ESP32-C3 OTA Relay

固件版本: v0.3.12 | 构建时间: 2026-06-17 | 基于 ESP-IDF v6.0

项目概述

ESP32-C3FH4 OTA 中继固件，作为 GD32E508VET6 的 OTA 升级桥梁。通过 WiFi (HTTP) 或 BLE (GATT) 从上位机（手机/PC）接收固件，存储在本地 SPI Flash 的 gd32_ota 分区，再通过 SPI 总线 经四阶段安全握手协议转发给 GD32。

[手机/PC 上位机] --WiFi/BLE--> [ESP32-C3FH4] --SPI--> [GD32E508VET6]
                                  |
                                  +-- gd32_ota 分区 (252KB)
                                  +-- 健康自检 (温度 + WiFi RSSI)
                                  +-- 本机 OTA (ESP32 自升级)

硬件平台

项目	规格
芯片	ESP32-C3FH4 (RISC-V, 单核, 160MHz)
Flash	4MB
SPI 引脚	MOSI=GPIO5, MISO=GPIO7, SCLK=GPIO6, CS=GPIO4
SPI 速率	4MHz, Mode 0
UART 调试	TX=GPIO21, RX=GPIO20, 115200 baud
编译工具链	ESP-IDF v6.0, riscv32-esp-elf

分区表 (config/partitions.csv)

分区	类型	偏移	大小	用途
nvs	data/nvs	0x9000	24KB	NVS 存储
otadata	data/ota	0xF000	8KB	OTA 启动信息
gd32_ota	data/spiffs	0x11000	252KB	GD32 固件缓存
app0	app/ota_0	0x50000	1.25MB	ESP32 OTA 槽位 0
app1	app/ota_1	0x190000	1.25MB	ESP32 OTA 槽位 1
spiffs	data/spiffs	0x2D0000	1.06MB	文件系统

功能模块

模块	文件	描述
core	core/main.cpp	程序入口，初始化各模块并创建 4 个 FreeRTOS 任务
health_monitor	monitor/health_monitor.{h,cpp}	温度 + WiFi RSSI 监控，OTA 前健康检查
debug_log	monitor/debug_log.{h,cpp}	三路日志输出：UART0 + UDP + 环形缓冲区
ota_coordinator	ota/ota_coordinator.{h,cpp}	全局 OTA 协调器（单例）：串行化 GD32/ESP32 OTA 操作，统一传输层入口，9 状态系统级状态机
ota_relay	relay/ota_relay.{h,cpp}	GD32 OTA 中继事件驱动状态机（6 阶段 + ERROR）：通过 dispatchQueue 接收调度信号，processEvent() 驱动状态转换
esp32_ota_core	ota/esp32_ota_core.{h,cpp}	ESP32 本机 OTA 核心（begin/write/finalize/abort，WiFi/BLE 共用）
wifi_ota	server/wifi_ota.{h,cpp}	WiFi AP/STA + HTTP OTA 服务器 + CAN 帧转发
ble_ota	server/ble_ota.{h,cpp}	BLE GATT 服务器（NimBLE 协议栈）
spi_master	transport/spi_master.{h,cpp}	SPI 主站驱动 + CANFD 3 通道 + OTA 帧协议
protocol	transport/protocol.{h,cpp}	协议层（nonce 搅伴生成、AES 会话密钥管理、运行时 SCRAMBLE_CONST）

