AVR bootloader及avrubd的改进建议

wangzugong · 发表于 2020-3-5 17:52:28

本帖最后由 wangzugong 于 2020-3-5 17:58 编辑

前段时间产品做远程升级，上位机使用的是avrubd。出现很多在安全模式下升级失败但avrubd不报错的问题，造成不少麻烦。因为一旦升级失败而不能发现，进入APP程序以后就再也回不到bootloader，必须有人到现场处理。
最近因为2019-nCoV的原因有时间做了分析，发现了问题所在。现总结出来，希望对大家各类单片机的应用有帮助。
如有错误，请大家不吝赐教。
测试结果：
发现同样的数据帧被写入FLASH两次。
分析：
1、在远程升级时，通信链路中间经过了路由器、交换机、WIFI等中间设备，造成数据的改变，尤其是少量字节数据的传输不能保证数据的正确性。特别是单字节的数据，比如 ACK、NAK 之类。
2、数据帧传送完成后，可能其后还会有附带的字符，造成单片机串口堵塞，下一帧数据的头错误。
3、4.5版的AVR bootloader和avrubd虽然经过了很多考验，但几乎都是直接使用串口直接通信，数据传输几乎不会出错。它已经对可能出现的错误做了处理，实际上我们也使用该软件做过很多产品直接串口升级，从来没有发现问题。
      但是在远程升级时就会发生平常被认为不可能发生的错误，例如：当 ACK、NAK错误时，由此造成的错误可能有两种：
      A、发NAK时上位机收到的是ACK，这样会不重发错误帧，造成FLASH少写入一帧。但实际检测没有发现这样的情况，如果真有，单片机也无能为力；
      B、发ACK时上位机收到的是NAK，这样会重发正确的帧，造成FLASH多写入一帧。实际检测发现经常出现这样的情况。
4、avrubd是每个数据帧进行一次读出校验，上面说的两种错误时无法发现的。如果改成全部FLASH写完再进行一次读出校验，就能发现全部错误。
解决办法：
本人不会delphi编程，暂时也没有时间现学，只能从单片机软件中想办法。处理如下：
1、每次向上位机发送回复前延时1ms，然后读一次串口缓存，消除上次多余无效数据对下一帧的影响。专门做了一个子函数如下：

//消除串口0错误
unsigned char  error_elimination_com( void )
{
  volatile unsigned char  data = 0;

  _delay_ms(1);

  if(  ( UCSR0A & (BIT(FE0)|BIT(UPE0)|BIT(DOR0)) ) != 0  )
  {
    data = UDR0;
  }

  return data
}

2、增加一个缓存区，用于将刚刚接收到的数据帧跟上次接收的数据帧进行比较，如果重复将抛弃。除非全是0xFFCF ，在进行CRC校验前插入下面的代码：

    for( i=0; i<SPM_PAGESIZE; i++ ) //串口接收缓冲区长度 SPM_PAGESIZE=128
    {
    rxBuf = wait_from_com();
    }

    flag = 0x02; //设置重复标志

    for( l=0; l<SPM_PAGESIZE; l+=2 )
    {
    if(  ( ((unsigned short)rxBuf[l]<<8) | rxBuf[l+1] ) != 0xFFCF  ) //如果都是0xFFCF
    {
    flag = 0x01; //非全FFCF
    break;
    }
    //else 全FFCF
    }

    for( k=0; k<SPM_PAGESIZE; k++ )
    {
    if( tempBuf[k] != rxBuf[k] ) //如果不一致
    {
    flag &= ~BIT(0); //不重复
    break;
    }
    //else 重复
    }

    for( m=0; m<SPM_PAGESIZE; m++ ) //备份上次帧，用于比较，避免重复
    {
    tempBuf[m] = rxBuf[m];
    }

      // 2--重复但全FFCF；1--重复但非全FFCF；0--不重复且非全FFCF
   if( flag != 1 ) //继续
   {
         ..........

以上代码仅针对128字节一页的单片机，其它情况请根据实际修改。

建议：
1、全部FLASH写完进行一次读出校验；
2、连接、写入、校验分开，分别设置按钮；
3、增加单片机boot区大小选项。比如选择32K的单片机后，应该再选择其boot区。因为在APP填充FFCF后，超出boot区的数据无意义；
4、建议增加集成虚拟串口，在串口选项框里增加IP和端口选择，使得avrubd可以直接连接远程设备。

RobotRD · 发表于 2020-3-5 17:57:50

艾特梅尔留香久，神州ARM遍地生

wye11083 · 发表于 2020-3-5 18:35:05

bootloader如果没有校验能力，应对意外恢复的能力＝0％。。我这边做fpga全部强制接入被动烧录信号，这样可以救砖。

qwe2231695 · 发表于 2020-3-6 12:37:52

bootloader在写完成标记之前,肯定要再次校验Flash APP区域所有数据的CRC要和文件头的CRC一致. 每次开机Bootloader跳转APP之前,也要校验一次防止Flash窜改和失效.

wangzugong · 发表于 2020-3-9 15:28:42

本帖最后由 wangzugong 于 2020-3-9 15:36 编辑

qwe2231695 发表于 2020-3-6 12:37
bootloader在写完成标记之前,肯定要再次校验Flash APP区域所有数据的CRC要和文件头的CRC一致. 每次开机Boot ...

