSFERRING, // 阶段3: 数据包传输
RELAY_FINISHING, // 阶段4-5: 结束OTA + APP存活验证
RELAY_DONE, // 完成
RELAY_ERROR = 0xFF // 错误
} relay_state_t;
// ============================================================
// 事件类型(驱动状态转换)
// ============================================================
typedef enum {
RELAY_EVT_START = 0, // 启动中继流程
RELAY_EVT_RESP_OK, // 收到 GD32 有效响应
RELAY_EVT_RESP_ERROR, // 收到 GD32 错误响应
RELAY_EVT_TIMEOUT, // 超时
RELAY_EVT_HEALTH_CRIT, // 健康检查危险
RELAY_EVT_ABORT // 外部中止
} relay_event_t;
typedef enum {
OTA_RESULT_OK = 0,
OTA_RESULT_ERR_TIMEOUT = -1,
OTA_RESULT_ERR_CRC = -2,
OTA_RESULT_ERR_AUTH = -3,
OTA_RESULT_ERR_STORAGE = -4,
OTA_RESULT_ERR_GD32 = -5,
OTA_RESULT_ERR_HEALTH = -6,
OTA_RESULT_ERR_USER_ABORT = -7
} ota_result_t;
class OtaRelay {
public:
/**
* @brief 获取OtaRelay单例引用.
*/
static OtaRelay& instance();
/**
* @brief OTA中继FreeRTOS任务入口.
*/
static void taskEntry(void *pvParameters);
/**
* @brief 从Flash向GD32转发固件(便捷入口,内部驱动状态机循环).
* @return 操作结果码.
*/
ota_result_t forwardFirmware();
// ── 事件驱动接口 ──
/**
* @brief 向状态机投递事件,驱动状态转换.
* @param event 事件类型.
* @param payload 关联数据(响应载荷等),可为nullptr.
* @param len 数据长度.
* @return 当前操作结果码(OTA_RESULT_OK 表示事件已处理且可继续).
*/
ota_result_t processEvent(relay_event_t event, const uint8_t *payload, size_t len);
// ── 状态查询(线程安全)──
/**
* @brief 获取当前中继状态.
*/
static relay_state_t getState();
/**
* @brief 获取中继当前序号.
*/
static uint32_t getRelaySeq();
/**
* @brief 获取中继总包数.
*/
static uint32_t getRelayTotalPackets();
/**
* @brief 获取GD32 APP存活标志位.
*/
static bool getGd32AppAlive();
/**
* @brief 获取GD32固件版本.
*/
static void getGd32Version(gd32_version_t *out);
/**
* @brief 设置中继状态.
*/
static void setState(relay_state_t s);
/**
* @brief 设置中继当前序号.
*/
static void setRelaySeq(uint32_t seq);
/**
* @brief 设置中继总包数.
*/
static void setRelayTotalPackets(uint32_t total);
/**
* @brief 设置GD32 APP存活标志位.
*/
static void setGd32AppAlive(bool alive);
/**
* @brief 设置GD32固件版本.
*/
static void setGd32Version(const gd32_version_t &ver);
/**
* @brief 获取 OTA 中继任务句柄。
*/
static TaskHandle_t getTaskHandle();
/**
* @brief 重置状态机到 IDLE.
*/
void reset();
// ── Flash 操作 ──
/**
* @brief Flash写入接口(支持非4字节对齐写入).
*/
static esp_err_t flashWriteChunk(uint32_t offset, const uint8_t *data, size_t len);
/**
* @brief 从OTA缓存分区读取数据块.
*/
static esp_err_t flashReadChunk(uint32_t offset, uint8_t *data, size_t len);
/**
* @brief 从Flash加载元数据.
*/
static esp_err_t metaLoad(ota_meta_t *meta);
/**
* @brief 保存元数据到Flash.
*/
static esp_err_t metaSave(const ota_meta_t *meta);
/**
* @brief 传输过程中更新元数据.
*/
static esp_err_t metaUpdate(uint32_t stored_size, uint32_t last_seq);
/**
* @brief OTA完成或中止时清除元数据.
*/
static esp_err_t metaClear();
/**
* @brief 计算gd32_ota分区中已存储固件的SHA-256.
*/
static esp_err_t computeFlashSha256(uint8_t out_sha256[32]);
/**
* @brief 固件接收完毕后计算SHA-256并写入元数据.
*/
static esp_err_t metaFinalizeChecksum();
/**
* @brief 校验固件完整性(SHA-256).