目录结构

ESP32_COMM/
├── CMakeLists.txt                    # 顶层 CMake 项目定义
├── sdkconfig.defaults                # SDK 配置默认值 (WiFi RX/TX BA=6)
├── config/
│   └── partitions.csv                # 4MB Flash 分区表
├── cmake/
│   └── gen_version_script.cmake      # 构建时自动生成 version.h
├── main/
│   ├── CMakeLists.txt                # 注册 12 个源文件 + 依赖
│   ├── include/
│   │   ├── app_config.h              # 统一配置 (constexpr: WiFi/BLE/OTA/阈值/密钥)
│   │   ├── version.h                 # 自动生成版本信息 (v0.3.12)
│   │   └── ota_mutex.h               # BLE/WiFi OTA 全局互斥
│   ├── core/main.cpp                 # app_main 入口，4 个 FreeRTOS 任务
│   ├── relay/ota_relay.{h,cpp}       # GD32 OTA 中继事件驱动状态机
│   ├── ota/
│   │   ├── esp32_ota_core.{h,cpp}    # ESP32 本机 OTA 核心
│   │   └── ota_coordinator.{h,cpp}   # 全局 OTA 协调器
│   ├── transport/
│   │   ├── spi_master.{h,cpp}        # SPI 主站 + CANFD 3 通道
│   │   └── protocol.{h,cpp}          # 协议层 (CRC16 / AES / nonce)
│   ├── server/
│   │   ├── wifi_ota.{h,cpp}          # WiFi OTA HTTP 服务器
│   │   └── ble_ota.{h,cpp}           # BLE GATT OTA 服务器
│   └── monitor/
│       ├── health_monitor.{h,cpp}    # 温度 + RSSI 健康监控
│       └── debug_log.{h,cpp}         # UART0 + UDP + 环形缓冲区日志
├── components/
│   └── cjson/                        # cJSON 组件
├── managed_components/
│   └── espressif__mdns/              # mDNS 组件
├── tools/
│   ├── index.html                    # WiFi OTA WebUI 控制台
│   ├── ble_ota.html                  # BLE OTA WebUI 控制台 (Web Bluetooth)
│   ├── app.js                        # WebUI JavaScript
│   ├── style.css                     # WebUI 样式
│   ├── serve.bat                     # Python HTTP 服务器启动脚本 (端口 8080)
│   ├── serial_monitor.py             # 串口日志采集工具 (COM15)
│   └── ota_upload_test.py            # OTA 上传测试脚本
├── docs/
│   ├── esp32_ota_relay_design.md     # 架构设计文档
│   ├── DEVELOPMENT_GUIDE.md          # 开发者指南 (T0-T8)
│   └── COMMUNICATION_AUDIT_2026-05-05.md  # 通信审计
├── .vscode/                          # VS Code 调试/编译配置 (COM15, clangd)
└── .devcontainer/                    # Docker 开发容器 (ESP-IDF 6.0)

FreeRTOS 任务

4 个主任务全部固定运行在 ESP32-C3 单核（核 0），通过 FreeRTOS 队列通信：

任务名	函数	优先级	栈大小	职责
health_mon	HealthMonitor::taskEntry	configMAX_PRIORITIES - 4	4096	温度监控 (1s 定时器) + 堆巡检 (5s) + 健康状态管理
wifi_ota	WifiOta::taskEntry	configMAX_PRIORITIES - 3	8192	WiFi (AP/STA) + HTTP 服务器 (端口 80) + 状态轮询
ble_ota	BleOta::taskEntry	configMAX_PRIORITIES - 3	8192	BLE GATT 服务器初始化 + NimBLE Host 任务 + 心跳保活
ota_relay	OtaRelay::taskEntry	configMAX_PRIORITIES - 2	12288	等待 dispatchQueue 调度信号 → 事件驱动状态机（6 阶段）→ SPI 转发 → resultQueue 回传结果

额外后台任务：

任务名	优先级	栈大小	职责
wifi_reconnect	5	4096	STA 断线重连（退避算法，独立任务避免死锁）
ble_ota_finish	5	4096	BLE ESP32 OTA 异步收尾（SHA 校验 + end + reboot）
nimble_host	NimBLE 内部	NimBLE 内部	BLE 协议栈事件循环

跨任务通信

• OTA 协调: OtaCoordinator 管理系统级 OTA 状态（9 状态），提供 beginGd32Storage/completeGd32Storage/triggerGd32Relay/beginEsp32Ota 等统一入口，内部 mutex 保护状态读写
• OTA 调度: WiFi/BLE 任务通过 OtaRelay::dispatchQueue (FreeRTOS 队列, 深度 4) 发送调度信号给 ota_relay 任务；结果通过 resultQueue 回传；OtaCoordinator 也向此队列投递中继触发命令
• OTA 互斥: g_esp32OtaMutex (全局 Mutex) + g_esp32OtaOccupied 标志，防止 BLE 和 WiFi 同时操作 ESP32 OTA 分区
• 中继状态: OtaRelay::s_stateMutex 保护 relayState/relaySeq/relayTotalPackets 等跨任务状态（StateLockGuard RAII 封装）
• WiFi 状态: WifiOta::m_stateMutex + std::atomic 保护 WiFi 连接状态和重连计数器
• 健康状态: HealthMonitor::m_mutex 保护 healthState/temperature/RSSI
• UDP 日志: DebugLog::m_logRingMutex 保护 HTTP /logs 环形缓冲区

