【QT】基于UDP/TCP/串口 的Ymodom通讯协议客户端

前言

Qt 运行环境 Desktop_Qt_5_11_2_MSVC2015_64bit ，基于Ymodom通讯协议，开发客户端实现与设备的UDP /TCP /串口通讯。在前期测试过程中，主要用了网络调试助手、串口调试助手、Virtual Serial Port Driver虚拟串口。

对Ymodom的了解过程中，主要学习了博文Ymodem协议详解 、【嵌入式——QT】QT集成Ymodem协议使用UDP进行传输、qt随手记——ymodem协议使用，里面对协议的规则进行了详细的讲述，方便理解Ymodom 是什么。

在没有设备的情况下，用虚拟设备进行测试，发一个文件对应的指令如下：

43     ( C)
--
06   ( Ack)
43     ( C)
......
06   ( Ack)
----
04    (收 Eot)
15 （ NAK）
04    (收 Eot)
06   ( Ack)
43     ( C)
--
06   ( Ack)

Ymodom实现

该协议包括起始帧、数据帧、结束帧，状态变量流转的方向如下：

YmodemFileTransmit.h
status ： StatusEstablish->StatusTransmit ->StatusFinishymodem.h
stage:  StageNone-> StageEstablishing -> StageEstablished -> StageTransmitting->StageFinishing->StageFinished ->StageNone
code:  CodeNone

里面数据帧要注意，传1024或128规则如下：

• 数据大于128，则按1024传；
• 数据小于128，则按128传。

关于数据填充，看网上说是，以0x1A填充，但实际测试发现，是按照00填充的。

整个指令流程如下：

• 接收方先发 43（C）
• 发送方发 文件名+文件大小
• 接收方发 06（Ack）
• 接收方发 43（C）
• 发送方开始一包包数据的发送，每发一包得等接收方回复 06(Ack)后再开始下一包
• 当发完最后一包数据后，发送方发 04 (Eot)
• 接收方发 15（ NAK）
• 发送方再发 04 (Eot)
• 接收方发 06 ( Ack)
• 接收方发 43（C），开始下一个文件传输
• 如果不在发文件，则发送方发一包00数据
• 接收方发 06（Ack），结束传输。

在传输中，使用的指令主要如下：

        CodeNone = 0x00,CodeSoh  = 0x01, //128字节数据包；CodeStx  = 0x02, //1024字节数据包；CodeEot  = 0x04, //文件传输结束指令；CodeAck  = 0x06, //接收正确指令；CodeNak  = 0x15, //重传当前数据包请求指令；CodeCan  = 0x18, //取消传输指令，连续发送5个该命令，终止传输；CodeC    = 0x43, //请求数据包CodeA1   = 0x41,CodeA2   = 0x61

QT实现

主要用得是Ymodem的开源库函数，然后对其进行二次开发。

开源库的二次开发-1

里面最主要的一个变更是，在传输完成进行二次回复确定时，接收方会发一个Ack过来，此时会调用transmitStageFinishing()，不难发现里面并没有关于Ack 的处理，此时会调用default: 处理：

如果一直没有发C指令，会不断累加定时器调用次数，由于设置一次定时器10ms，间隔5s后会重发04 (Eot)指令；如果超过设置的最大响应时间25s，会写取消传输指令。当然正常是不会有问题的，但是在测试时候，由于输入需要时间，时而会出现重发的情况，而且要注意这里的5s，是从第二次发完 EOT 后开始计算的。因此，对transmitStageFinishing() 增加Ack 处理 ：

case CodeAck://sht-240813 add :避免发完ACK后C回复不及时，导致多发EOT指令{timeCount  = 0;errorCount = 0;dataCount  = 0;break;}

开源库的二次开发-2

第二个最大变更是，关于读取回复指令的长度设置，在部分的设备中，会存在回复指令加 0D 0A 的情况，用于分隔指令，因为接收方回复指令中存在连续发2个指令的情况，如果有了0D 0A 的加入，可以直接 以 06 0D 0A 43 0D 0A 方式发指令，当然也可以不用 0D 0A ，单纯只是用 06 43 或者间隔一下时间分别发，都可以。

既然出现了加 0D 0A 情况，那就要对读取进行二次处理，在receivePacket() 中将read(&(rxBuffer[0]), 1)修改为read(&(rxBuffer[0]), 3)。

串口方式实现

最主要的就是串口收发一定要写好，Ymodom 部分主要就是进行虚函数复写就行。

QT += serialport

#include <QSerialPort>
QSerialPort * serialPort;

    if (serialPort->open(QSerialPort::ReadWrite) == true){//成功打开串口return true;}else{//串口打开失败return false;}

