Ymodem协议详解
目录
一、Ymodem 协议概述
1.定义
2.起源
3.核心特点
4.与 Xmodem 协议的区别
二、Ymodem 协议帧结构
1.通用帧结构（基础格式）
2.关键帧类型详解
（1）文件信息帧（块编号 0x00）
（2）数据帧（块编号 0x01~0xFF）
（3）文件结束帧（块编号 0x00，数据区全 0x1A）
（4）取消传输帧（CAN）
三、Ymodem 协议传输流程
1.初始化阶段（握手）
2.文件信息传输阶段
3.文件数据传输阶段
4.文件结束阶段
5.多文件连续传输处理
四、Ymodem 协议应用场景与工具
1.典型应用场景
2.常用工具（支持 Ymodem 传输）
（1）SecureCRT（Windows/macOS/Linux）
（2）TeraTerm（Windows）
（3）Minicom（Linux）
（4）嵌入式 Bootloader（如 U-Boot）
五、常见问题与解决方法
1.传输启动失败（接收端发送 “C”，发送端无响应）
2.传输过程中频繁重传（接收端持续发送 NAK）
3.传输完成后文件损坏（大小正确但内容错误）
4.多文件传输时部分文件丢失
一、Ymodem 协议概述
1.定义
Ymodem 协议是一种基于串口的文件传输协议，是 Xmodem 协议的增强版，主要用于在两台设备之间通过串行通信链路可靠地传输文件，常见于嵌入式系统开发、工业控制等场景。
2.起源
Ymodem 协议由 Chuck Forsberg 在 Xmodem 协议基础上开发，旨在解决 Xmodem 协议传输效率低、不支持多文件传输等问题，弥补了 Xmodem 在实际应用中的不足，成为更实用的串口文件传输方案。
3.核心特点
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支持多文件传输：可一次性传输多个文件，无需每次传输都重新建立连接，提升多文件传输场景下的效率。
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较大的数据块尺寸：默认数据块大小为 1024 字节（也支持 128 字节的兼容模式），相比 Xmodem 默认的 128 字节数据块，减少了帧的数量，提高了传输速度。
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强纠错能力：采用 CRC（循环冗余校验）作为主要校验方式（也兼容 Xmodem 的校验和方式），能有效检测传输过程中出现的错误，若检测到错误，会触发重传机制，保证数据传输的可靠性。
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文件信息携带：在传输文件前，会先传输文件的名称、大小等信息，方便接收端提前了解文件属性，进行相应的存储准备。
4.与 Xmodem 协议的区别
| 对比项 | Xmodem 协议 | Ymodem 协议 |
| 数据块大小 | 默认 128 字节 | 默认 1024 字节（兼容 128 字节） |
| 多文件传输 | 不支持，需重新建立连接 | 支持，可连续传输多文件 |
| 校验方式 | 主要为校验和，部分支持 CRC | 主要为 CRC，兼容校验和 |
| 文件信息传输 | 不传输文件名称、大小等信息 | 传输文件名称、大小等信息 |
| 传输效率 | 较低（小数据块，帧数量多） | 较高（大数据块，帧数量少） |
二、Ymodem 协议帧结构
Ymodem 协议的帧分为不同类型，核心是数据帧，此外还有命令帧（如文件结束帧、取消传输帧等），以下主要介绍常用的帧结构。
1.通用帧结构（基础格式）
所有 Ymodem 帧均以特定的起始字符开头，后续依次为块编号、块编号反码、数据区（或命令信息）、校验区，整体结构如下：
| 字段 | 长度（字节） | 说明 |
| 起始字符（SOH/STX） | 1 | SOH（0x01）：表示后续数据块大小为 128 字节；STX（0x02）：表示后续数据块大小为 1024 字节 |
| 块编号（N） | 1 | 范围为 0x00~0xFF，从 0x01 开始递增（文件信息帧块编号为 0x00），超过 0xFF 后重新从 0x00 开始 |
| 块编号反码（~N） | 1 | 块编号按位取反得到，即～N = 0xFF - N，用于校验块编号的正确性，防止块编号传输错误 |
| 数据区（Data） | 128/1024 | 若为 SOH 起始，数据区 128 字节；若为 STX 起始，数据区 1024 字节；数据不足时，用 0x1A（EOF 字符）填充 |
| 校验区（CRC） | 2 | 采用 16 位 CRC 校验，计算范围为 “块编号 + 块编号反码 + 数据区”；兼容模式下可使用 1 字节校验和 |
2.关键帧类型详解
对 Ymodem 协议中最核心的 4 种 “功能帧” 进行拆解，既包括 “传递控制指令的命令帧”（文件结束帧、取消传输帧），也包括 “传递信息 / 数据的非命令帧”（文件信息帧、数据帧）；
（1）文件信息帧（块编号 0x00）
在传输每个文件前，会先发送文件信息帧，用于告知接收端文件的基本信息，结构如下：
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起始字符：SOH（数据区 128 字节，固定用 SOH）
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块编号：0x00
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块编号反码：0xFF（0xFF - 0x00 = 0xFF）
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数据区：前 N 字节为文件名称（ASCII 码），接着 1 字节为 0x00（文件名终止符），再接着为文件大小（ASCII 码，十进制），剩余部分用 0x1A 填充（总长度 128 字节）
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校验区：2 字节 CRC 校验
示例：其中包号(块编码）为固定为0；Filename为文件名称，文件名称后必须加0x00作为结束；Filesize为文件大小值，文件大小值后必须加0x00作为结束；余下未满128字节数据区域，则以0x00填充。
（2）数据帧（块编号 0x01~0xFF）
传输有效数据时主要考虑的是最后一包数据的是处理，SOH帧和STR帧有不同的处理。
【1】对于SOH帧，若余下数据小于128字节，则以0x1A填充，该帧长度仍为133字节。
【2】对于STX帧需考虑几种情况：
●余下数据等于1024字节，以1029长度帧发送；
●余下数据小于1024字节，但大于128字节，以1029字节帧长度发送，无效数据以0x1A填充。
