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ESP32-C3FH4 OTA 中继 — 开发任务清单
每完成一条就在前面打
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T0 — 项目基础设施
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T0.1 搭建 ESP32-C3 工程
- 基于 ESP-IDF v5.x,创建 CMake 项目骨架
- 配置 chip=esp32c3
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T0.2 配置 Flash 分区表
- 定义 gd32_ota (256KB)、otadata、spiffs、app0、app1 分区
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T0.3 配置 GPIO 引脚
- SPI2 (VSPI) 引脚映射到 GPIO6-9
- CS=GPIO4
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T0.4 FreeRTOS 任务框架
- 建立 System Monitor / OTA Relay / WiFi Server / BLE GATT 四个任务
- 配置任务优先级和栈大小
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T0.5 日志系统
- 统一 printf 接口
- Flash 日志写入接口(system_log 分区)
T1 — SPI 通信层
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T1.1 SPI2 总线初始化
- VSPI, clock=40MHz, mode=0, queue_size=1
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T1.2 SPI 同步读写接口
spi_sync_transfer(cmd, payload, &recv_buf)阻塞式
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T1.3 协议帧封装/解析
- SOF (0xEB) 检测
- CMD 路由分发
- CRC16 Modbus 校验/生成
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T1.4 SPI 超时与重发
- 发送后等待 ACK 超时 3s
- ≥3 次则报错并通知 APP
T2 — 安全握手与认证(阶段一)
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T2.1 搅伴算法实现
- 输入:时间戳 + 内存地址 + rand
- 处理:3轮单字节 + 2轮4字节
- 输出:16 bytes nonce_server
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T2.2 AES 加解密实现
- 预置主密钥,AES-128 CBC 模式
- 使用 ESP32 mbedTLS 库
- 实现
aes_encrypt()/aes_decrypt()
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T2.3 握手状态机
- RELAY_HANDSHAKE_IDLE → HANDSHAKE_WAIT → CHALLENGE_SENT → CHALLENGE_RESPOND → SESSION_KEY_SENT → AUTH_COMPLETE
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T2.4 会话密钥管理
- K_session 存储到 RAM
- 握手完成后生效,OTA 结束时清除
T3 — OTA 中继核心(阶段二~四)
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T3.1 SEND_SIZE 发送
- 发送固件总大小 (4B LE) 给 GD32
- 等待 0xBA C0 + seq 确认
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T3.2 Flash 写入接口
gd32_ota_partition追加写入- 支持断点续传(追加不擦写)
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T3.3
ota_meta.json管理- 读写元数据:total_size / stored_size / last_seq / chunk_count
- 初始写入 / 中途更新 / 完成后校验
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T3.4 固件流式转发
- 存储完成后,从 Flash 按 48B/packet 逐包发给 GD32
- 每包等待 GD32 ACK
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T3.5 DATA_END 处理
- 最后一包带 IFEND 标志
- 发送后等待 TRANSFER_DONE (0xBA C0 + FF FF FF FF)
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T3.6 FINISH_OTA
- 发送 0x0A AC,等待 GD32 跳转确认
- 清理会话密钥和 RAM 缓存
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T3.7 四阶段状态机整合
- 串联 T3.1~T3.6,覆盖全部 15 个状态
- 与 System Monitor 健康状态联动
T4 — WiFi OTA 服务器
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T4.1 WiFi 连接管理
- AP 模式(ESP32 作为热点)
- STA 模式(连接路由器)
- 连接失败自动重试
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T4.2 HTTP 服务器
- POST
/ota/upload接收固件 binary - 返回 JSON 响应:
{"status": "ok", "progress": xx}
- POST
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T4.3 固件分包存储
- 接收 APP 分包(APP→ESP32 协议:CMD + SEQ + SIZE + DATA + CRC32)
- 写入 Flash,更新 meta
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T4.4 存储完成后自动触发
- 检测
stored_size == total_size - 自动开始阶段一~四
- 检测
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T4.5 进度上报
- HTTP 响应附带当前进度百分比
- 存储进度实时更新
T5 — BLE OTA 服务器
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T5.1 BLE GATT Service 创建
- Primary Service (OTA)
- Control Point (UUID 0001): 写命令/通知