OTA 核心流程

一、GD32 OTA 中继（事件驱动状态机，6 阶段 + ERROR）

上位机上传 GD32 固件到 ESP32 本地 gd32_ota 分区（通过 OtaCoordinator 协调上传状态）→ 收到触发命令后由 OtaRelay 事件驱动状态机执行转发：

状态机总览：

    IDLE ──(EVT_START)──→ HANDSHAKING ──→ SIZE_NEG ──→ TRANSFERRING
     ↑                       │               │              │
     │                    (error)         (error)        (error)
     │                       ↓               ↓              ↓
     └──── DONE ←── FINISHING ←────────────────────────── ERROR
             │                    ↑                         │
             └──── (EVT_START) ───┘           (EVT_START)───┘

阶段	状态	输入事件	输出/转换
① 安全握手	HANDSHAKING	EVT_START / EVT_RESP_OK	doHandshakeReq() → doChallengeAndAuth() → 建立 K_session AES 加密通道
② 大小协商	SIZE_NEG	EVT_START	doSendFirmwareSize() → 加载 NVS 元数据中的 total_size
③ 数据包转发	TRANSFERRING	EVT_START	doRelayPackets() → 逐包 AES 加密转发 + 结构化 ACK 校验 + 健康检查
④-⑤ 完成与验证	FINISHING	EVT_START	doFinishAndVerify() → 发送 FINISH → PING 轮询 APP 存活（最多 30 次 × 500ms）
完成	DONE	EVT_START → 重入 IDLE	状态机复位
错误	ERROR	任意错误超时/健康危险	reset() → IDLE

协调器系统级状态（OtaCoordinator）

状态流转：

  IDLE ──→ GD32_STORING ──→ GD32_STORED ──→ GD32_RELAYING ──→ GD32_COMPLETE
    │                                                    │
    ├──→ ESP32_RECEIVING ──→ ESP32_FINALIZING ──→ ESP32_REBOOTING
    └──→ ERROR (任意阶段)

系统状态	含义
OTA_SYS_IDLE	空闲，可接受新请求
OTA_SYS_GD32_STORING	传输层正在存储 GD32 固件到 Flash
OTA_SYS_GD32_STORED	GD32 固件已完整存储，等待触发中继
OTA_SYS_GD32_RELAYING	SPI 中继转发进行中
OTA_SYS_GD32_COMPLETE	GD32 OTA 完成
OTA_SYS_ESP32_RECEIVING	接收 ESP32 自身固件
OTA_SYS_ESP32_FINALIZING	SHA 校验 + end + set_boot
OTA_SYS_ESP32_REBOOTING	即将重启
OTA_SYS_ERROR	错误状态

安全握手协议

1. 握手请求: ESP32 发送 0x00 0xAC（最多重试 10 次，200ms 超时）
2. Challenge: GD32 回复 36B 数据包（12B UID + 8B nonce 片段 + 16B 加密会话密钥）
3. 验证: ESP32 验证 nonce 匹配，用 MasterKey 派生 K_session = AES(MasterKey, nonce_server) 并比对
4. 确认: ESP32 发送 nonce_server ^ 0x55 经 K_session AES-ECB 加密
5. 完成: GD32 回复 0xBA 0xC0，建立 AES 加密通道

**GD32 UID **: 运行时从握手 Challenge 包解包获得，不再使用编译期常量 GD32_CHIP_UID。

数据包转发

• 每包 48 字节固件载荷，使用 K_session AES-ECB 加密
• 包结构: session(4B) + seq(4B) + encrypted48(48B) + if_end(4B) + crc32(4B) = 64B
• 每 32 包执行一次 OTA 健康检查（温度/堆）
• 支持结构化 ACK 含 seq 校验 + 错误码（0x04=CRC 错误），残留 ACK 自动过滤
• 单包最多 10 次重试，全局超时动态计算 5~10 分钟
• Flash 元数据: 通过 NVS 记录固件 total_size/stored_size/last_seq/checksum，用于完整性校验和中继恢复判断