你用过avrubd吗？看不明白你的意思。

“bootloader在写完成标记之前,肯定要再次校验Flash APP区域所有数据的CRC要和文件头的CRC一致.”，你是赞成我的说法？还是认为我理解错了avrubd？

“ 每次开机Bootloader跳转APP之前,也要校验一次防止Flash窜改和失效.” 请问你说的是谁和谁校验？怎么校验？

希望大家能就这个帖子本身说的问题讨论、提出建议，要具体、可操作。不要说概念性的东西。

Forever · 发表于 2020-6-10 15:11:31

现在新版本是5.2的，4.5的有些bug，
利用这个做远程更新的话，最好是做些改进，堵住可能出现的异常情况。

wangzugong · 发表于 2020-10-30 17:13:01

Forever 发表于 2020-6-10 15:11
现在新版本是5.2的，4.5的有些bug，
利用这个做远程更新的话，最好是做些改进，堵住可能出现的异常情况。 ...

5.2版本的在哪里呀？麻烦你给发个链接，谢谢！

wangzugong · 发表于 2020-11-10 15:22:04

我似乎发现了问题的所在：

上位机软件avrbud 存在一个BUG，一般情况下很难出现。

在这个串口接收事件代码中 procedure TfrmMain.ComPortRxChar(Sender: TObject; Count: Integer);

下载时判断单片机的回复是这样的：

      if RxBuf[0] = XMODEM_ACK then
         ACK := XMODEM_ACK
      else
         ACK := XMODEM_NAK;

这就是说只要单片机回复的不是XMODEM_ACK，就认为是XMODEM_NAK，不论收到什么字符都认为是XMODEM_NAK。结果就是造成认为是单片机要求重发数据。
实际上由于传输错误的可能，出现既不是XMODEM_ACK也不是XMODEM_NAK的回复可能性是存在的。只是在直接使用串口通信的时候出现这种错误的概率非常小而已。
因此此处应修改为：

      if RxBuf[0] = XMODEM_ACK then
         ACK := XMODEM_ACK
      else if RxBuf[0] = XMODEM_NAK then
         ACK := XMODEM_NAK;
      else
         //计错误一次

以上建议，仅供参考。虽然avr单片机现在已经不太流行，但相关技术问题还是值得讨论。avrbud作为一代经典，有必要让它完美无缺。

AWEN2000 · 发表于 2020-11-10 16:03:35

我现在用avrbud给STM32升级，用同样的xmodem协议

wangzugong · 发表于 2020-11-11 15:36:04

AWEN2000 发表于 2020-11-10 16:03
我现在用avrbud给STM32升级，用同样的xmodem协议

只用串口基本上不会出问题。

ilan2003 · 发表于 2020-11-11 21:42:20

老古董的芯片了还在研究

pcl · 发表于 2020-11-11 23:46:32

avr一直还再出新品有空可以了解下

wangzugong · 发表于 2020-12-18 11:29:15

ilan2003 发表于 2020-11-11 21:42
老古董的芯片了还在研究

其实这里研究的不是AVR，研究的是系统和软件BUG问题。通过这样一个例子说明什么叫钻研精神。

rifjft · 发表于 2020-12-18 16:03:57

wangzugong 发表于 2020-12-18 11:29
其实这里研究的不是AVR，研究的是系统和软件BUG问题。通过这样一个例子说明什么叫钻研精神。 ...

有道理，另外芯片不怕老，最重要是能解决问题

leifeng · 发表于 2020-12-18 17:14:32

wangzugong 发表于 2020-12-18 11:29
其实这里研究的不是AVR，研究的是系统和软件BUG问题。通过这样一个例子说明什么叫钻研精神。 ...

找到bug真的不容易，牛！

dreampet · 发表于 2020-12-18 17:55:27

这个问题的本质是远程升级时，没有对通过网络传输的数据做二次封包处理，TCP/IP协议是分包传输，出现沾包是很正常的情况，而AVRUBD是基于串口传输实现的XMODEM协议，这种不考虑通信协议适用的物理层而照搬，出现问题是必然的。

wxws · 发表于 2020-12-19 00:06:37

一直想着用手机加附件来搞iap.
这个附件可以是普通usb串口。
这样灵活性大大提高。

饭桶 · 发表于 2020-12-19 09:11:13

wxws 发表于 2020-12-19 00:06
一直想着用手机加附件来搞iap.
这个附件可以是普通usb串口。
这样灵活性大大提高。 ...

顶安卓应该比较好搞。

Forever · 发表于 2020-12-29 08:52:35

wangzugong 发表于 2020-10-30 17:13
5.2版本的在哪里呀？麻烦你给发个链接，谢谢！

https://sourceforge.net/projects/avrub/
找了一下，这个应该是作者上传的。
-----------------------------------------------
下面顺便上传了三个文件

Forever · 发表于 2020-12-29 08:54:13

其实这个上位机软件，还不错，stm32代码对应着改改，也可以用这个来更新软件的。实现像avr一样下载。

wangzugong · 发表于 2021-1-5 15:51:16

Forever 发表于 2020-12-29 08:52
https://sourceforge.net/projects/avrub/
找了一下，这个应该是作者上传的。
------------------------- ...

非常谢谢！之前一致没找到。

wangzugong · 发表于 2021-1-5 15:53:52

本帖最后由 wangzugong 于 2021-1-5 15:57 编辑

dreampet 发表于 2020-12-18 17:55
这个问题的本质是远程升级时，没有对通过网络传输的数据做二次封包处理，TCP/IP协议是分包传输，出现沾包是 ...

你能说明应该怎么做吗？给出一些建议也行啊。别说这样空洞的话好吗？
再者，即使是只用串口，也有可能出现数据出现错误的可能，这个BUG对仅使用串口者同样有用。

dreampet · 发表于 2021-1-5 16:01:14

wxws 发表于 2020-12-19 00:06
一直想着用手机加附件来搞iap.
这个附件可以是普通usb串口。
这样灵活性大大提高。 ...

USB串口的兼容性不好，我们的最佳实践是采用蓝牙透传模块，主要工作就是移植一下XMODEM协议到Android上，界面逻辑跟上位机一样的。

AVR bootloader及avrubd的改进建议

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