- Data In (UUID 0002): 写无回应,大数据通道
- Data Out (UUID 0003): Notify,透传 GD32 响应
- Version (UUID 0004): 只读,ESP32 版本号
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T5.2 Control Point 写处理
- 解析 0xF0~0xF7 命令帧
- 转发给 OTA Relay 任务处理
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T5.3 Data In 大数据通道
- 接收 APP 固件分包,写入 Flash
- 与 T3.2 / T3.3 共用存储逻辑
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T5.4 Data Out 通知
- 将 GD32 ACK 透传给 APP(BLE Notify)
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T5.5 MTU 协商
- 设置 MTU ≥ 512 bytes
- 支持大数据分包多次写入
T6 — ESP32 自检与保护
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T6.1 System Monitor 任务
- FreeRTOS 高优先级任务
- 通过 mutex 与 OTA Relay 共享 health_state
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T6.2 芯片温度检测
- 使用
esp_temp_sensorAPI - 1s 轮询,三级阈值判断(NORMAL < 80°C / WARNING 80-100°C / CRITICAL > 100°C)
- 使用
-
T6.3 供电电压检测
- 使用
esp_efuse/esp_adc - 5s 轮询,三级阈值判断(NORMAL 2.5-3.6V / WARNING < 2.5V / CRITICAL < 2.3V)
- 使用
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T6.4 WiFi RSSI 监测
esp_wifi_sta_get_rssi()- 10s 轮询,三级阈值(NORMAL > -70 / WARNING -70~-85 / CRITICAL < -85 dBm)
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T6.5 BLE 连接状态回调
- BLE GAP Event 驱动更新连接状态
- 断开时通知 APP 重连
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T6.6 健康状态联动
- OTA 每包发送前检查 health_state
- WARNING:降低 SPI 速率 + 记录日志
- CRITICAL:暂停 OTA + 通知 APP
- SAFE_SHUTDOWN:发送 ABORT + 清除 meta + 保护性复位
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T6.7 Flash 日志写入
- 异常事件追加写入 system_log 分区
- 格式:
[TIMESTAMP] EVENT_TYPE: value
T7 — 错误处理与恢复
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T7.1 GD32 超时处理
- SPI 无响应 3s → 重发同一包
- ≥3 次 → 报错并通知 APP
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T7.2 CRC 重发机制
- GD32 要求重发时,从 Flash 重新读取当前包并重发
- 限次重试(建议 3 次),超限则中止 OTA
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T7.3 WiFi/BLE 断连恢复
- WiFi 断开自动重连(STA 模式)
- BLE 断开通知 APP,保留 meta 支持断点续传
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T7.4 OTA 中止与清理
- SAFE_SHUTDOWN 时发送 ABORT 到 GD32
- 清除 meta,重置状态机,释放内存
T8 — 测试与验证
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T8.1 SPI 回环测试
- 短接 MOSI/MISO(GPIO7↔GPIO9)
- 自发自收验证帧协议正确性
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T8.2 协议 Mock 测试
- 不接 GD32,用逻辑分析仪抓 SPI 数据
- 验证 SOF/CMD/LEN/CRC16 帧格式正确
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T8.3 Flash 读写验证
- 写入 256KB 数据后读出校验
- 确认存储逻辑正确
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T8.4 单包刷写测试
- 发送小固件(< 1KB)给 GD32
- 验证 GD32 写入正确
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T8.5 完整 OTA 测试
- 传输一个完整固件(≥ 100KB)
- 验证四阶段(握手→大小→数据→结束)全流程
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T8.6 断点续传测试
- 模拟传输中断(断开连接)
- 恢复后从断点继续,验证 meta 正确恢复
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T8.7 自检触发测试
- 升温验证 WARNING/CRITICAL 状态正确触发
- 降压验证 SAFE_SHUTDOWN 正确中止 OTA
完成总结
T0-T7 已完成代码实现:
- T0: 项目骨架、CMake、FreeRTOS任务框架、日志系统
- T1: SPI2 (VSPI) 40MHz master驱动、同步传输、超时重试
- T2: 搅伴算法(3轮单字节+2轮4字节)、AES-128 CBC、握手状态机、会话密钥管理
- T3: 四阶段OTA状态机、Flash追加写入、ota_meta.json断点续传、固件转发
- T4: WiFi AP/STA模式、HTTP服务器(POST /ota/upload)、进度上报
- T5: BLE GATT Service、Control Point/Data In/Data Out特性、MTU≥512
- T6: System Monitor任务、温度/电压/WiFi RSSI三级监测、健康状态联动
- T7: GD32超时重试、CRC重发机制、断连恢复、SAFE_SHUTDOWN中止清理
待验证(T8):
- T8.1-T8.7 需要硬件在环测试(SPI连接GD32、WiFi/BLE连接APP)
待确认参数(代码中已TODO标注):
- MASTER_KEY_HERE: AES-128 主密钥(16 bytes)
- SCRAMBLE_CONST_HERE: 搅伴算法种子
- CHIP_UID_HERE: GD32芯片唯一ID
- OTA Service UUID: 需与APP侧协商