2026-09-01 10:57:58 +08:00
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# HC32F460 BootLoader 项目架构与工作流程分析
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2026-09-02 10:08:15 +08:00
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> ## ⚠️ 每次下载 Boot 前必查配置项
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> 以下配置集中在 **`source/User/Inc/bsp.h`**，每次重新下载 Boot 程序前必须核对，
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> 修改后 **需重新编译并烧录**，配置会由 Boot 首次运行时自动写入 Flash 参数区。
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> ### ① 当前设备版本 / 项目选择（决定本机 MAC 编码，bsp.h:62-64）
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> ```c
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> #define GATEWAY_VER_INFO GATEWAY_VER1_0 // 版本信息 → Mac[0](Bit7固定1)
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> #define GATEWAY_PRJ_NUM GATEWAY_PRJ_YAXIA // 项目编号 → Mac[1:3]（枚举见 bsp.h:17-26）
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> #define GATEWAY_GW_NUM 0x0000 // 网关编号 → Mac[4:5]（1~65535，按设备唯一分配）
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> ```
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> | 项 | 当前值 | 影响 |
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> | --- | --- | --- |
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> | GATEWAY_VER_INFO | GATEWAY_VER1_0 | 写入 MAC[0]，标识网关软件版本 |
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> | GATEWAY_PRJ_NUM | GATEWAY_PRJ_YAXIA | 写入 MAC[1:3]，标识所属项目（换项目必改） |
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> | GATEWAY_GW_NUM | 0x0000 | 写入 MAC[4:5]，每台设备必须唯一（按网关编号分配） |
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> ### ② CAT1 服务器 / Lora 配置（bsp.h:67-73）
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> ```c
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> #define GATEWAY_SVR_ADDR0 39 // 服务器 IP[0]
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> #define GATEWAY_SVR_ADDR1 106 // 服务器 IP[1]
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> #define GATEWAY_SVR_ADDR2 103 // 服务器 IP[2]
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> #define GATEWAY_SVR_ADDR3 147 // 服务器 IP[3]
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> #define GATEWAY_SVR_PORT 8080 // 服务器端口
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> #define GATEWAY_LORA_FREQ CH3 // Lora 中心频率（CH0~CH45，470.1MHz~492.6MHz）
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> ```
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>
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> | 项 | 当前值 | 说明 |
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> | --- | --- | --- |
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> | 服务器 IP | 39.106.103.147 | CAT1 上传的默认服务器地址 |
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> | 服务器端口 | 8080 | CAT1 上传的默认端口 |
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> | GATEWAY_LORA_FREQ | CH3 | Lora 中心频率，按现场干扰/组网需要从 CH0~CH45 中选择 |
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> ### ③ 默认通道配置（bsp.h:76-79）
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> ```c
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> #define GATEWAY_MUCH CH_ETH // 主上传通道
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> #define GATEWAY_AUCH CH_NULL // 辅助上传通道（-1 = 无）
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> #define GATEWAY_DUCH CH_CAT1 // 调试/升级通道
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> #define GATEWAY_CUCH_MASK CUCH_LORA // 通讯单元通道掩码
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> ```
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>
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> | 项 | 当前值 | 说明 |
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> | --- | --- | --- |
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> | GATEWAY_MUCH | CH_ETH | 主上传通道：CH_DBG/CH_RS485_1/CH_RS485_2/CH_ETH/CH_LORA/CH_CAT1 |
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> | GATEWAY_AUCH | CH_NULL | 辅助上传通道，-1 表示不使用 |
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> | GATEWAY_DUCH | CH_CAT1 | 调试/升级通道 |
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> | GATEWAY_CUCH_MASK | CUCH_LORA | 通讯单元通道掩码，可多通道按位或（CUCH_CH1/CUCH_CH2/CUCH_ETH/CUCH_LORA/CUCH_CAT1） |
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2026-09-01 10:57:58 +08:00
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## 1. 项目概述
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基于华大半导体 HC32F460KETA (Cortex-M4F) 的 BootLoader 程序，实现通过 RS485 串口对 APP 应用程序进行在线升级。升级协议遵循《传感器通用串口升级协议 V1.1》。
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主要功能：
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- 串口在线升级：RS485 Ch1 (USART2) 作为升级通道，采用主-从应答式通信
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- 设备 MAC 编码：固化在 Flash 0x4000 处，供网关 APP 读取本机身份
