一、嵌入式文件传输的挑战与需求

嵌入式系统通常具备硬件资源有限、网络环境复杂、开发周期短等特点，这对文件传输工具提出以下要求：

1. 低资源占用：目标设备可能仅有数十KB内存，传输工具需避免依赖外部库或复杂协议栈。
2. 协议独立性：避免依赖宿主机与目标设备间的额外服务（如HTTP服务器、NFS共享），减少配置成本。
3. 交互友好性：支持进度显示、错误重试等机制，提升调试效率。
4. 跨平台兼容：兼容不同操作系统（如Linux、Windows）及终端工具（如串口终端、SSH会话）。

传统方案中，TFTP需配置服务器且缺乏认证机制；SCP依赖SSH协议栈，对低端设备不友好；而基于串口的XMODEM/YMODEM协议虽轻量，但传输效率低且无断点续传能力。在此背景下，ZMODEM协议及其工具链rz/sz成为平衡功能与复杂度的优选方案。

二、ZMODEM协议：rz/sz的核心支撑

2.1 协议设计原理

ZMODEM是1986年推出的改进型文件传输协议，继承了XMODEM的块校验机制，同时引入以下关键特性：

• 滑动窗口协议：通过发送方与接收方维护的窗口缓冲区，实现多块数据并行传输，提升带宽利用率。
• 32位CRC校验：相比XMODEM的16位校验，大幅降低误码漏检率，适应噪声较大的串口环境。
• 二进制安全传输：支持任意字节流传输，无需对文件内容进行转义处理。
• 动态流控：根据接收方缓冲区状态动态调整发送速率，避免数据溢出。

2.2 rz/sz的工具链角色

• sz（Send ZMODEM）：在目标设备上执行，将本地文件通过ZMODEM协议发送至宿主机。
• rz（Receive ZMODEM）：在目标设备上执行，接收宿主机发送的文件并保存至本地。

二者通过终端模拟器（如串口终端、SSH客户端）与宿主机交互，无需在目标设备上运行额外服务。其工作流程如下：

1. 宿主机终端触发rz/sz命令（如通过快捷键或菜单）。
2. 目标设备上的rz/sz进程监听终端输入，解析ZMODEM控制帧。
3. 双方协商传输参数（如块大小、窗口值），建立连接。
4. 数据分块传输，每块附带CRC校验，接收方确认后发送下一块。
5. 传输完成后，双方交换结束帧并释放资源。

三、rz/sz在嵌入式开发中的典型场景

3.1 固件升级与日志回传

在无网络接口或存储空间受限的设备中，串口是唯一的通信渠道。rz/sz可通过串口线直接传输固件二进制文件，其优势在于：

• 无需中间存储：避免将固件暂存至外部存储器，降低硬件复杂度。
• 进度可视化：终端显示传输百分比，便于开发者监控状态。
• 错误恢复：若传输中断，可重新执行sz命令并从中断点续传。

日志回传场景中，设备可将调试日志压缩后通过sz发送至宿主机，开发者无需登录设备文件系统即可获取关键信息。

3.2 交叉编译环境的快速迭代

在嵌入式Linux开发中，开发者常需将宿主机编译的可执行文件或库文件传输至目标设备测试。rz/sz的轻量化特性使其成为首选：

• 无依赖部署：目标设备仅需静态链接的rz/sz二进制文件（通常小于50KB），无需安装额外软件包。
• 多平台支持：同一工具链可兼容x86、ARM等不同架构的目标设备。
• 快速验证：修改代码后重新编译并传输，整个流程可在数秒内完成。

3.3 远程设备维护

对于通过蜂窝网络或低带宽链路连接的远程设备，rz/sz的流量效率优势显著：

• 压缩传输：结合gzip等工具预处理文件，减少实际传输数据量。
• 低开销协议：ZMODEM的控制帧开销仅占数据块的约1%，远低于HTTP等应用层协议。
• 离线操作：设备可在断网前通过sz发送关键数据，网络恢复后继续传输剩余内容。

四、性能优化与安全实践

4.1 传输效率提升策略

• 调整块大小：默认块大小（如1024字节）可能非最优，可通过编译时参数调整。例如，在高速串口（如115200bps）环境下，增大块至4096字节可提升吞吐量。
• 窗口值优化：窗口值决定发送方未确认时可缓存的数据块数量。对于低延迟网络，增大窗口值（如16）可减少等待时间。
• 流控配置：在串口传输中，启用硬件流控（RTS/CTS）可避免缓冲区溢出导致的重传。

4.2 安全风险与防护

rz/sz的协议设计未内置加密或认证机制，在公网或共享环境中使用可能面临以下威胁：

• 路径遍历攻击：恶意用户可能通过构造特殊文件名覆盖系统关键文件。防护措施包括：
  • 限制rz接收目录为只读权限外的特定路径。
  • 在接收前校验文件名合法性（如禁止包含../字符）。
• 未授权访问：若终端会话未加密，传输数据可能被窃听。建议：
  • 在SSH等加密通道中使用rz/sz。
  • 对敏感文件传输前进行加密（如AES对称加密）。
• 拒绝服务攻击：频繁发送错误帧可占用目标设备CPU资源。可通过限制重试次数或增加帧间隔缓解。

4.3 跨平台兼容性处理

• 终端模拟器差异：不同终端对ZMODEM控制帧的转义处理可能不一致。建议使用广泛支持的终端（如基于libvte或xterm的终端）。
• 换行符转换：Windows与Linux系统换行符差异可能导致文件内容损坏。可在传输后通过dos2unix等工具转换，或配置终端模拟器统一使用LF换行。
• 字符编码处理：传输包含非ASCII字符的文件时，需确保宿主机与目标设备使用相同编码（如UTF-8），避免乱码。

五、未来演进与替代方案

尽管rz/sz在嵌入式领域广泛应用，但其协议设计已逾三十年，面临以下局限性：

• 传输速度瓶颈：在百兆级网络环境下，ZMODEM的吞吐量远低于UDP-based协议（如QUIC）。
• 功能扩展困难：新增加密或压缩功能需修改协议规范，兼容性风险高。

针对此，开发者可评估以下替代方案：

1. 基于MQTT的轻量级传输：利用MQTT的发布/订阅模型实现异步文件传输，适合低带宽、高延迟场景。
2. WebRTC数据通道：在具备浏览器访问能力的设备中，利用WebRTC的P2P数据通道实现加密传输。
3. 自定义二进制协议：针对特定硬件平台设计极简协议，仅保留必要功能以减少资源占用。

结论

rz/sz凭借其轻量化、协议自包含及易用性，在嵌入式开发中占据不可替代的地位。从固件升级到远程调试，其高效的文件交互能力显著缩短了开发周期。然而，随着设备性能提升与网络环境变化，开发者需在传统工具与新兴方案间权衡选择。未来，结合场景需求对rz/sz进行定制化改进（如添加轻量级加密），或探索协议替代方案，将是嵌入式文件传输领域的重要方向。