二、ESP32 本机 OTA（WiFi + BLE 共用）

核心逻辑封装在 Esp32OtaCore 单例中，WiFi 和 BLE 通道共用。
传输层通过 OtaCoordinator 统一入口（beginEsp32Ota()）发起操作，由协调器管理系统状态并委托 Esp32OtaCore 执行底层写入：

步骤	方法	说明
1	begin(total_size)	选择非当前 OTA 分区，获取全局互斥，esp_ota_begin
2	write(data, len)	循环调用 esp_ota_write（WiFi 通过 HTTP 流，BLE 通过 GATT 块）
3	finalize(sha_hex, reboot)	从分区读回计算 SHA-256 → 比对前端 SHA → esp_ota_end → esp_ota_set_boot_partition → 可选重启
-	abort()	中止并清理（释放 mutex + 复位状态）

SHA-256 校验: 固件写入完成后从 OTA 分区读回计算，不做增量 SHA。前端与设备端 SHA 比对一致才执行 finalize（Esp32OtaCore::finalize() → esp_ota_end → esp_ota_set_boot_partition），否则返回 ESP_ERR_INVALID_VERSION。过程中系统状态由 OtaCoordinator 跟踪（ESP32_RECEIVING → ESP32_FINALIZING → ESP32_REBOOTING）。

回滚保护: esp_ota_mark_app_valid_cancel_rollback() 在启动时标记当前固件有效。启用 CONFIG_APP_ROLLBACK_ENABLE 后，新固件崩溃自动回退。

通信协议

SPI OTA 帧格式（底层传输）

esp32_ota_core.cpp 中的 otaBuildFrame / otaParseFrame：

| SOF(0xA5, 1B) | TYPE(1B) | LEN(2B LE) | PAYLOAD(LEN) | CRC8(1B) |

TYPE	名称	用途
0x01	OTA_CMD_REQ	OTA 请求帧
0x02	OTA_CMD_DATA	OTA 数据帧
0x03	OTA_CMD_CANCEL	取消 OTA
0xB0	APP_ENTER_BOOT_CMD	通知 GD32 APP 进入 Bootloader
0xB5	APP_ENTER_BOOT_ACK_OK	GD32 APP 确认进入 Bootloader
0x80	RSP_ACK	响应：数据就绪
0x81	RSP_WAIT	响应：GD32 忙，请等待
0x82	RSP_ERROR	响应：错误

CANFD 3 通道 SPI 协议

ESP32 通过 SPI 转发 CAN 帧到 GD32（GD32 端驱动外部 CAN 收发器）：

| 通道编号(1B) | 扩展帧ID(4B BE) | 数据(1~64B) |

通道	用途
CH0	主通信通道
CH1	备用通道
CH2	备用通道

GD32 命令 ID 定义

域	命令	ID
系统	PING / RESET / GET_VERSION / GET_STATUS / SET_STATUS	0x0001~0x0005
Flash	ERASE / WRITE / READ / VERIFY	0x1001~0x1004
OTA	START / DATA / END / ABORT	0x2001~0x2004
传感器	READ / CONFIG	0x3001~0x3002
Bootloader	ENTER / JUMP_APP	0xF001~0xF002

WiFi 工作模式

支持 AP/STA 双模式，启动时优先 STA，超时自动回退 AP。

AP 模式（设备当热点）

参数	值
SSID	ESP32_OTA_RELAY
密码	12345678
IP	192.168.31.1
信道	6
最大客户端	4

STA 模式（连接路由器）

参数	值
SSID	004舰桥
连接超时	30 秒
最大重试	5 次（超限后自动切换 AP 模式）
IP 分配	DHCP（可切换静态 IP 192.168.31.32）
国家码	CN（允许信道 1-13）