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- APP 跳转：启动参数判断后跳转至 APP 区 (0x8000)
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- 参数管理：服务器/Lora/通道等默认配置由 Boot 直接写入 Flash 参数区
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- 看门狗：SWDT 由 ICG 硬件启动，周期喂狗防止升级过程死机
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## 2. 硬件平台
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| 项目 | 说明 |
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| MCU | HC32F460KETA (Cortex-M4F, FPU, 512KB Flash / 192KB SRAM) |
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| 主频 | 内部 HRC 16MHz -> MPLL 200MHz（不使用外部晶振） |
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| 升级通道 | RS485 Ch1 = USART2 (PA10=RX, PA8=TX)，方向控制 PC7 |
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| 备用串口 | RS485 Ch2 = USART3 (PB14=RX, PB12=TX)，方向控制 PB13 |
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| 调试串口 | USART1 (PA11=RX, PA12=TX) |
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| 调试器 | Segger J-Link (MDK 工程配置) |
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## 3. 目录结构
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HC32F460BootLoader/
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├── driver/ # 华大 DDL 设备驱动库
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│ ├── inc/ # 外设驱动头文件
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│ └── src/ # 外设驱动源文件
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├── mcu/
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│ └── common/ # 芯片头文件、系统时钟初始化 (system_hc32f460.c)
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├── source/
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│ └── User/ # 用户应用层
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│ ├── Inc/ # bsp.h / main.h / ddl_config.h
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│ └── Src/ # main.c / bsp.c
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├── MDK/ # Keil 工程
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│ ├── BootLoader.uvprojx
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│ ├── BootLoader.uvoptx
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│ ├── BootLoader_custom.sct # 自定义分散加载文件
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│ └── RTE/ # Keil RTE 配置
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├── 传感器通用串口升级协议V1.1.xlsx # 升级协议规范
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├── 串口升级协议.xlsx
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└── README.md
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## 4. 架构设计
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### 4.1 分层结构
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┌──────────────────────────────────────┐
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│ 应用层 (source/User) │
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│ main.c 升级状态机/协议解析 │
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│ bsp.c 时钟/串口/Flash/看门狗 │
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├──────────────────────────────────────┤
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│ 设备驱动层 (driver) │
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│ hc32f460_*.c DDL 标准外设驱动 │
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├──────────────────────────────────────┤
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│ MCU 层 (mcu/common) │
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│ 系统时钟初始化 / 寄存器定义 │
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└──────────────────────────────────────┘
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```
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### 4.2 Flash 分区（512KB）
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| 区域 | 地址范围 | 大小 | 说明 |
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| BootLoader | 0x0000_0000 - 0x0000_7FFF | 32KB | Boot 程序 |
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| └ 网关MAC区 | 0x0000_4000 | 6B | 设备唯一编码（固定） |
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| APP | 0x0000_8000 - 0x0007_BFFF | 464KB | 应用程序 |
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| 参数区 | 0x0007_C000 - 0x0007_DFFF | 8KB | Boot 参数 (BootPara_t) |
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Flash 分区宏定义见 `source/User/Inc/bsp.h:82-93`。
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### 4.3 内存布局（SRAM 192KB）
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分散加载文件 `MDK/BootLoader_custom.sct`：
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- 只读区 (RO)：0x0000_0000，长度 32KB，含 `*(.ARM.__at_0x00004000)` MAC 段
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- 可读写区 (RW/ZI)：0x1FFF_8000，长度 0x2F000
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### 4.4 参数结构体 (BootPara_t)
