小龙虾
51c89b3065
移除固定的包间延迟配置 `OTA_PACKET_DELAY_MS`，采用基于SPI Link v2 CREDIT背压的动态节奏控制，在SpiMaster中通过remoteCredit==0时wait/拒发 实现流量控制，提高OTA传输稳定性。 refactor(stack): 统一任务栈大小配置并添加CPU统计功能 - 在app_config.h中集中定义所有任务栈大小常量，基于实测水位优化分配 - 新增monitor/cpu_stats.cpp组件，提供1Hz FreeRTOS CPU占用采样 - 更新main.cpp中的任务创建使用新的栈大小常量 - 调整health_monitor和ota_relay等任务的栈分配 perf(ota): 改进ESP32和GD32 OTA分区预擦策略 - ESP32 OTA从边写边擦改为整分区预擦模式，避免写入时的扇区擦除阻塞 - GD32 OTA在prepare阶段进行整分区预擦，提升后续写入吞吐量 - 优化OTA协调器状态管理，修复FINALIZING状态残留问题 fix(log): 改进UDP日志发送的堆内存管理 - 当堆内存不足时记录UDP发送跳过的告警信息到ring buffer - 降低UDP发送跳过的内存阈值从10KB到6KB - 降低日志排水最小内存阈值从8KB到4KB docs(readme): 更新OTA配置参数文档说明 移除已废弃的OTA_PACKET_DELAY_MS参数，更新包间节奏控制说明为 基于CREDIT背压机制的描述。
410 lines
18 KiB
C++
410 lines
18 KiB
C++
/*
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||
* ota_relay.h - OTA 中继事件驱动状态机
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||
*
|
||
* OtaRelay 将 GD32 SPI OTA 协议封装为事件驱动的状态机：
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* 1. 每个协议阶段对应一个状态（共 6 个阶段状态 + ERROR）
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* 2. 状态通过 processEvent() 驱动转换，而非顺序赋值
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||
* 3. 外部（OtaCoordinator / transport layer）通过 dispatchQueue 触发中继
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* 4. forwardFirmware() 保留为便捷入口，内部驱动状态机循环
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||
*
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||
* 状态转换：
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* IDLE → HANDSHAKING → SIZE_NEG → TRANSFERRING → FINISHING → DONE
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||
* 任意状态 ──(error)──→ ERROR
|
||
* ERROR/DONE ──(reset)──→ IDLE
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||
*/
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#ifndef OTA_RELAY_H
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#define OTA_RELAY_H
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#include <stdint.h>
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#include "freertos/FreeRTOS.h"
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#include "freertos/queue.h"
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#include "freertos/semphr.h"
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||
#include "freertos/task.h"
|
||
#include "transport/protocol.h"
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||
#include "transport/spi_master.h"
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||
#include "storage/gd32_flash_store.h"
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||
#include "esp_partition.h"
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// ============================================================
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// 阶段状态枚举（精简为 7 个状态，原 17 个"微状态"合并为阶段）
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// ============================================================
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typedef enum {
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RELAY_IDLE = 0, // 空闲
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RELAY_HANDSHAKING, // 阶段1: 握手 + 挑战认证
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||
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
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||
RELAY_DONE, // 完成
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||
RELAY_ERROR = 0xFF // 错误
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||
} relay_state_t;
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||
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// ============================================================
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||
// 事件类型（驱动状态转换）
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// ============================================================
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||
typedef enum {
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RELAY_EVT_START = 0, // 启动中继流程
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RELAY_EVT_RESP_OK, // 收到 GD32 有效响应
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||
RELAY_EVT_RESP_ERROR, // 收到 GD32 错误响应
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||
RELAY_EVT_TIMEOUT, // 超时
|
||
RELAY_EVT_HEALTH_CRIT, // 健康检查危险
|
||
RELAY_EVT_ABORT // 外部中止
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||
} relay_event_t;
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||
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/** @brief OTA 中继操作结果码枚举。 */
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||
typedef enum {
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OTA_RESULT_OK = 0, ///< 操作成功
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||
OTA_RESULT_ERR_TIMEOUT = -1, ///< 等待 GD32 响应超时
|
||
OTA_RESULT_ERR_CRC = -2, ///< 固件 CRC/SHA-256 校验失败
|
||
OTA_RESULT_ERR_AUTH = -3, ///< 挑战认证失败
|
||
OTA_RESULT_ERR_STORAGE = -4, ///< Flash 存储错误
