OTA 桌面工具：从本地升级到远程维护

工具架构

OTA 桌面工具基于 .NET 10.0 + WPF 构建，采用严格的五层架构：

OTA.Models          ← 纯 POCO / 枚举，零依赖
    ↑
OTA.Protocols       ← Modbus / YMODEM / 串口协议实现
    ↑
OTA.Core            ← 业务服务层（升级协调、远程维护、端口发现）
    ↑
OTA.ViewModels      ← MVVM 视图模型（CommunityToolkit.Mvvm）
    ↑
OTA.UI              ← WPF 界面（DI 容器注入）

层	关键职责
Models	`FirmwareSlot` 枚举、`PortOption` 端口描述、`LocalUpgradeOptions` 参数、`OtaErrorCode` 错误码
Protocols	`ModbusCrc16`、`ModbusRawFrameBuilder`、`YModemProtocol`、`RunningSlotProtocol`、`LocalUpgradeTransport`
Core	`LocalUpgradeService`、`LocalUpgradeCoordinator`、`UpgradeAbSupport`、`RemoteOtaControlService`、`RemoteMaintenanceService`
ViewModels	`SerialUpgradeViewModelBase`（977 行共享逻辑）、`LocalUpgradeViewModel`、`RemoteUpgradeViewModel`、`RemoteMaintenanceViewModel`
UI	`MainWindow`（WM_DEVICECHANGE 监听、空闲定时器）、各页面 View、DI 注册

UI 程序集名称为 OTA，产品名”STM32 OTA 升级工具”，版本 1.1.0。

本地升级流程

本地升级是最基础的升级路径：PC 通过 RS-485 直连设备，使用 YMODEM 协议传输固件。

Step 1：验证与准备

SerialUpgradeViewModelBase.StartUpgradeAsync() 编排整个流程：

读取并验证串口设置（波特率、数据位、停止位）
验证端口可用性（通过 PortDiscoveryService 枚举注册表 + WMI）
读取当前运行槽位（Modbus 寄存器 0x005A）
调用 LocalUpgradeCoordinator.PrepareLocalUpgrade() 检查 BIN 文件头，验证 A/B 槽位不冲突

Step 2：固件镜像检查

UpgradeAbSupport.InspectImage() 读取 BIN 文件前 8 字节：

var initialStackPointer = BinaryPrimitives.ReadUInt32LittleEndian(header[..4]);
var resetHandler = BinaryPrimitives.ReadUInt32LittleEndian(header[4..8]);

通过比较 resetHandler 与已知 Flash 地址范围判断目标槽位：

private const uint SlotABaseAddress = 0x08008000u;
private const uint SlotBBaseAddress = 0x08043000u;

同时与文件名推断交叉验证（App_A.bin → Slot A，App_B.bin → Slot B），冲突时抛出异常。

Step 3：发送升级命令

LocalUpgradeService.RunAsync() 使用硬编码的 Modbus RTU 帧：

private static readonly byte[] UnlockCommand = Convert.FromHexString("0A060030A55A73D5");
private static readonly byte[] EnterBootloaderCommand = Convert.FromHexString("0A0600310005197D");

从站地址 0x0A，功能码 0x06（写单个寄存器）
寄存器 0x0030 写入 0xA55A 解锁维护窗口
寄存器 0x0031 写入 0x0005 触发进入 Bootloader

Step 4：传输层时序

LocalUpgradeTransport.Run() 控制精确时序：

打开串口 (8N1, ReadTimeout=100ms, WriteTimeout=1000ms)
  → 发送解锁命令
  → 等待 300ms
  → 发送进入 Bootloader 命令
  → 等待 2500ms（设备从 App 切换到 Bootloader）
  → 清空串口缓冲区
  → 等待 'C' 握手字符（20 秒超时）
  → YMODEM 文件传输

Step 5：YMODEM 协议细节

YModemProtocol.SendFile() 实现完整的 YMODEM-C 发送：

**头包（packet 0）**包含元数据字符串：

var metadata = $"{fileSize} 0x{crc32:X8} {targetFirmwareVersion} {sha256Hex}";
var payload = Encoding.ASCII.GetBytes(safeName + '\0' + metadata + '\0');

数据包优先使用 1024 字节（STX/0x02），不足时回退到 128 字节（SOH/0x01），每包 CRC-16/XMODEM 校验（多项式 0x1021），单包最大重试 10 次。