冷启动优化: 复位原因为 POWERON/BROWNOUT 时，清除 WiFi NVS 缓存 + PHY 校准数据，增加 500ms 启动延迟，防止长时间断电后校准残留导致连接失败。

mDNS 发现

设备在局域网内通过 esp32-ota-relay.local 可发现（需 managed_components/espressif__mdns 组件）。

BLE GATT 服务

基于 NimBLE 协议栈，设备名 ESP32-OTA-RELAY，ATT MTU 512 字节，支持 GD32 和 ESP32 两种 OTA 目标。

UUID	特征	属性	用途
0xFFFF	Service	-	OTA GATT 服务
0x0001	CTRL	Write	控制命令：0xF7=触发GD32中继, 0xF8+32B SHA=ESP32 OTA, 0xF9+32B SHA=仅SHA校验（不入库/不重启）, 0xFA=重启ESP32
0x0002	DATA_IN	Write	固件数据块：cmd(1)+seq(2)+total_size(4)+payload
0x0003	DATA_OUT	Notify	推送：ACK(窗口确认, 0xA1+8B) / FINISH(阶段事件, 0xB1+6B) / SHA256(0xC1+33B)
0x0004	VERSION	Read	固件版本字符串

BLE 数据传输

• ACK 窗口: 每 32 包等待一次 DATA_OUT ACK（带累计字节数验证）
• 窗口重传: ACK 超时或字节数不足时重发整个窗口（最多 3 次）
• 乱序重排: Reorder buffer（32 槽）吸收 BLE 窗口内乱序到达的包，按 seq 排序后顺序写入 Esp32OtaCore
• ESP32 收尾: BLE 传输完成后由前端发 0xF8 + 32B 文件 SHA-256，设备端读回 OTA 分区做 SHA 比对，通过后完成 esp_ota_end、设置启动分区并重启；0xF9 命令仅做 SHA 比对不入库（预检），FINISH 仅上报完成/重启/错误
• GD32 触发: 传输完成后自动发 0xF7 触发 SPI 中继
• 合并包: NimBLE 可能将多个 writeWithoutResponse 合并到同一 mbuf，接收端支持一次解析多个数据包

HTTP API (WiFi WebUI)

方法	端点	功能	请求体	响应
POST	/ota/upload	上传固件	JSON 头 + binary 数据	{"status":"ok", "target":"esp32"}
POST	/ota/update	完成 ESP32 OTA	{"sha256":"...","verify_only":true/false}	{"status":"ok","sha256":"..."}
POST	/ota/relay	触发 GD32 中继	-	{"status":"ok"}
GET	/system/status	系统状态 JSON	-	含版本/WiFi/OTA/温度/堆/GD32 版本及OtaCoordinator 系统级状态等
GET	/logs	拉取调试日志	-	JSON 数组字符串
POST	/can/send	发送 CAN 帧	{"ch":0,"id":123,"dlc":8,"data":"0102..."}	{"status":"ok","recv":"..."}
POST	/spi/send	SPI 直接发送	{"type":"01","data":"00AC","timeout_ms":1000}	{"status":"ok","resp_type":".."}
POST	/restart	重启 ESP32	-	500ms 后 esp_restart()

POST /ota/upload 协议

通过 JSON 头中的 type 字段自动区分目标，传输层通过 OtaCoordinator 统一管理系统状态：

// ESP32 OTA
{"type": "esp32", "total_size": 524288}
<binary firmware data...>

// GD32 OTA
{"type": "gd32", "total_size": 131072}
<binary firmware data...>

• ESP32 模式: OtaCoordinator::beginEsp32Ota() → Esp32OtaCore::write() 流式写入 OTA 分区 → 前端调 /ota/update 收尾
• GD32 模式: OtaCoordinator::beginGd32Storage() → 写入 gd32_ota 分区 → OtaCoordinator::completeGd32Storage() → 计算 SHA-256 → 自动触发 SPI 中继

curl 示例

# 查询系统状态
curl http://192.168.31.1/system/status | jq

# 发送 CAN 帧
curl -X POST http://192.168.31.1/can/send \
  -H "Content-Type: application/json" \
  -d '{"ch":0,"id":0x18DA00F1,"dlc":8,"data":"0102030405060708"}'

# SPI 直接发送
curl -X POST http://192.168.31.1/spi/send \
  -H "Content-Type: application/json" \
  -d '{"type":"01","data":"00AC","timeout_ms":1000}'