|
||
OTA_RESULT_ERR_GD32 = -5, ///< GD32 返回错误
|
||
OTA_RESULT_ERR_HEALTH = -6, ///< 健康检查未通过
|
||
OTA_RESULT_ERR_USER_ABORT = -7 ///< 用户主动中止
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||
} ota_result_t;
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||
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||
// ============================================================
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||
// IRelayListener - 中继事件监听接口
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// ============================================================
|
||
// OtaCoordinator 实现此接口并注册到 OtaRelay，
|
||
// OtaRelay 通过接口回调通知协调器，不再直接 #include ota_coordinator.h。
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||
// 依赖方向为单向：OtaCoordinator → OtaRelay（通过接口）。
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||
/**
|
||
* @brief 中继事件监听器接口。
|
||
* OtaCoordinator 实现此接口，OtaRelay 通过回调通知状态变更，
|
||
* 避免 OtaRelay → OtaCoordinator 的直接依赖。
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||
*/
|
||
class IRelayListener {
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||
public:
|
||
virtual ~IRelayListener() = default;
|
||
/** @brief 中继已开始（forwardFirmware 被调用）。 */
|
||
virtual void onRelayStarted() = 0;
|
||
/** @brief 中继已完成。 @param success true=成功，false=失败。 */
|
||
virtual void onRelayComplete(bool success) = 0;
|
||
};
|
||
|
||
// ============================================================
|
||
// 中继进度快照（一次锁保护读取，消除逐 getter 不一致）
|
||
// ============================================================
|
||
/**
|
||
* @brief GD32 中继进度只读快照。
|
||
* 由 OtaRelay::getSnapshot() 在单次 StateLockGuard 下填充，
|
||
* 供 OtaCoordinator::getSnapshot() 组装完整系统快照。
|
||
*/
|
||
struct RelaySnapshot {
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||
relay_state_t state = RELAY_IDLE; ///< 当前中继状态机状态
|
||
uint32_t seq = 0; ///< 当前中继包序号
|
||
uint32_t total_packets = 0; ///< 本次中继总包数
|
||
bool gd32_app_alive = false; ///< GD32 APP 存活标志
|
||
gd32_version_t version = {}; ///< GD32 固件版本
|
||
};
|
||
|
||
class OtaRelay {
|
||
public:
|
||
/**
|
||
* @brief 获取OtaRelay单例引用.
|
||
* @return OtaRelay 单例引用。
|
||
*/
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||
static OtaRelay& instance();
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief OTA中继FreeRTOS任务入口.
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||
* @param pvParameters FreeRTOS 任务参数（未使用）。
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||
*/
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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）.
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||
* @return 操作结果码.
|
||
*/
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||
ota_result_t forwardFirmware();
|
||
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||
// ── 事件驱动接口 ──
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/**
|
||
* @brief 向状态机投递事件，驱动状态转换.
|
||
* @param event 事件类型.
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||
* @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）──
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||
/**
|
||
* @brief 获取当前中继状态.
|
||
* @return 当前 relay_state_t 状态值。
|
||
*/
|
||
static relay_state_t getState();
|
||
/**
|
||
* @brief 获取GD32 APP存活标志位.
|
||
* @return true 表示 GD32 APP 存活。
|
||
*/
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||
static bool getGd32AppAlive();
|
||
/**
|
||
* @brief 一次性读取所有中继状态字段（单次锁保护）。
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||
* 消除逐 getter 调用之间 relay task 更新状态导致的不一致。
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||
* @return 中继进度快照。
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||
*/
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||
static RelaySnapshot getSnapshot();
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||
/**
|
||
* @brief 设置中继状态.
|
||
* @param s 目标状态。
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||
*/
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static void setState(relay_state_t s);
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||
/**
|
||
* @brief 设置中继当前序号.
|
||
* @param seq 序号值。
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||
*/
|
||
static void setRelaySeq(uint32_t seq);
|
||
/**
|
||
* @brief 设置中继总包数.
|
||
* @param total 总包数。
|
||
*/
|
||
static void setRelayTotalPackets(uint32_t total);
|
||
/**
|
||
* @brief 设置GD32 APP存活标志位.
|
||
* @param alive true 表示存活。
|
||
*/
|
||
static void setGd32AppAlive(bool alive);
|
||
/**
|
||
* @brief 设置GD32固件版本.
|
||
* @param ver 版本信息结构体引用。
|
||
*/
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||
static void setGd32Version(const gd32_version_t &ver);
|
||
/**
|
||
* @brief 获取 OTA 中继任务句柄。
|
||
* @return FreeRTOS 任务句柄。
|
||
*/
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||
static TaskHandle_t getTaskHandle();
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 重置状态机到 IDLE.