*/
static esp_err_t metaVerifyChecksum();
/**
* @brief 校验前端提供的 SHA-256 是否与设备端计算的一致。
* BLE/WiFi 传输层共用:内部完成 metaFinalizeChecksum → metaLoad → memcmp。
* 无论是否匹配,都会通过 out_device_sha 回传设备端 SHA(便于前端核对)。
* @param frontend_sha32 前端 32 字节原始 SHA(非 hex)。
* @param out_device_sha 可为 nullptr;非空时输出设备端 32 字节 SHA。
* @return ESP_OK 匹配;ESP_ERR_INVALID_CRC 不匹配;其他 = 元数据/计算失败。
*/
static esp_err_t verifyFrontendSha(const uint8_t frontend_sha32[32],
uint8_t out_device_sha[32]);
// ── 公开状态成员 ──
static relay_state_t relayState;
static uint32_t relaySeq;
static uint32_t relayTotalPackets;
static volatile bool gd32AppAlive;
static gd32_version_t gd32Version;
static QueueHandle_t dispatchQueue;
static QueueHandle_t resultQueue;
static TaskHandle_t taskHandle;
// ── 线程安全锁 ──
static SemaphoreHandle_t s_stateMutex;
static void initMutex();
static constexpr TickType_t kLockTimeout = pdMS_TO_TICKS(50);
class StateLockGuard {
public:
explicit StateLockGuard(TickType_t timeout = kLockTimeout) {
m_locked = (s_stateMutex && xSemaphoreTake(s_stateMutex, timeout) == pdTRUE);
}
~StateLockGuard() {
if (m_locked && s_stateMutex) { xSemaphoreGive(s_stateMutex); }
}
bool isLocked() const { return m_locked; }
StateLockGuard(const StateLockGuard&) = delete;
StateLockGuard& operator=(const StateLockGuard&) = delete;
private:
bool m_locked = false;
};
// ── 实例状态 ──
const esp_partition_t *m_gd32Partition = NULL;
session_ctx_t m_sessionCtx;
uint8_t m_nonceServer[16] = {0};
uint8_t m_kSession[16] = {0};
uint8_t m_gd32UidRuntime[12] = {0};
static constexpr size_t GD32_UID_LEN = 12;
static constexpr size_t GD32_CHALLENGE_RESPONSE_LEN = 36;
private:
OtaRelay() = default;
~OtaRelay() = default;
OtaRelay(const OtaRelay&) = delete;
OtaRelay& operator=(const OtaRelay&) = delete;
// ── 状态机内部类型 ──
/**
* @brief 状态处理函数类型:接收事件 + 载荷,返回结果码.
* 返回 OTA_RESULT_OK 表示事件已成功处理且状态机可继续;
* 返回负值表示错误,状态机转入 RELAY_ERROR.
*/
typedef ota_result_t (OtaRelay::*StateHandler)(relay_event_t event,
const uint8_t *payload, size_t len);
struct RelayStateDef {
const char *name; // 状态名称(日志用)
StateHandler handler; // 事件处理器
};
// ── 状态表(const,编译期确定)──
static const RelayStateDef s_stateTable[];
// ── 各状态的事件处理器 ──
ota_result_t handleIdle(relay_event_t event, const uint8_t *payload, size_t len);
ota_result_t handleHandshaking(relay_event_t event, const uint8_t *payload, size_t len);
ota_result_t handleSizeNeg(relay_event_t event, const uint8_t *payload, size_t len);
ota_result_t handleTransferring(relay_event_t event, const uint8_t *payload, size_t len);
ota_result_t handleFinishing(relay_event_t event, const uint8_t *payload, size_t len);
ota_result_t handleDone(relay_event_t event, const uint8_t *payload, size_t len);
ota_result_t handleError(relay_event_t event, const uint8_t *payload, size_t len);
// ── 协议子步骤(由状态 handler 内部调用)──
/**
* @brief 请求GD32 APP进入Bootloader.
*/
esp_err_t requestGd32AppEnterBootloader();
/**
* @brief 执行握手请求(发送 HANDSHAKE_REQ).
*/
ota_result_t doHandshakeReq();
/**
* @brief 执行挑战认证.
*/
ota_result_t doChallengeAndAuth();
/**
* @brief 发送固件总大小.
*/
ota_result_t doSendFirmwareSize(uint32_t size);
/**
* @brief 转发下一批数据包(由 TRANSFERRING 状态循环调用).
*/
ota_result_t doRelayPackets(TickType_t deadline_tick);
/**
* @brief 发送结束指令并验证 APP 存活.
*/
ota_result_t doFinishAndVerify();
// ── 传输进度跟踪(状态机内部)──
uint32_t m_transferTotalPackets = 0;
uint32_t m_transferCurrentSeq = 0;
uint32_t m_transferFlashOffset = 0;
uint32_t m_transferRetryCount = 0;
TickType_t m_transferDeadline = 0;
// ── 加密/工具方法(不变)──
static int aes128EcbEncryptBlockLocal(const uint8_t *key, const uint8_t *in, uint8_t *out);
static void logRespPayload(const char *stage, uint8_t resp_type, const uint8_t *payload, size_t len);
esp_err_t waitUntilNotWait(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);
static bool isStructuredAckWithSeq(const uint8_t *payload, size_t len, uint32_t expected_seq);
static bool parseStructuredError(const uint8_t *payload, size_t len, uint32_t *seq_out, uint8_t *err_out);
static bool isHandshakeEchoAck(const uint8_t *payload, size_t len);
static bool isChallengePayloadAck(const uint8_t *payload, size_t len);
static bool isConfirmPlainAck(const uint8_t *payload, size_t len);
static bool isSizeSeq0Ack(const uint8_t *payload, size_t len);
static bool isFinishPlainAck(const uint8_t *payload, size_t len);
static esp_err_t pollUntilExpectedAckShape(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));
static bool parseAndVerifyChallengePayload(const uint8_t *resp_payload, size_t resp_len,
uint8_t *out_k_session, uint8_t *out_uid);
static bool aes128EcbEncrypt48Bytes(const uint8_t *key, const uint8_t *in, uint8_t *out);
static void calculateCrc32WithKey(const uint8_t *key, const uint8_t *data48, uint8_t *output);
};
#endif // OTA_RELAY_H