# 获取日志
curl http://192.168.31.1/logs

WebUI 工具

WiFi OTA 控制台 (tools/index.html)

• ESP32 固件上传与 OTA 升级（含 SHA-256 前端校验）
• GD32 固件上传（支持 .bin/.hex）与 SPI 中继触发
• 实时 OTA 流程阶段显示（6 阶段进度追踪，含 OtaCoordinator 系统级状态）
• CAN 帧手动发送面板
• SPI 直接发送面板
• 系统状态监控（温度、RSSI、空闲堆、最小堆、GD32 APP/BOOT 版本、OTA 缓存、协调器系统状态）
• 调试日志面板（HTTP /logs 轮询，按级别过滤）
• 一键重启 ESP32

BLE OTA 控制台 (tools/ble_ota.html)

• Web Bluetooth API 连接（需 Chrome/Edge/Android Chromium）
• GD32 与 ESP32 双目标切换
• 一键刷写（自动重连）
• 窗口 ACK 重传机制（最多 3 次重试）
• SHA-256 前端+设备端比对校验（校验面板显示）
• FINISH 阶段事件通知
• 设备重启 + 自动重连（退避 1.6x 指数，最多 12 次）

健康监控

健康状态等级

等级	名称	触发条件	OTA 影响
0	SYS_NORMAL	正常	允许
1	SYS_WARNING	温度 ≥ 80°C 或 RSSI < -80 dBm	允许（带警告）
2	SYS_CRITICAL	RSSI < -85 dBm	ESP32 OTA 禁止，SPI 中继允许
3	SYS_SAFE_SHUTDOWN	温度 ≥ 100°C	所有 OTA 禁止

监控指标

• 温度: 1 秒定时器读取内部温度传感器（20°C~80°C 量程）
• WiFi RSSI: WiFi 任务每 10 秒检查一次
• 空闲堆: 每 5 秒巡检，低于 10KB 触发警告

OTA 前健康检查

• checkBeforeOta(): 完整检查（温度 + RSSI + WiFi 连接状态）
• checkBeforeOtaRelay(): 仅检查温度（中继阶段不依赖 WiFi）

诊断日志

三条并行输出路径：

1. UART0: GPIO21(TX), GPIO20(RX), 115200 baud — 本地串口调试
2. UDP 单播: 192.168.31.3:6666 — 独立调试接收端
3. 环形缓冲区: 64 槽 × 256 字节，互斥保护 — 供 HTTP GET /logs 轮询拉取

日志级别: E(错误) / W(警告) / I(信息) / D(调试)，运行时可调。

UDP socket 延迟创建（首次 send() 时才分配），WiFi 未连接时 sendto() 静默跳过。

当前 WebUI 日志面板通过 HTTP /logs 轮询获取日志，不直接监听 UDP 6666。

配置参数 (main/include/app_config.h)

分类	参数	默认值	说明
WiFi	CONFIG_WIFI_MODE	1 (STA)	0=AP, 1=STA
WiFi	WIFI_STA_SSID	"004舰桥"	路由器名称
WiFi	WIFI_AP_SSID	"ESP32_OTA_RELAY"	热点名称
WiFi	WIFI_RSSI_WARNING	-80 dBm	RSSI 警告阈值
WiFi	WIFI_RSSI_CRITICAL	-85 dBm	RSSI 危险阈值
OTA	OTA_BLOCK_SIZE	8192	读写块大小
OTA	OTA_MAX_FIRMWARE_SIZE	216KB	GD32 固件上限
OTA	GD32_OTA_PACKET_SIZE	48	每包载荷字节
OTA	OTA_RESEND_RETRIES	10	单包最大重发次数
OTA	OTA_PACKET_HEALTH_CHECK_INTERVAL	32	每 N 包健康检查
OTA	OTA_PACKET_DELAY_MS	5	每包发送后延时(ms)
OTA	OTA_WIFI_RSSI_CRITICAL	-88 dBm	OTA 期间 RSSI 危险阈值
OTA	OTA_WIFI_RSSI_SAMPLE_MAX_AGE_MS	15000	OTA 前 RSSI 采样最大时效
阈值	TEMP_WARNING	80°C	温度警告阈值
阈值	TEMP_CRITICAL	100°C	温度危险阈值
阈值	HEAP_WARNING_MIN	10240 B	堆最小值警告
调试	DEBUG_LOG_IP	"192.168.31.3"	UDP 日志目标 IP
调试	DEBUG_LOG_PORT	6666	UDP 日志端口
BLE	BLE_DEVICE_NAME	"ESP32-OTA-RELAY"	BLE 广播名称
BLE	BLE_MTU_SIZE	512	ATT MTU
BLE	BLE_OTA_ACK_WINDOW	32	ACK 窗口大小
BLE	BLE_OTA_CHUNK_PAYLOAD	480	BLE 单包载荷
BLE	BLE_OTA_REORDER_WINDOW	32	乱序重排缓冲区大小
BLE	BLE_OTA_CTRL_VERIFY_SHA256	0xF9	SHA-256 预检命令字