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定义见 `bsp.h:152-167`，与 GateWay APP 保持一致，由 Boot 直接写入默认配置：
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- `AppFlag` / `UpdateFlag` / `FirstRunFlag`：启动与升级标志
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- `GwMac[6]`：网关 MAC 地址
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- `SvrAddr[4]` / `SvrPort`：默认服务器 IP/端口
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- `LoraFreq`：默认 Lora 中心频率
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- `Much` / `Auch` / `Duch`：主/辅助/调试升级通道
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- `CuchMask`：通讯单元通道掩码
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## 5. 核心模块分析
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### 5.1 设备 MAC 编码 (main.c:7-14)
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固化在 Flash 0x4000 的 `GwMacConst[6]`，由宏构造：
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Mac[0] = 0x80 | GATEWAY_VER_INFO // 版本信息 (Bit7 固定 1)
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Mac[1:3] = GATEWAY_PRJ_NUM // 项目编号 (3字节)
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Mac[4:5] = GATEWAY_GW_NUM // 网关编号 (2字节)
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`GATEWAY_VER_INFO`、`GATEWAY_PRJ_NUM`、`GATEWAY_GW_NUM` 在 `bsp.h:62-64` 配置。
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### 5.2 串口驱动 (bsp.c)
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- `DbgUart_Config()`：调试串口 USART1 配置（中断优先级 2）
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- `RS485Ch1_Config()`：升级通道 USART2 配置（中断优先级 2）
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- `RS485Ch2_Config()`：备用串口 USART3 配置
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- 发送时通过方向引脚切换 RS485 收发：`RS485Ch1UartSend()` 发完拉回接收态
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### 5.3 Flash 操作 (bsp.c)
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- `FlashWrite()`：单字编程，校验返回值
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- `WriteBootPara()`：擦除扇区后写入参数
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- `EraseFlash()`：仅擦除 APP 区（`APP_ADDRESS` 到 `BOOT_PARA_ADDRESS`），**不擦参数区**，边擦边喂狗
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### 5.4 看门狗
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SWDT 由 ICG 硬件启动（`ddl_config.h` DDL_SWDT_ENABLE=ON），主循环每 200ms 调用 `FeedDog()` 喂狗。
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## 6. 升级工作流程
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### 6.1 启动流程 (main.c:426-478)
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BSP_Init() // 时钟 200MHz + GPIO + RS485Ch1(500k) + SysTick(1ms)
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InitCrc32Table() // CRC32 查表
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读 0x4000 MAC -> s_DevMac // 从固定地址读入设备编码
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ReadBootPara() // 读参数区
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├─ GwMac 无效(0xFF) 首次运行
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│ ├─ FirstRunFlag==0xFFFFFFFF -> BL_START_APP (直接启动APP)
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│ ├─ 否则 -> BL_IDLE
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│ └─ 写入默认参数 (MAC/服务器/Lora/通道)
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├─ GwMac 有效
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│ ├─ 同步 s_DevMac
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│ ├─ 旧参数区(0xFF)补默认值
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│ ├─ AppFlag==APP_START_FLAG -> BL_START_APP (直接跳APP)
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│ ├─ UpdateFlag==APP_UPDATE_FLAG -> BL_ERASE_FLASH (续升级)
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│ └─ 否则 -> BL_IDLE (等待升级指令)
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└─ while(1): FeedDogHandler() + BootLoaderLoopHandler()
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```
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### 6.2 升级状态机 (main.c:335-402)
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BL_IDLE ── 收到 0x81 升级请求 ──> BL_RESET (20ms 后系统复位)
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BL_RESET ── 复位后参数判断 ──> BL_ERASE_FLASH
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BL_ERASE_FLASH ── 擦除完成 ──> BL_GET_DATA
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BL_GET_DATA ── 发 0x02 请求下一包 ──> BL_WAIT_REV
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BL_WAIT_REV ── 收到 0x82 ──> BL_GET_DATA (写Flash后请求下一包)
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BL_WAIT_REV ── 500ms 超时 ──> BL_GET_DATA_TIMEOUT
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BL_GET_DATA_TIMEOUT ── 重试<3次 ──> BL_GET_DATA
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BL_GET_DATA_TIMEOUT ── 重试>=3次 ──> BL_IDLE (清除升级标志)