●余下数据等于128字节，以133字节帧长度发送。
●余下数据小于128字节，以133字节帧长度发送，无效数据以0x1A填充
（3）文件结束帧（块编号 0x00，数据区全 0x1A）
当一个文件传输完成后，发送端会发送文件结束帧，告知接收端当前文件传输结束：
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起始字符：SOH
-
块编号：0x00
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块编号反码：0xFF
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数据区：128 字节全为 0x00
-
校验区：2 字节 CRC 校验
Ymodem的结束帧采用SOH 133字节长度帧传输，该帧不携带数据（空包），即数据区、校验都以0x00填充。
（4）取消传输帧（CAN）
若传输过程中出现异常（如用户主动取消、设备故障），发送端或接收端可发送 CAN（0x18）字符取消传输，通常连续发送 2~3 个 CAN 字符，确保对方能识别。
三、Ymodem 协议传输流程
Ymodem 协议的传输流程主要分为 “初始化阶段”“文件信息传输阶段”“文件数据传输阶段”“文件结束阶段”“多文件连续传输处理” 五个部分，以下以 “发送端（如电脑）向接收端（如嵌入式开发板）传输文件” 为例，详细说明流程：
1.初始化阶段（握手）
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接收端准备就绪后，向发送端发送 “C” 字符（0x43），表示接收端支持 CRC 校验，请求发送端开始传输（若接收端只支持校验和，会发送 NAK 字符，实际中 CRC 更常用）。
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发送端接收到 “C” 字符后，确认接收端就绪且支持 CRC 校验，进入文件信息传输阶段。
2.文件信息传输阶段
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发送端发送 “文件信息帧”（块编号 0x00，包含文件名、文件大小等信息）。
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接收端接收文件信息帧后，对帧进行校验（检查块编号、反码、CRC）：
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若校验通过：接收端记录文件信息（如创建名为 “test.bin” 的空文件，准备存储 10240 字节数据），并向发送端发送 ACK（0x06），表示确认接收，请求发送数据帧。
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若校验失败：接收端向发送端发送 NAK（0x15），请求发送端重新发送文件信息帧（最多重传 10 次，超过则取消传输）。
3.文件数据传输阶段
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发送端接收到 ACK 后，开始按顺序发送数据帧：
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第一帧数据帧块编号为 0x01，数据区为文件的前 128/1024 字节（根据配置选择数据块大小），带 2 字节 CRC 校验。
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后续数据帧块编号依次递增（0x02、0x03...0xFF，再循环到 0x00、0x01...），直至文件数据全部发送完成。
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接收端每接收一帧数据帧，都进行校验：
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校验通过：接收端将数据区的有效数据（排除填充的 0x1A）写入目标文件，发送 ACK，请求下一个数据帧。
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校验失败：发送 NAK，请求发送端重传当前数据帧（重传次数上限通常为 10 次，超过则发送 CAN 取消传输）。
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若发送端连续多次（如 10 次）收到 NAK，或超时未收到接收端的响应（通常超时时间为 3~5 秒），则判定传输失败，发送 CAN 取消传输。
4.文件结束阶段
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发送端发送完文件的所有数据帧后，发送 “文件结束帧”（块编号 0x00，数据区全 0x1A）。
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接收端接收文件结束帧并校验通过后，确认当前文件传输完成，发送 ACK。
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若接收端需要确认文件完整性（可选），可在接收完所有数据后，计算文件的实际大小与文件信息帧中的大小是否一致，若一致则完成存储，不一致则提示传输异常。
示例：
<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<< C
SOH 00 FF “foo.c” "1064’’ NUL[118] CRC CRC >>>>>>>>>>>>>
<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<< ACK
<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<< C
STX 01 FE data[1024] CRC CRC>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<< ACK
STX 02 FD data[1024] CRC CRC>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<< ACK
STX 03 FC data[1024] CRC CRC>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<< ACK
STX 04 FB data[1024] CRC CRC>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<< ACK