安全配置

参数	位置	说明	状态
MASTER_KEY[16]	app_config.h	AES-128 主密钥	⚠️ 占位值，生产环境需更换
SCRAMBLE_CONST[16]	Protocol 类运行时生成	Nonce 搅伴常量	每次启动由硬件 RNG 随机生成
GD32_CHIP_UID[12]	运行时从握手 Challenge 包解包	GD32 芯片 UID	不再使用编译期常量
K_session	运行时派生	AES(MasterKey, nonce_server)	每次 OTA 重新生成
SHA-256	最终校验	从分区读回计算，前端比对	WiFi/BLE/GD32 均已实现

构建与部署

一、本地编译（Windows PowerShell + ESP-IDF v6.0）

首次编译前需设置工具链环境变量（PowerShell）：

# ── 设置 ESP-IDF v6.0 工具链环境 ──
$env:IDF_VERSION = "6.0"
$env:IDF_PYTHON_ENV_PATH = "C:\Espressif\tools\python\v6.0\venv"
$env:IDF_TOOLS_PATH = "C:\Espressif\tools"
$env:IDF_PATH = "F:\.espressif\v6.0\esp-idf"
$env:ESP_ROM_ELF_DIR = "C:\Espressif\tools\esp-rom-elfs\20241011"

# ── 添加工具链到 PATH ──
$env:PATH = "C:\Espressif\tools\ccache\4.12.1\ccache-4.12.1-windows-x86_64;" +
            "C:\Espressif\tools\cmake\4.0.3\bin;" +
            "C:\Espressif\tools\esp-clang\esp-20.1.1_20250829\esp-clang\bin;" +
            "C:\Espressif\tools\idf-exe\1.0.3\;" +
            "C:\Espressif\tools\ninja\1.12.1\;" +
            "C:\Espressif\tools\riscv32-esp-elf\esp-15.2.0_20251204\riscv32-esp-elf\bin;" +
            "C:\Espressif\tools\riscv32-esp-elf\esp-15.2.0_20251204\riscv32-esp-elf\riscv32-esp-elf\bin;" +
            "C:\Espressif\tools\python\v6.0\venv\Scripts;" + $env:PATH

编译命令：

# ── 进入项目目录 ──
Set-Location "G:\Robot_v2\DCU\ESP32_COMM"

# ── 全量编译（自动生成 version.h，确认零 error/warning）──
& "C:\Espressif\tools\python\v6.0\venv\Scripts\python.exe" `
  "F:\.espressif\v6.0\esp-idf\tools\idf.py" build

# ── 目标文件 ──
# build/ESP32_COMM.bin       ← OTA 烧录用
# build/bootloader/bootloader.bin
# build/partition_table/partition-table.bin

二、烧录方式

方式 A：串口烧录（首次 / 恢复）

连接 ESP32-C3 到串口（默认 COM15），直接在 PowerShell 中烧录：

# 全量烧录（固件 + bootloader + 分区表）
& "F:\.espressif\v6.0\esp-idf\tools\idf.py" -p COM15 flash

# 仅烧录应用程序（分区不变时快速更新）
& "F:\.espressif\v6.0\esp-idf\tools\idf.py" -p COM15 app-flash

# 烧录 + 监控
& "F:\.espressif\v6.0\esp-idf\tools\idf.py" -p COM15 flash monitor

方式 B：WiFi OTA 烧录（ESP32 自升级，无需串口线）

前提：ESP32 已通过 WiFi 联网（或 AP 模式），上位机与 ESP32 在同一网络。

步骤 1 — 启动 WebUI 服务：

# 在项目目录下运行
tools\serve.bat
# 浏览器打开 http://localhost:8080/tools/index.html

步骤 2 — 连接设备：

• 在页面顶部输入 ESP32 IP 地址（AP 模式为 192.168.31.1，STA 模式查路由器分配 IP）
• 点击 "测试" 确认连通，状态指示应变为绿色