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└─ 全部包写完 -> CRC32 校验
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├─ 成功 -> 写 AppFlag + 复位 -> BL_RESET -> 启动 APP
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└─ 失败 -> 清标志 -> BL_IDLE
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### 6.3 升级数据流
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升级主机(网关APP) BootLoader(从机)
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│ 0x81 升级请求帧 │
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│ ────────────────────────────────> │ 保存参数到Flash
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│ 0x01 ACK应答(载荷0x20) │
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│ <──────────────────────────────── │ 复位进入升级
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│ 0x02 请求数据(包索引) │
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│ <──────────────────────────────── │ 擦除Flash
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│ 0x82 下发数据包(200字节/包) │ 写Flash
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│ ────────────────────────────────> │ 循环请求直至收完
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│ ... │
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│ │ CRC32 校验
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│ │ 成功->写AppFlag->复位->启动APP
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```
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### 6.4 帧格式（升级协议 V1.1）
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帧头 `FrameHeader_t` (main.h:19-24)：
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| 字段 | 长度 | 说明 |
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| Header | 1B | 帧头，固定 0x7D |
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| DevMac | 6B | 目标设备 MAC（全 0xFF 为广播） |
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| Cmd | 1B | 命令字 |
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| PayloadLen | 1B | 载荷长度 |
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命令字 (main.h:10-16)：
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| 命令 | 值 | 方向 | 说明 |
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| UPDATE_CMD_SLAVE_RES | 0x01 | 从->主 | 应答 ACK |
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| UPDATE_CMD_SLAVE_REQ_DATA | 0x02 | 从->主 | 请求数据包 |
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| UPDATE_CMD_MASTER_REQ | 0x81 | 主->从 | 升级请求 |
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| UPDATE_CMD_MASTRE_RES_DATA | 0x82 | 主->从 | 下发数据 |
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- 帧尾：2 字节 CRC16 (Modbus, 多项式 0xA001)
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- CRC32 使用查表法 (多项式 0xEDB88320) 校验整个 APP 区
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### 6.5 帧接收组帧 (main.c:291-329)
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中断逐字节接收，按 0x7D 帧头、第 9 字节载荷长度、`sizeof(FrameHeader_t)+PayloadLen+2` 组帧完成判断，存入 `BL.RxBuff` 并置 `BL.RxFlag`。
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### 6.6 APP 跳转 (main.c:85-109)
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校验栈顶在 SRAM 范围内后：
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1. `__disable_irq()` 关闭全局中断
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2. 停止 SysTick
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3. 禁用并清挂起 RS485 Ch1 相关 NVIC 中断
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4. `__set_MSP()` 设置主栈指针
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5. 跳转 APP 复位向量
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## 7. 构建配置
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- 器件：HC32F460KETA，Pack：HDSC.HC32F460.1.0.12
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- 分散加载：`BootLoader_custom.sct`
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- 宏定义：`__DEBUG,HC32F460,USE_DEVICE_DRIVER_LIB,JEUA`
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- Include：driver/src、driver/inc、mcu/common、source/User/Src、source/User/Inc
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- DDL 模块裁剪见 `source/User/Inc/ddl_config.h`
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## 8. 关键设计要点
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1. **免外部晶振**：使用内部 HRC 倍频到 200MHz，降低成本与启动依赖
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2. **参数区保护**：擦除 APP 区时跳过参数区，升级参数可持久保存
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3. **防中断残留**：跳转 APP 前彻底清理中断环境，避免影响 APP 启动
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4. **升级续传**：复位后通过 `UpdateFlag` 判断，支持掉电后重新进入升级流程
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5. **广播支持**：MAC 匹配支持全 0xFF 广播升级
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6. **看门狗**：擦除 Flash 等耗时操作中喂狗，防误复位
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