|
||
*/
|
||
void reset();
|
||
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||
// ── 中继事件监听器 ──
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||
/**
|
||
* @brief 注册中继事件监听器（由 OtaCoordinator 在 init 时调用）。
|
||
* @param listener 监听器指针，传 nullptr 取消注册。
|
||
*/
|
||
static void setRelayListener(IRelayListener *listener);
|
||
/**
|
||
* @brief 获取当前注册的监听器。
|
||
* @return 监听器指针，未注册时为 nullptr。
|
||
*/
|
||
static IRelayListener* getRelayListener();
|
||
|
||
// ── 队列访问器 ──
|
||
/**
|
||
* @brief 获取事件分发队列句柄。
|
||
* 外部模块（OtaCoordinator / BLE）通过 getter 访问，不再直接引用静态成员。
|
||
* @return dispatchQueue 句柄，未初始化时为 NULL。
|
||
*/
|
||
static QueueHandle_t getDispatchQueue();
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 获取结果回传队列句柄。
|
||
* @return resultQueue 句柄，未初始化时为 NULL。
|
||
*/
|
||
static QueueHandle_t getResultQueue();
|
||
|
||
// ── 线程安全锁 ──
|
||
static void initMutex(); ///< 初始化状态互斥锁（taskEntry 首行调用）
|
||
static constexpr TickType_t kLockTimeout = pdMS_TO_TICKS(50); ///< 锁获取超时时间
|
||
|
||
/** @brief RAII 状态锁守护类，自动获取/释放 s_stateMutex。
|
||
* 作为 public 嵌套类保留，内部代码在持锁块内可直接访问 private 状态成员。 */
|
||
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); }
|
||
}
|
||
StateLockGuard(const StateLockGuard&) = delete;
|
||
StateLockGuard& operator=(const StateLockGuard&) = delete;
|
||
private:
|
||
bool m_locked = false;
|
||
};
|
||
|
||
// ── 实例状态 ──
|
||
session_ctx_t m_sessionCtx; ///< AES 会话上下文
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||
uint8_t m_nonceServer[16] = {0}; ///< 服务端随机数
|
||
uint8_t m_kSession[16] = {0}; ///< 会话密钥（挑战认证后生成）
|
||
uint8_t m_gd32UidRuntime[12] = {0}; ///< GD32 芯片 UID（运行时握手获取）
|
||
|
||
static constexpr size_t GD32_UID_LEN = 12;
|
||
static constexpr size_t GD32_CHALLENGE_RESPONSE_LEN = 36;
|
||
|
||
private:
|
||
// ── 队列（由 getter 访问）──
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||
static QueueHandle_t dispatchQueue; ///< 事件分发队列
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||
static QueueHandle_t resultQueue; ///< 结果回传队列
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||
|
||
// ── 状态成员（统一通过 public setter/getter 访问）──
|
||
// 外部代码使用 getState()/getRelaySeq()/... 读取，setState()/setRelaySeq()/... 写入。
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||
// 内部代码：若已在 StateLockGuard 块内（reset/getSnapshot/启动探测），可直接访问；
|
||
// 否则必须使用 setter/getter，禁止裸读写（消除数据竞争）。
|
||
static relay_state_t relayState; ///< 当前状态机状态
|
||
static uint32_t relaySeq; ///< 当前中继会话序号
|
||
static uint32_t relayTotalPackets; ///< 本次中继总包数
|
||
static volatile bool gd32AppAlive; ///< GD32 APP 存活标志
|
||
static gd32_version_t gd32Version; ///< GD32 固件版本信息
|
||
static IRelayListener *s_relayListener; ///< 中继事件监听器
|
||
static SemaphoreHandle_t s_stateMutex; ///< 状态成员互斥锁（由 StateLockGuard 使用）
|
||
|
||
// taskHandle 为 write-once-at-init 字段：仅 taskEntry 启动首行写入一次，
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||
// 之后只读。getTaskHandle() 无锁返回，因写入发生在任务创建后、任务循环开始前，
|
||
// 与任何外部读取者构成 happens-before（任务创建同步），无数据竞争。
|
||
static TaskHandle_t taskHandle; ///< OTA 中继任务句柄
|
||
|
||
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）
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||
StateHandler handler; // 事件处理器
|
||
};
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||
|
||
// ── 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.
|
||
* @return ESP_OK 成功，SPI 通信失败返回错误码。
|
||
*/
|
||
esp_err_t requestGd32AppEnterBootloader();
|
||
/**
|
||
* @brief 执行握手请求（发送 HANDSHAKE_REQ）.
|
||
* @return OTA_RESULT_OK 成功，OTA_RESULT_ERR_TIMEOUT 超时。
|
||
*/
|
||
ota_result_t doHandshakeReq(uint32_t attempts = 20U);
|
||
/**
|
||
* @brief 执行挑战认证.