步骤 3 — 上传固件：

• 在 "ESP32 自身升级" 卡片中，拖拽或点击选择 build/ESP32_COMM.bin
• 页面自动读取文件大小并计算 SHA-256
• 点击 "上传并升级 ESP32"
• WebUI 自动执行：上传 → OTA 写入 → SHA-256 校验 → 设置启动分区 → 重启
• 重启后页面连接断开，ESP32 以新固件启动（约 10~15 秒）

⚠️ 如果上传后 ESP32 无法正常启动（反复重启），说明固件有严重 bug，此时需用 串口烧录 恢复。

方式 C：BLE OTA 烧录（无需 WiFi）

前提：上位机（手机/PC）支持 Web Bluetooth（Chrome / Edge / Android Chromium）。

• 浏览器打开 tools/ble_ota.html
• 点击 "连接设备"，在设备选择器中选择 ESP32-OTA-RELAY
• 选择固件文件，点击 "一键刷写"
• 通过 GATT Notify 实时查看进度和 SHA-256 校验结果

三、GD32 SPI OTA 中继烧录

GD32 固件通过 ESP32 中转烧录，不需要串口连接 GD32：

步骤 1 — 在 ESP32 WebUI 的 "GD32 SPI 中继" 卡片中上传 GD32 固件（.bin 或 .hex），上传过程由 OtaCoordinator 管理系统状态（GD32_STORING → GD32_STORED）

步骤 2 — 上传完成后系统自动计算 SHA-256 并校验完整性，通过后由 OtaRelay 事件驱动状态机 执行转发

步骤 3 — ESP32 通过六阶段安全握手协议（HANDSHAKING → SIZE_NEG → TRANSFERRING → FINISHING → DONE）将固件逐包转发给 GD32 Bootloader

步骤 4 — 转发完成后 GD32 APP 启动，ESP32 轮询 PING 确认 APP 存活（最多 15 秒）

也可手动点击 "触发 GD32 OTA 中继" 按钮重新触发转发（通过 OtaCoordinator::triggerGd32Relay() 投递）。

四、Python 辅助工具

# 串口日志采集（COM15, 5 分钟）
python serial_monitor.py

# OTA 上传测试（HTTP）
python ota_upload_test.py <esp32_ip> <firmware.bin>

五、开发容器

.devcontainer/ 提供 Docker 容器，含 ESP-IDF v6.0 工具链和 riscv32-esp-elf 编译器，支持 VS Code Remote-Containers 开箱即用。

SDK 配置 (sdkconfig.defaults)

CONFIG_ESP_WIFI_RX_BA_WIN=6
CONFIG_ESP_WIFI_TX_BA_WIN=6
CONFIG_LWIP_MAX_SOCKETS=10
CONFIG_LWIP_TCP_WND_DEFAULT=11480
CONFIG_LWIP_TCP_SND_BUF_DEFAULT=11520

OTA 回滚保护

启用 CONFIG_APP_ROLLBACK_ENABLE 后：

1. 新固件首次启动必须在主循环前调用 esp_ota_mark_app_valid_cancel_rollback()
2. 若新固件在标记前崩溃/重启，bootloader 自动回退到上一个有效分区
3. main.cpp:145 在任务创建完成后执行此标记

固件版本管理

位于 cmake/gen_version_script.cmake，在每次 idf.py build 时自动执行：

• 版本号: 0.3.12（手动修改 CMake 文件中的 MAJOR/MINOR/PATCH）
• 构建时间: 自动写入 %Y-%m-%d %H:%M:%S
• Git Hash: 自动从 git rev-parse --short HEAD 获取 (当前 5b2c5f8)
• 输出到 main/include/version.h，仅在内容变化时写入以避免不必要的重编译