ZMODEM 接收端实现源码解析：以 rz 示例为例

ZMODEM 接收端实现源码解析：以 rz 示例为例

在嵌入式和串口通信领域，ZMODEM 协议被广泛用于串口文件传输，尤其适用于固件升级、配置传输等场景。相比 XMODEM 和 YMODEM，ZMODEM 拥有流式传输、自动开始、断点续传等优势，是工业环境中较为成熟的一种协议。

本文将通过一份 C 语言编写的 ZMODEM 接收端示例源码，解析其实现逻辑和核心机制，为开发者提供移植和应用该协议的参考。

一、项目概述

该程序是一个模拟 rz 命令功能的示例，运行在类 UNIX 系统中，通过文件接口访问串口设备，实现了较完整的 ZMODEM 协议接收流程。它主要包括以下功能：

• 等待远程 ZMODEM 发送方启动传输；
• 解析协议帧（ZRQINIT、ZFILE、ZDATA、ZEOF、ZFIN 等）；
• 支持文件头识别和数据写入；
• 实现错误检测与自动重传（通过 ZRPOS）；
• 支持传输取消与中断处理。

二、结构设计与模块划分

1. 串口收发接口

程序将串口抽象为标准文件流 FILE *com，并实现了 zm_recv() 和 zm_send()，用于 ZMODEM 协议栈内部调用：

ZRESULT zm_recv() {
  uint8_t result;
  if (fread(&result, 1, 1, com) == 1)
    return result;
  else
    return CLOSED;
}

ZRESULT zm_send(uint8_t chr) {
  int result = fputc((char)chr, com);
  return (result == EOF) ? CLOSED : OK;
}

2. 串口初始化

串口设备通过命令行传入（如 /dev/ttyUSB0），程序通过 fopen() 打开并取消缓冲：

static FILE* init_com(int argc, char **argv) {
    FILE *com = fopen(argv[1], "wb+");
    setvbuf(com, NULL, _IONBF, 0); // 禁用缓冲
    return com;
}

三、ZMODEM 协议核心流程解析

主流程位于 main() 函数中，包含等待初始化、接收头帧、数据帧、终止确认等。

1. 等待传输初始化

程序首先调用 zm_await("rz\r", ...) 等待对端开始 rz 传输过程：

if (zm_await("rz\r", (char*)rzr_buf, 4) == OK) {
    // 进入主接收循环
}

2. 接收 ZMODEM 帧头

主循环中调用 zm_await_header() 获取协议帧头并解析：

ZRESULT result = zm_await_header(&hdr);
switch (hdr.type) {
    case ZRQINIT:
    case ZEOF:
        zm_send_flags_hdr(ZRINIT, CANOVIO | CANFC32, 0, 0, 0);
        break;

3. 文件头（ZFILE）处理

当接收到 ZFILE 时，调用 zm_read_data_block() 获取文件名，并打开写入文件：

result = zm_read_data_block(data_buf, &count);
out = fopen((char*)data_buf, "wb");
zm_send_pos_hdr(ZRPOS, received_data_size);

4. 数据帧（ZDATA）接收

进入 ZDATA 状态后，程序进入子循环读取数据块，识别结束符号（如 CRCE、CRCG、CRCQ、CRCW）：

while (true) {
    result = zm_read_data_block(data_buf, &count);
    fwrite(data_buf, count - 1, 1, out);
    received_data_size += (count - 1);

    if (result == GOT_CRCW || result == GOT_CRCQ) {
        zm_send_pos_hdr(ZACK, received_data_size);
    }
}

5. 异常与错误处理

如果 CRC 校验失败或其他错误，通过 ZRPOS 回应远程重发：

result = zm_send_pos_hdr(ZRPOS, received_data_size);
goto startframe;

四、协议帧类型说明

五、功能总结

本示例实现了以下 ZMODEM 协议关键流程：

• 接收文件名并创建本地文件；
• 解析并写入文件数据；
• 错误检测和自动请求重传；
• 传输终止与确认；
• 支持 ASCII、二进制等多种传输模式（默认使用 ZCBIN）；

六、适用与移植建议

该程序适合作为以下用途：

• 在 PC 上调试串口文件传输功能；
• 嵌入式 Bootloader 文件接收功能的参考实现；
• 移植到 STM32、RT-Thread 等裸机/RTOS 系统中（需替换 FILE 接口为串口驱动）；
• 与上位机串口工具（如 XShell、SecureCRT）搭配使用，快速测试串口传输稳定性。

移植建议：

• 用平台串口驱动替代 fread/fputc；
• 用 Flash 或 FatFs 替代 fopen/fwrite；
• 精简数据缓存，控制内存占用；
• 加入超时处理和断电保护机制；
• 可选支持 YMODEM 做替代方案，结构更简单。

七、结语

本文通过对一份基于标准 C 的 ZMODEM 接收程序进行解析，展示了其实现机制与协议流程。作为串口文件传输的重要协议，ZMODEM 在嵌入式系统中具有重要价值，理解其底层工作原理有助于开发更加可靠和通用的通信方案。

如需实现嵌入式串口升级或远程配置功能，ZMODEM 是一个值得参考与实现的通信协议。