[開源&分享]一個用於微控制器IAP自動傳送的串列埠助手，上位機，使用Python+tkinter製作

quanshimutou發表於2024-08-19

串列埠Python

使用Python + tkinter製作。

功能：

這是個給微控制器透過串列埠進行IAP的上位機，與微控制器中的BOOT程式配合使用，完成對微控制器APP程式的升級。可以完成bin檔案的切片，CRC校驗（使用Crc32Mpeg2），打包自動傳送。

介面如下圖所示：

接收區是顯示資訊的區域，接收和傳送的資訊都在這顯示
串列埠配置區域用來配置和開啟串列埠
命令設定區域，設定上位機傳送到微控制器開始升級的命令，可以手動點選按鈕傳送（點一次發1次），可以勾選自動傳送（約60ms發一次直到接收到begin），設定CRC一致，設定每次傳送bin檔案的位元組數。
bin檔案路徑區域，就是選擇你要傳送到微控制器的bin檔案

工作流程

上位機傳送（手動或自動）開始命令（圖中1.命令）
微控制器接收到開始命令，準備好升級，回覆上位機開始（圖中2.命令）
選擇bin檔案，開始傳送
程式自動對bin檔案分成使用者設定的大小，然後CRC校驗（使用Crc32Mpeg2），並把結果加到傳送資料的最後四位
微控制器接收資料取出前邊的資料進行CRC校驗，並於接收資料的後四位比較，如果一致，返回CRC一致命令（圖中3.命令）
上位機接收到CRC一致命令（圖中3.命令），開始下一輪傳送，直到傳送完畢

注意事項

成功開始升級命令（圖中2.命令），是字串格式
CRC一致命令（圖中3.命令）是16進位制格式，兩個數表示8位，程式只判斷第一個8位，比如在輸入框中填303132，但只判斷接收到的第一個8位在不在裡面
傳送位元組數單位是KB
CRC校驗使用的是Crc32Mpeg2，如下圖所示，這個和STM32H7系列的CRC預設設定一樣的，其他系列不知道

原始碼，兩個檔案

點選檢視程式碼，GUI.py

from tkinter import *
import tkinter.filedialog
import tkinter.messagebox
import tkinter.ttk as ttk
import serial
import serial.tools.list_ports
import time
import IAP_Send
import threading


global ser
lock = threading.Lock()
rx_data = ""

#建立視窗
root = Tk()
root.title("IAP傳送助手")
root.geometry("750x430")

#建立窗格管理
pw = PanedWindow(root, orient="horizontal",showhandle=True)
pw.pack(fill="both", expand=True)

#建立框架
fr_receive = LabelFrame(master=root,text="接收區",width=450,height=390)
fr_receive.pack(side="left",anchor="nw",fill="both",padx=5,pady=5)

fr_right = Frame(master=root,width=230,height=390)
fr_right.pack(side="right",anchor="ne",fill="both",padx=5,pady=5)

fr_port_set = LabelFrame(master=fr_right,text="串列埠配置",width=250, height=230)
fr_port_set.pack(side="top",anchor="nw",padx=5,pady=5,fill="x")

fr_cmd_set = LabelFrame(master=fr_right,text="命令設定",width=220, height=50)
fr_cmd_set.pack(side="top",anchor="se",padx=5,pady=5,fill="x")

fr_send = LabelFrame(master=fr_right,text="bin檔案路徑",width=220, height=100)
fr_send.pack(side="top",anchor="se",padx=5,pady=5,fill="both")

#拖動柄
sg = ttk.Sizegrip(master=fr_right)
sg.pack(side="bottom", anchor="se", padx=2, pady=2)

#新增框架到窗格管理
pw.add(fr_receive)
pw.add(fr_right)

#建立文字區和捲軸
text1 = Text(master=fr_receive,width=45,height=30,font=("宋體",10))
sb = Scrollbar(master=fr_receive,width=20,command=text1.yview)
# 注意順序，先放scroll，再放text
sb.pack(side="right",fill="y")
text1.pack(side="top",padx=5,pady=5)
text1.config(yscrollcommand=sb.set)