//读写指定长度len,存入buff
uint32_t YmodemFileTransmitSerial::read(uint8_t* buff, uint32_t len)
{return serialPort->read((char*)buff, len);
}uint32_t YmodemFileTransmitSerial::write(uint8_t* buff, uint32_t len)
{return serialPort->write((char*)buff, len);
}

TCP方式实现

QT       +=network

#include <QTcpSocket>
QTcpSocket * tcpClient;

这里一定要注意，平常会有信号触发的方式进行连接成功的判断，但为了减少跳转，以及代码逻辑的统一，这边采用了waitForConnected去进行连接成功与否的判断，设置的30000为等待连接时间，超过了则返回false。

tcpClient->connectToHost(targetAddr,serverPort);if(tcpClient->waitForConnected(30000)){//连接成功return true;}else{return false;}

这里也一定要注意，平常进行数据接收我们一般也是采用信号触发的方式，但这边不是，用得read和write，传参分别是存储信息的地址和读取长度，返回实际读取长度。当发来一共10个字节，然后读了3个，后面7个字节会缓存，可以下次读，因此针对开源库的二次开发-2主要就是影响这里，加了0D 0A，在读1字节，就会有问题。

//-----------虚函数实现，读取内容----
uint32_t YmodemFileTransmitTcp::read(uint8_t *buff, uint32_t len)
{QByteArray array = tcpClient->read(len);uint32_t lenArray = array.size();uint32_t lenBuff  = len;uint32_t length = qMin(lenArray, lenBuff);memcpy(buff, array, length);return length;
}
//-----------虚函数实现，写内容----
uint32_t YmodemFileTransmitTcp::write(uint8_t *buff, uint32_t len)
{int ret = tcpClient->write((char*)buff, len);return ret;
}

UDP方式实现

QT       +=network

#include <QUdpSocket>
QUdpSocket* udpClient;

UDP也是一样的情况，由于不连接通讯，倒是不用增加连接步骤，但是接收信息不用常用的信号触发实现，也是直接用read和write，其目的其实都是为了方便代码编写，更好使用Ymodom 库，确保三种方式逻辑编写规则统一。

//-----------虚函数实现，读取内容----
uint32_t YmodemFileTransmit::read(uint8_t* buff, uint32_t len)
{QNetworkDatagram datagram =udpClient->receiveDatagram(len);QByteArray array = datagram.data();uint32_t lenArray = array.size();uint32_t lenBuff  = len;uint32_t length = qMin(lenArray, lenBuff);memcpy(buff, array, length);return length;
}
//-----------虚函数实现，写内容----
uint32_t YmodemFileTransmit::write(uint8_t* buff, uint32_t len)
{QHostAddress targetAddr(serverIp);int ret = udpClient->writeDatagram((char*)buff, len, targetAddr, serverPort);return ret;
}

补充：文件读取

在开发中，需要涉及到文件的读取，为了方便后续的复用，这边也做一个整理

• 找文件，存文件路径

#include <QFileDialog>
#include <QMessageBox>void BootLoader::on_pushButtonBrowse_clicked()
{QString curPath = QDir::currentPath();ui->lineEditFilePath->setText(QFileDialog::getOpenFileName(this, u8"打开文件", curPath, u8"任意文件 (*.*)"));
}

• 读文件

#include <QFile>
QFile*       file;

YmodemFileTransmit::YmodemFileTransmit(QObject* parent) :QObject(parent),file(new QFile)
{
}
//-------------设置读取文件名--------
void YmodemFileTransmit::setFileName(const QString& name)
{file->setFileName(name);
}

//获取文件名 +文件大小
if(file->open(QFile::ReadOnly) == true) {QFileInfo fileInfo(*file);fileSize  = fileInfo.size();fileCount = 0;//将文件名fileInfo.fileName().toLocal8Bit().data()存buffstrcpy((char*)buff, fileInfo.fileName().toLocal8Bit().data());//将文件大小QByteArray::number(fileInfo.size()).data())存buffstrcpy((char*)buff + fileInfo.fileName().toLocal8Bit().size() + 1, QByteArray::number(fileInfo.size()).data());} 

//读YMODEM_PACKET_1K_SIZE最大长度的内容存buff，返回读取的实际长度。
//而且只要没有file->close();，file->read 会移动文件游标，读完一次后面接着读fileCount += file->read((char*)buff, YMODEM_PACKET_1K_SIZE);

补充：QT 封装成EXE

可以查看大神的博文【QT中如何生成导出.exe可执行文件并打包给其他人使用】，里面讲得很清晰。