|
||
* @return OTA_RESULT_OK 成功，OTA_RESULT_ERR_AUTH 认证失败。
|
||
*/
|
||
ota_result_t doChallengeAndAuth();
|
||
/**
|
||
* @brief 发送固件总大小.
|
||
* @param size 固件总大小（字节）。
|
||
* @return OTA_RESULT_OK 成功，OTA_RESULT_ERR_TIMEOUT 超时。
|
||
*/
|
||
ota_result_t doSendFirmwareSize(uint32_t size);
|
||
/**
|
||
* @brief 转发下一批数据包（由 TRANSFERRING 状态循环调用）.
|
||
* @param deadline_tick 全局超时时刻（0=不限时）。
|
||
* @return OTA_RESULT_OK 成功，负值表示错误。
|
||
*/
|
||
ota_result_t doRelayPackets(TickType_t deadline_tick);
|
||
/**
|
||
* @brief 准备单包：读 Flash + 组装 tx_buf + 加密 + CRC（doRelayPackets 子步骤）。
|
||
* @param seq 当前包序号。
|
||
* @param meta 固件元数据（用于计算末包 chunk_size）。
|
||
* @param tx_buf 输出缓冲区（64 字节）。
|
||
* @param out_chunk_size 输出本包有效字节数（用于 sendRelayPacketWithRetry 推进 offset）。
|
||
* @return OTA_RESULT_OK 成功，OTA_RESULT_ERR_STORAGE 读 Flash 失败，OTA_RESULT_ERR_AUTH 加密失败。
|
||
*/
|
||
ota_result_t prepareRelayPacket(uint32_t seq, const ota_meta_t &meta, uint8_t tx_buf[64], size_t *out_chunk_size);
|
||
/**
|
||
* @brief 发送单包并等待 ACK（doRelayPackets 子步骤）。
|
||
*
|
||
* 内含重试循环，使用以下命名常量：
|
||
* kMaxResendOnNack=10（ACK 失败/轮询耗尽重发上限）
|
||
* kMaxResendOnStructError=3（结构化错误重发上限）
|
||
*
|
||
* @param seq 当前包序号。
|
||
* @param tx_buf 已组装好的 64 字节发送缓冲区。
|
||
* @param chunk_size 本包有效字节数（成功时用于推进 m_transferFlashOffset）。
|
||
* @param[out] out_result 失败时写入错误码（OK 时不修改）。
|
||
* @return true 应中止外层循环（result 已设）；false 继续下一包。
|
||
*/
|
||
bool sendRelayPacketWithRetry(uint32_t seq, const uint8_t tx_buf[64], size_t chunk_size, ota_result_t *out_result);
|
||
/**
|
||
* @brief 发送结束指令并验证 APP 存活（顺序调用 doSendFinishOta + doWaitForAppAlive）.
|
||
* @return OTA_RESULT_OK 成功，负值表示错误。
|
||
*/
|
||
ota_result_t doFinishAndVerify();
|
||
/**
|
||
* @brief 发送 FINISH_OTA 指令并等待 GD32 ACK（10 次重试）.
|
||
* @return OTA_RESULT_OK 成功，OTA_RESULT_ERR_GD32 失败。
|
||
*/
|
||
ota_result_t doSendFinishOta();
|
||
/**
|
||
* @brief 轮询等待 GD32 APP 存活（10 次重试）.
|
||
* @param timeout_ms 单次 appPing 超时（毫秒）。
|
||
* @return OTA_RESULT_OK 成功，OTA_RESULT_ERR_GD32 超时失败。
|
||
*/
|
||
ota_result_t doWaitForAppAlive(uint32_t timeout_ms);
|
||
|
||
// ── 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);
|
||
/**
|
||
* @brief 探测 GD32 APP 存活并缓存版本（统一 OtaRelay 内部探测逻辑）.
|
||
* 成功打印版本号，失败打印 warning。
|
||
* @param timeout_ms appPing 超时（毫秒）。
|
||
* @param out_uptime 可选，输出 GD32 uptime（秒）。
|
||
* @return true 探测成功，false 失败。
|
||
*/
|
||
static bool probeAndCacheAppAlive(uint32_t timeout_ms, uint32_t *out_uptime = nullptr);
|
||
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);
|
||
/** @brief 清理会话密钥/上下文/nonce/UID 运行时缓存（reset 与 doFinishAndVerify 共用）。 */
|
||
void clearSessionCryptoState();
|
||
ota_result_t sendAndWaitAckShape(const char *stage, uint8_t cmd,
|
||
const uint8_t *payload, size_t payload_len,
|
||
uint32_t transact_timeout_ms,
|
||
uint32_t poll_timeout_ms, uint32_t wait_rounds, uint32_t max_extra_polls,
|
||
uint8_t resp_payload[], size_t resp_max, size_t *resp_len,
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