#-----------------------------------------右側 上邊 串列埠配置
lb1=Label(master=fr_port_set,text="串列埠號")
lb2=Label(master=fr_port_set,text="波特率")
lb3=Label(master=fr_port_set,text="資料位：")
lb4=Label(master=fr_port_set,text="停止位：")
lb5=Label(master=fr_port_set,text="校驗位：")
lb1.grid(row=0,column=0,padx=5,pady=5,sticky="w")
lb2.grid(row=1,column=0,padx=5,pady=5,sticky="w")
lb3.grid(row=2,column=0,padx=5,pady=5,sticky="w")
lb4.grid(row=3,column=0,padx=5,pady=5,sticky="w")
lb5.grid(row=4,column=0,padx=5,pady=5,sticky="w")

#全域性變數
var_btn   = StringVar(value="開啟串列埠")
data_len  = IntVar(value=8)
stop_len  = DoubleVar(value=1)

datalen = Entry(master=fr_port_set,textvariable=data_len,width=5)
datalen.grid(row=2,column=1,padx=5,pady=5,sticky="w")
stoplen = Entry(master=fr_port_set,textvariable=stop_len,width=5)
stoplen.grid(row=3,column=1,padx=5,pady=5,sticky="w")
#建立下拉選單
var_cb1 = StringVar()
cb1 = ttk.Combobox(fr_port_set,textvariable=var_cb1,state="readonly", 
                   width=35)
cb1['values'] = serial.tools.list_ports.comports() #列出可用串列埠
cb1.current(1)  # 設定預設選項
cb1.grid(row=0,column=1,padx=5,pady=5,sticky="w",columnspan=2)

var_cb2 = IntVar()
cb2 = ttk.Combobox(fr_port_set,textvariable=var_cb2,state="readonly",width=18)
cb2['values'] = [9600,115200]
cb2.current(1)  # 設定預設選項
cb2.grid(row=1,column=1,padx=5,pady=5,sticky="w")

parity_bit = StringVar()
parity_cb = ttk.Combobox(fr_port_set,textvariable=parity_bit,state="readonly",width=9)
parity_cb['values'] = ["無","奇校驗","偶校驗"]
parity_cb.current(0)  # 設定預設選項
parity_cb.grid(row=4,column=1,padx=5,pady=5,sticky="w")
#-定義函式
def open_port():
    global ser
    global rx_data
    if(var_btn.get()=="開啟串列埠"):
        try:
            ser=serial.Serial(port=str(cb1.get())[0:5],baudrate=cb2.get(),
                            bytesize=data_len.get(),
                            stopbits=stop_len.get(),timeout=0.1)
            #傳遞下拉框選擇的引數 COM號+波特率  [0:5]表示只提取COM號字元
        except:
            tkinter.messagebox.showinfo('錯誤','串列埠開啟失敗')
            return
        #ser.parity   #校驗位N－無校驗，E－偶校驗，O－奇校驗
        if(parity_cb.get()=="無"):
            ser.parity=serial.PARITY_NONE#無校驗
        elif parity_cb.get()=="奇校驗":
            ser.parity=serial.PARITY_ODD#奇校驗
        elif parity_cb.get()=="偶校驗":
            ser.parity=serial.PARITY_EVEN#偶校驗

        if(ser.is_open):
            var_btn.set('關閉串列埠')            #改變按鍵內容
            btn1.config(background='red')
            cb1.config(state="disabled")
            cb2.config(state="disabled")
            parity_cb.config(state="disabled")
            datalen.config(state="disabled")
            stoplen.config(state="disabled")
            rx_th=threading.Thread(target=usart_receive,name="serial_receive",daemon=True)
            rx_th.start()
        else:
            tkinter.messagebox.showinfo('錯誤','串列埠開啟失敗')
    elif(var_btn.get()=="關閉串列埠"):
        if(ser.is_open):
            ser.close()
            var_btn.set("開啟串列埠")
            cb1.config(state="normal")
            cb2.config(state="normal")
            parity_cb.config(state="normal")
            datalen.config(state="normal")
            stoplen.config(state="normal")
            btn1.config(background=default_color)
            text1.delete(1.0,END)
            rx_data=""

def usart_receive():
    global rx_data
    rx_data=""
    while True:
        lock.acquire()
        if(ser.is_open):
            rx_buf = ser.read()
            if len(rx_buf) >0:
                time.sleep(0.01)
                rx_buf += ser.readall()  #有延遲但不易出錯
                hex_data=rx_buf.hex().upper()
                if(len(hex_data)==8):
                    text1.insert(END, hex_data+'\n')
                    rx_data = "no CRC"
                elif(len(hex_data)>8):
                    str_data = str(rx_buf, encoding='utf-8')
                    text1.insert(END, str_data)
                    text1.insert(END,"\n")
                    if("egin" in str_data):
                        rx_data = "begin ok"
                    else:
                        rx_data = "no begin"
                elif(len(hex_data)<8):
                    if(hex_data[0:2] in entry_CRC.get().upper()):
                        text1.insert(END, hex_data+'\n')
                        rx_data = "CRC ok"
                    else:
                        rx_data = "no CRC"
                text1.yview_moveto(1)
                text1.update()
        else:
            rx_data = "no ser"
            break
        lock.release()
        time.sleep(0.01)
    lock.release()

