Xmodem 1K 協議在串口傳輸中的實現指南與源碼參考

需求場景

開發串口助手工具，需實現 Xmodem 1K 協議進行檔案傳輸。已能發送資料，但在按鈕事件循環發送時，無法同步等待接收端回應（ACK/NAK/CRC），導致流程無法推進至下一步。

核心難點

• 同步阻塞與非同步接收的協調：發送封包後必須等待接收方回應，再決定重傳或發送下一包。
• 超時重傳機制：發送方需設定計時器，超過約 3 秒未收到回應則重傳當前封包。
• 封包結構處理：128 字節（Xmodem）或 1024 字節（Xmodem-1K）資料塊 + 標頭（SOH/STX）+ 封包序號 + 反序號 + CRC16/Checksum。

實現建議

1. 採用狀態機模型
   定義狀態：IDLE、WAIT_C（等待接收端發送 'C' 表示支援 CRC）、SENDING、WAIT_ACK、RETRANSMIT、FINISHED、ERROR。
2. 使用專用執行緒或非同步 I/O
   避免在 UI 執行緒中阻塞循環等待。Windows 下可用 Overlapped I/O 或建立 Worker Thread，配合事件通知主執行緒更新進度。
3. 參考成熟開源實現
   推薦研究 CSDN 下載資源：XMODEM 源代碼，涵蓋封包組裝、CRC16 計算、超時重傳、EOT/ACK 處理等完整邏輯。

關鍵流程圖解

發送端                          接收端
  |                               |
  |--- SOH/STX + Seq + Data + CRC --->  (校驗通過)
  |                               |
  |<--- ACK -----------------------|
  |                               |
  |--- Next Packet -------------->|
  |                               |
  |<--- NAK (錯誤) ----------------|  -> 重傳當前包
  |                               |
  |--- EOT ----------------------->|  (傳輸結束)
  |                               |
  |<--- ACK -----------------------|

注意事項

• 序號從 1 開始，到達 255 後回卷至 0（或 1，視協議變體）。
• 接收端通常先發送 'C' (0x43) 要求 CRC 模式，若發送端不支援則回退 Checksum 模式（接收端發送 NAK）。
• 嚴格處理 CAN (0x18) 取消傳輸信號，連續兩次 CAN 視為中止。

建議先在 PC 端雙機直連或使用虛擬串口工具（如 com0com）驗證協議邏輯，再移植至目標嵌入式平台。