串口互斥：所有串口操作通过 SerialOperationGate（全局 SemaphoreSlim(1,1)）序列化，防止升级流程与后台槽位轮询冲突。

远程升级流程

远程升级采用 HTTP API + MQTT 传输模型。桌面工具不直接传输固件字节——它上传固件到服务器，由服务器通过 MQTT 分片下发。

流程概览

桌面工具                          服务器                          设备
   │                               │                              │
   ├─ 登录获取 JWT ────────────────→│                              │
   ├─ 查询运行槽位 ────────────────→│←─ MQTT 遥测 ─────────────────┤
   ├─ 上传固件 ────────────────────→│                              │
   ├─ 启动 OTA 会话 ───────────────→│── MQTT ota_begin ───────────→│
   ├─ 轮询状态（每 3 秒）──────────→│── MQTT ota_chunk（分片）────→│
   │                               │── MQTT ota_commit ──────────→│
   ├─ 完成确认 ────────────────────→│←─ MQTT 遥测（新槽位）────────┤

API 端点

端点	方法	说明
`/api/auth/login`	POST	用户名密码登录，返回 JWT
`/api/latest?dev=`	GET	获取设备最新遥测数据（含 running_slot）
`/api/firmware/upload`	POST	上传固件文件，返回 fileId、size、crc32、sha256
`/api/ota/start`	POST	启动 OTA 会话（deviceId、fileId、targetSlot）
`/api/ota/{sessionId}/status`	GET	查询 OTA 进度（state、phase、writtenBytes、progress）
`/api/ota/abort`	POST	中止 OTA 会话

状态轮询

PollOtaStatusAsync() 每 3 秒查询一次，最长等待 10 分钟。跟踪字段：state、phase、writtenBytes、totalBytes、progress。终态包括：ota_completed、ota_failed、ota_aborted、ota_timeout。

完成后等待 5 秒，重试 3 次通过 MQTT 遥测确认新运行槽位。

运行槽位检测

运行槽位通过 Modbus RTU 读取寄存器 0x005A 实现：

private const byte DeviceAddress = 0x0A;
private const ushort RunningSlotRegisterAddress = 0x005A;

请求帧（8 字节）：

[0x0A] [0x03] [0x00] [0x5A] [0x00] [0x01] [CRC_LO] [CRC_HI]

响应解析：

var registerValue = BinaryPrimitives.ReadUInt16BigEndian(response[3..5]);
return registerValue switch {
    1 => FirmwareSlot.A,
    2 => FirmwareSlot.B,
    _ => FirmwareSlot.Unknown
};

MainWindow 运行两个 DispatcherTimer：每 2 秒刷新 COM 端口列表，每 3 秒读取运行槽位。升级成功后限制轮询仅 3 次（避免对透明串口桥的过度访问）。

远程维护帧生成

远程维护页签是一个独立的 Modbus RTU 帧生成器，用于通过有人云平台的”网络调试”功能发送命令。

帧构建

ModbusRawFrameBuilder.BuildFrame() 生成标准 8 字节 Modbus RTU 帧：

public static byte[] BuildFrame(ModbusRawFrameData frameData)
{
    var frame = new byte[8];
    frame[0] = frameData.SlaveAddress;
    frame[1] = frameData.FunctionCode;
    frame[2] = (byte)(frameData.RegisterAddress >> 8);
    frame[3] = (byte)(frameData.RegisterAddress & 0xFF);
    frame[4] = (byte)(frameData.DataValue >> 8);
    frame[5] = (byte)(frameData.DataValue & 0xFF);
    var crc = ModbusCrc16.Compute(frame.AsSpan(0, 6));
    frame[6] = (byte)(crc & 0xFF);
    frame[7] = (byte)(crc >> 8);
    return frame;
}

帧导入与纠正

ModbusRawFrameParser.TryParse() 接受十六进制字符串（最多 16 个十六进制字符 = 8 字节），自动去除空格/破折号/逗号/0x 前缀。如果提供完整 16 字符，还会验证尾部 CRC 是否正确，不匹配时报告需要纠正。

默认示例

工具默认填充解锁命令的示例值：从站地址 10（0x0A）、功能码 06（写单个寄存器）、寄存器地址 0030、数据值 42330（0xA55A 的十进制），生成后可一键复制到剪贴板，粘贴到有人云平台发送。