#建立按鈕
btn1 = Button(fr_port_set, textvariable=var_btn,width=10,state="normal",command=open_port)
btn1.grid(row=4,column=2,padx=5,pady=5)
default_color = btn1.cget('background')  # 獲取預設背景顏色

#----------------------------------------右側 中間 命令設定
CRC_lb=Label(master=fr_cmd_set,text="CRC一致接收到(HEX)")
CRC_lb.grid(row=1,column=0,padx=5,pady=5,sticky="w")
lb8=Label(master=fr_cmd_set,text="傳送位元組數(KB)")
lb8.grid(row=1,column=2,padx=5,pady=5,sticky="w")

#全域性變數
begin_cmd = StringVar(value=":UD")
cmd_CRC_right = StringVar(value="30")
send_size = IntVar(value=1)
auto_send_begincmd = BooleanVar()

#建立輸入框
entry_begin = Entry(master=fr_cmd_set,textvariable=begin_cmd,width=8)
entry_begin.grid(row=0,column=1,padx=5,pady=5,sticky="w")
entry_CRC = Entry(master=fr_cmd_set,textvariable=cmd_CRC_right,width=8)
entry_CRC.grid(row=1,column=1,padx=5,pady=5,sticky="w")
entry_size = Entry(master=fr_cmd_set,textvariable=send_size,width=5)
entry_size.grid(row=1,column=3,padx=5,pady=5,sticky="w")

def send_begin_command():#傳送:UD 開始升級命令
    send_data = entry_begin.get().strip()
    try:#字元傳送
        if(ser.is_open):  #傳送前判斷串列埠狀態 避免錯誤
            ser.write(send_data.encode('utf-8'))
            text1.insert(index=END,chars=send_data+"      ")
    except:#錯誤返回
        tkinter.messagebox.showinfo('錯誤', '傳送開始失敗,串列埠沒開')

def create_auto_send_cmd():
    global rx_data
    if(auto_send_begincmd.get()):
        try:
            if(not (ser.is_open)):
                tkinter.messagebox.showinfo('錯誤', '串列埠沒開啟')
                return
            else:
                entry_begin.config(state="readonly")
                if(rx_data!="begin ok"):
                    text1.delete(1.0,END)
                th_auto_send = threading.Thread(target=auto_send_cmd,daemon=True)
                th_auto_send.start()
        except:
            tkinter.messagebox.showinfo('錯誤', '串列埠沒開啟')
            cbtn1.deselect()
    else:
        entry_begin.config(state="normal")

def auto_send_cmd():
    global rx_data
    while(rx_data!="begin ok"):
        if(auto_send_begincmd.get()==False):
            break
        else:
            lock.acquire()
            if(rx_data=="begin ok"):
                lock.release()
                break
            else:
                send_begin_command()
                rx_data=""
            lock.release()
            time.sleep(0.05)

# 建立按鈕
btn6 = Button(fr_cmd_set,text="開始命令",width=10,command=send_begin_command)
btn6.grid(row=0,column=0,padx=5,pady=5,sticky="w")

#建立選擇框
cbtn1 = Checkbutton(master=fr_cmd_set,text="自動傳送開始命令",variable=auto_send_begincmd,
                    command=create_auto_send_cmd)
cbtn1.grid(row=0,column=2,padx=5,pady=5,columnspan=2,sticky="w")
#---------------------------------------右側 下邊 bin檔案路徑
#全域性變數
path = StringVar(value="")
#建立輸入框，選擇檔案
entry_path = Entry(master=fr_send,textvariable=path,width=40)
entry_path.pack(side="top",padx=5,pady=5,fill='both')

def send_data(): #傳送資料
    global rx_data
    lock.acquire()
    if(entry_path.get()==""):
        tkinter.messagebox.showinfo('錯誤', '檔案錯誤')
        lock.release()
        return
    lock.release()

    while(rx_data==""):
        pass

    lock.acquire()
    if(rx_data == "begin ok"):#已經開始,傳送bin pack
        bin_list = IAP_Send.IAP_CRC(entry_path.get(),send_size.get()*1024)
        text1.insert(index=END,chars=f"分包、CRC校驗完成,傳送次數:{len(bin_list)}\n")
    else:
        tkinter.messagebox.showinfo('錯誤', '接收到的begin不對')
        lock.release()
        return
    
