Sub-GHz协议逆向工程：Xtreme Firmware新增协议开发案例
项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/xt/Xtreme-Firmware 你是否曾因智能家居设备使用私有Sub-GHz协议而无法集成到统一控制系统？Xtreme Firmware通过灵活的协议扩展框架，让普通用户也能实现Sub-GHz协议的逆向与开发。本文将以GT-WT-02无线温湿度传感器协议为例，详解从信号捕获到协议集成的完整流程。
协议逆向工程准备工作
在开始协议开发前，需要准备硬件工具与软件开发环境。Xtreme Firmware为Sub-GHz协议开发提供了完善的基础设施，核心代码位于lib/subghz/目录，其中lib/subghz/types.h定义了协议开发的基础数据结构，lib/subghz/environment.h提供了射频环境配置接口。
逆向工程常用工具组合：
- 硬件：Flipper Zero开发板 + CC1101射频模块
- 辅助软件：Audacity（信号录制）、Universal Radio Hacker（信号分析）
- 开发环境：SCons构建系统 + GCC交叉编译工具链
信号捕获与分析流程
1. 射频信号录制
使用Xtreme Firmware内置的Sub-GHz录制功能捕获目标设备信号：
- 进入
Sub-GHz应用 →录制模式 - 设置正确的频率（GT-WT-02使用433.92MHz）
- 触发目标设备发射信号（如按下传感器的发送按钮）
录制的原始信号将保存为二进制文件，可通过scripts/infrared.py工具导出为波形文件进行分析。
2. 信号参数提取
通过波形分析确定关键参数：
- 调制方式：ASK/OOK
- 位时长：500µs（通过lib/subghz/protocols/gt_wt_02.c定义）
- 同步前缀：18个短脉冲（约9ms）
- 数据长度：37位（含校验和）
这些参数在协议实现中通过SubGhzBlockConst结构体定义：
static const SubGhzBlockConst ws_protocol_gt_wt_02_const = {
.te_short = 500, // 短脉冲时长
.te_long = 2000, // 长脉冲时长
.te_delta = 150, // 容差范围
.min_count_bit_for_found = 37, // 最小有效位数
};
协议解码器实现
1. 数据帧结构解析
GT-WT-02协议的37位数据帧格式如下：
[设备ID(8bit)][电池状态(1bit)][手动发送(1bit)][通道(2bit)][温度(12bit)][湿度(7bit)][校验和(6bit)]
解析代码实现于ws_protocol_gt_wt_02_remote_controller函数，关键数据提取逻辑：
instance->id = (instance->data >> 29) & 0xFF; // 设备ID
instance->battery_low = (instance->data >> 28) & 1; // 电池状态
instance->channel = ((instance->data >> 25) & 0x3) + 1; // 通道号
instance->temp = (float)((instance->data >> 13) & 0x07FF) / 10.0f; // 温度
instance->humidity = (instance->data >> 6) & 0x7F; // 湿度
2. 解码状态机实现
解码器通过有限状态机处理脉冲序列，核心逻辑在ws_protocol_decoder_gt_wt_02_feed函数中实现，包含三个状态：
GT_WT02DecoderStepReset：初始状态，等待同步前缀GT_WT02DecoderStepSaveDuration：记录脉冲时长GT_WT02DecoderStepCheckDuration：判断脉冲类型（0/1）并构建数据帧
校验和验证确保数据完整性：
static bool ws_protocol_gt_wt_02_check(WSProtocolDecoderGT_WT02* instance) {
uint8_t sum = (instance->decoder.decode_data >> 5) & 0xe;
uint64_t temp_data = instance->decoder.decode_data >> 9;
for(uint8_t i = 0; i < 7; i++) {
sum += (temp_data >> (i * 4)) & 0xF;
}
return ((uint8_t)(instance->decoder.decode_data & 0x3F) == (sum & 0x3F));
}
协议注册与集成
1. 协议注册
实现协议描述符并注册到系统：
const SubGhzProtocol ws_protocol_gt_wt_02 = {
.name = WS_PROTOCOL_GT_WT_02_NAME,
.type = SubGhzProtocolTypeStatic,
.flag = SubGhzProtocolFlag_433 | SubGhzProtocolFlag_AM | SubGhzProtocolFlag_Decodable,
.decoder = &ws_protocol_gt_wt_02_decoder,
.encoder = &ws_protocol_gt_wt_02_encoder,
.filter = SubGhzProtocolFilter_Weather,
};
2. 构建与测试
通过以下命令构建固件并测试新协议：
./fbt COMPILE_DEBUG=1 flash_usb
在Sub-GHz应用中选择"天气传感器"过滤器，即可接收并解析GT-WT-02传感器数据，显示温度、湿度和设备状态信息。
开发经验与最佳实践
- 代码复用：参考现有协议实现（如honeywell.c或lacrosse_tx.c）
- 校验和算法：多数低成本传感器使用简单校验（如模64求和），可通过toolbox/crc32_calc.c实现复杂校验
- 调试技巧：使用applications/debug/目录下的工具输出解码中间结果
- 文档完善：新增协议需更新applications/ReadMe.md说明支持的设备类型
总结与展望
Xtreme Firmware的Sub-GHz协议框架为开发者提供了灵活的扩展能力，通过本文介绍的方法已成功集成二十余种无线传感器协议。未来计划实现的功能包括：
- 基于机器学习的自动协议识别
- 社区协议数据库在线更新
- 脉冲序列可视化编辑工具
如果你在协议开发中遇到问题，可通过项目issue系统获取支持，或参与XTREME-DEV开发者社区交流经验。
通过掌握协议逆向工程技术，你可以将各种私有协议设备集成到Flipper Zero生态，真正发挥开源固件的灵活性与扩展性。
创作声明：本文部分内容由AI辅助生成（AIGC），仅供参考
