1. XMODEM协议

XMODEM帧结构按照校验形式分为2种，如下表所示：

校验和校验帧结构

BYTE1	BYTE2	BYTE3	BYTE4~131	BYTE132
头标志	帧序号	~帧序号	帧数据	累加和校验

CRC校验帧结构

BYTE1	BYTE2	BYTE3	BYTE4~131	BYTE132~133
头标志	帧序号	~帧序号	帧数据	CRC16校验

其中，头标志定义如下：

定义	值	说明
SOH	0x01	128字节数据标志
STX	0x02	1024字节数据标志
EOT	0x04	发送结束标志
ACK	0x06	应答标志
NAK	0x15	非应答标志
CAN	0x18	取消发送标志
CRC	0x43	使用CRC16校验标志

BYTE2表示表示当前帧序号，范围从1~255，若超过则从0开始。BYTE3为当前帧号取反，接收方可根据这两个字节校验当前帧是否正确，例如BYTE2为0x01,则BYTE3为0xFE。

BTYE4~BYTE131为需要传输的128字节数据。

若为累加和校验，那么BYTE132表示当前128字节的累加和校验，若为CRC校验，则BYTE132~133表示128字节的CRC校验。

2. XMODEM通信流程

累加和方式校验通信流程如下：

发送	方向	接收
	<<	NAK
		超时
	<<	NAK
SOH+0x01+0xFE+数据0~127+Checksum	>>	接收到数据
	<<	ACK
SOH+0x02+0xFD+数据0~127+Checksum	>>	接收错误
	<<	NAK
SOH+0x02+0xFD+数据0~127+Checksum	>>	接收到数据
未收到	<<	ACK
SOH+0x02+0xFD+数据0~127+Checksum	>>	接收到数据
	<<	ACK
EOT	>>	接收到数据
	<<	ACK

CRC方式校验通信流程如下：

发送	方向	接收
	<<	C
		超时
	<<	C
SOH+0x01+0xFE+数据0~127+Checksum	>>	接收到数据
	<<	ACK
SOH+0x02+0xFD+数据0~127+Checksum	>>	接收错误
	<<	NAK
SOH+0x02+0xFD+数据0~127+Checksum	>>	接收到数据
未收到	<<	ACK
SOH+0x02+0xFD+数据0~127+Checksum	>>	接收到数据
	<<	ACK
EOT	>>	接收到数据
	<<	ACK

3. XMODEM设计指标

XMODEM在设计上，需要满足以下几个指标：
*可移植性，代码与平台无关；
*兼容各种通信方式；
*保证系统结构清晰；
*保证系统可重入性；
*通过接口实现系统调用；
*可支持阻塞与非阻塞方式调用；

4. XMODEM设计实现

4.1. XMODEM接口设计

根据设计指标，XMODEM系统采用对象方式设计，并通过接口方式调用实现可移植、通信兼容、以及可重入性的特性，如下图所示：

在设计上，XMODEM以对象方式提供相关配置接口，在初始化过程中，只需传递相关XMODEM对象，同样在处理过程中传入对应XMODEM对象即可，从而保证系统的可重入性。
与此同时，XMODEM向外界提供三个接口用于数据交互，它们分别为：

数据通信发送回调接口，该接口由用户实现，可配置成任意通信接口，XMODEM通过调用此接口向对方发送数据；
数据通信接收回调接口，该接口由用户实现，可配置成任意通信接口，XMODEM通过调用此接口从对象接收数据；
上层数据回调接口，当XMODEM接收到有效帧数据时，会调用此回调函数通知上层应用数据到达，用户可自行在此函数中实现相关功能；

4.2. 阻塞与非阻塞支持设计

一般来说，在数据通信的处理过程中，存在两种数据接收方式，阻塞和非阻塞，其中阻塞方式常用于操作系统，当请求数据接收时，程序会被挂起，直到数据有效或者超时的时候才会继续运行。对于非阻塞方式，当请求数据时，如果此时数据有效，则返回数据，否则返回数据无效。为此，XMODEM系统在“数据通信接收回调接口”中增加返回状态标志来指示当前系统该如何运行。其示意如下图所示：

在上图中，“需要等待”这个状态只有在非阻塞函数中才需要用到，其他情况只用到“收到数据”和“超时”状态。每次XMODEM调用数据接收回调后，会根据返回结果进行下一步操作。

4.3. XMODEM系统流程设计

为保证系统整体结构清晰与可控，XMODEM在流程上采用状态机方式实现，其实现流程如下图所示：

在XMODEM启动后，首先进入空闲模式，在此模式下，XMODEM无任何操作，一旦XMODEM接收到启动请求，则切换到就绪模式。
在就绪模式下，系统会向外发送一个回显标志，随后等待接收，系统会根据接收结果切换到以下几种模式：
就绪模式：接收超时，但等待次数未超阈值，那么再次发送回显标志，并等待接收；
接收模式：接收到第一个帧数据并且数据有效，那么切换到接收模式；
取消模式：收到停止请求，或者接收过程出现故障，那么切换到取消模式；
停止模式：接收到EOT结束标志，或等待次数达到阈值，则切换到停止模式；
在接收模式下，系统会周期启动接收过程，从发送方获取数据，并根据数据处理结果切换到以下几种模式：
接收模式：当前接收超时但尝试次数未超阈值，或数据接收正常，那么再次启动接收过程；
完成模式：当前收到EOT帧，此时切换到完成模式；
取消模式：收到停止请求，接收过程出现故障，以及尝试次数达到阈值，则切换到取消模式；
在完成模式下，系统调用数据回调通知上层传输完成，复位XMODEM系统，并切换到空闲模式。
在取消模式下，系统会向发送方发送CAN标志，用于指示当前传输被取消，随后切换到停止模式。
在停止模式下，系统会调用数据回调通知上层当前传输无效，并复位XMODEM，随后切换到空闲模式。

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