    #傳送bin pack
    bin_i = 0
    retry_num = 0
    while(True):
        if(send_bin_pack(bin_list[bin_i])):
            text1.insert(index=END, chars=f"{bin_i}   ,   ")
            rx_data=""
            lock.release()
            while(rx_data==""):
                pass
            lock.acquire()
            if(rx_data=="CRC ok"):
                bin_i+=1
                retry_num=0
            elif(rx_data=="no CRC"):
                retry_num+=1
                if(retry_num>5):
                    tkinter.messagebox.showinfo('錯誤', '傳送失敗,no CRC * 5')
                    break
            elif(rx_data=="no ser"):
                tkinter.messagebox.showinfo('錯誤', '接收失敗,串列埠沒開啟,no ser')
                break
        else:
            if(not ser.is_open):
                tkinter.messagebox.showinfo('錯誤', '傳送失敗,串列埠沒開啟,no ser')
                break
            retry_num+=1
            if(retry_num>5):
                tkinter.messagebox.showinfo('錯誤', '傳送失敗*5,重試')
                break
        if(bin_i==len(bin_list)):
            text1.insert(index=END, chars="傳送完成")
            tkinter.messagebox.showinfo('成功', '傳送完成')
            break
        time.sleep(0.01)
    lock.release()    

def create_thread():
    global rx_data
    try:
        if(not (ser.is_open)):
            tkinter.messagebox.showinfo('錯誤', '串列埠沒開啟')
            return
        else:
            if(rx_data!="begin ok"):
                text1.delete(1.0,END)
            th_send = threading.Thread(target=send_data,name="send_bin_file",daemon=True)
            th_send.start()
    except:
        tkinter.messagebox.showinfo('錯誤', '串列埠沒開啟')

def send_bin_pack(bin_pack):
    try:
        ser.write(bin_pack)
        return True
    except:#錯誤返回
        tkinter.messagebox.showinfo('錯誤', '傳送bin pack失敗')
        return False

def selectPath():
    path1 = tkinter.filedialog.askopenfilename(filetypes=[("bin檔案", "*.bin")])
    if path1:
        path1 = path1.replace("/", "\\")  # 實際在程式碼中執行的路徑為“\“ 所以替換一下
        path.set(path1)

#建立按鈕
btn2 = Button(fr_send, text="選擇檔案",width=20,command=selectPath)
btn2.pack(side='left',anchor="center",padx=5,pady=5)
btn3 = Button(fr_send, text="開始傳送",width=20,command=create_thread)
btn3.pack(side="right",anchor="center",padx=5,pady=5)

mainloop()

點選檢視程式碼，IAP_Send.py

import crccheck
import os

def IAP_CRC(filepath, send_size=1024):
    # send_size : 每次傳送的位元組數
    # filepath : bin檔案路徑 
    # 'D:\\STM32 Projects\\Power_Control\\Debug Internal\\Power_Control.bin'

    # 開啟bin檔案
    binfile = open(filepath, 'rb') #開啟二進位制檔案
    file_size = os.path.getsize(filepath) #獲得檔案大小
    file_data = binfile.read()
    binfile.close()
    
    # 傳送資料的列表，一次一個
    send_list = []
    # 傳送次數
    send_num = int(file_size/send_size)+1

    for i in range(send_num-1):
        data = file_data[i*send_size:(i+1)*send_size]
        crc_value = crccheck.crc.Crc32Mpeg2.calcbytes(data)
        send_list.append(data+crc_value)
    data = file_data[(send_num-1)*send_size:]
    crc_value = crccheck.crc.Crc32Mpeg2.calcbytes(data)
    send_list.append(data+crc_value)

    return send_list

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與多個串列埠裝置通訊的上位機程式執行一段時間後串列埠自動斷開或不響應的一些排查處理經驗
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2024-06-24
QT串列埠
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[開源&分享]一個用於微控制器IAP自動傳送的串列埠助手，上位機，使用Python+tkinter製作

功能：

介面如下圖所示：

工作流程

注意事項

原始碼，兩個檔案

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