SOH 05 FA data[100] 1A[28] CRC CRC>>>>>>>>>>>>>>>>>>
<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<< ACK
EOT >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<< NAK
EOT>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<< ACK
<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<< C
SOH 00 FF NUL[128] CRC CRC >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<< ACK
5.多文件连续传输处理
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若发送端需要传输多个文件，在第一个文件的 “文件结束帧” 被接收端 ACK 后，无需重新握手，直接发送下一个文件的 “文件信息帧”，重复 “文件信息传输→数据传输→文件结束” 的流程。
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当所有文件都传输完成后，发送端会发送两个连续的 “文件结束帧”（即先发送一个文件结束帧，接收 ACK 后，再发送一个文件结束帧）。
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接收端接收到第二个文件结束帧后，确认所有文件传输完成，向发送端发送 ACK，传输流程正式结束。
四、Ymodem 协议应用场景与工具
1.典型应用场景
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嵌入式系统开发：向嵌入式开发板（如 STM32、ARM9 开发板）传输固件（.bin/.hex 文件）、配置文件等，常用于开发板的程序烧录或参数更新。
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工业控制：在工业设备（如 PLC、传感器模块）之间传输控制程序、日志文件等，通过串口实现可靠的数据交互。
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老旧设备数据交互：对于无以太网、USB 等高速接口，仅支持串口的老旧设备，Ymodem 协议是实现文件传输的主要方式（如早期的路由器、交换机配置文件传输）。
2.常用工具（支持 Ymodem 传输）
（1）SecureCRT（Windows/macOS/Linux）
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发送文件步骤：
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通过串口连接接收端设备（配置正确的波特率、数据位、停止位、校验位，如 9600 8N1）。
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接收端发送 “C” 字符（部分设备会自动发送，如嵌入式开发板的 Bootloader）。
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在 SecureCRT 菜单栏中选择 “Transfer”→“Send Ymodem”。
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在弹出的文件选择窗口中，选择要传输的文件（可多选，支持多文件传输），点击 “Open” 开始传输。
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传输过程中，SecureCRT 会显示传输进度、速度、帧数量等信息，传输完成后提示 “Transfer complete”。
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接收文件步骤：
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串口连接成功后，在 SecureCRT 菜单栏选择 “Transfer”→“Receive Ymodem”。
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选择文件保存路径，点击 “OK”。
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发送端开始发送文件，SecureCRT 自动接收并存储，完成后提示成功。
（2）TeraTerm（Windows）
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发送文件：连接串口后，选择 “File”→“Transfer”→“Ymodem”→“Send”，选择文件即可。
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接收文件：选择 “File”→“Transfer”→“Ymodem”→“Receive”，选择保存路径，等待发送端传输。
（3）Minicom（Linux）
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进入 Minicom 后，按
Ctrl+A，再按S，选择 “Ymodem”，然后选择文件发送；接收时按Ctrl+A，再按R，选择 “Ymodem”，等待接收。
（4）嵌入式 Bootloader（如 U-Boot）
许多嵌入式设备的 Bootloader（如 U-Boot）内置 Ymodem 接收功能，在 Bootloader 模式下，输入命令（如loady），设备会发送 “C” 字符，此时通过上位机（如 SecureCRT）发送文件，即可实现固件烧录。
五、常见问题与解决方法
1.传输启动失败（接收端发送 “C”，发送端无响应）
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可能原因：
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串口连接参数不匹配（波特率、数据位、停止位、校验位错误）。
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发送端未识别到接收端的 “C” 字符（如工具未开启 Ymodem 接收 / 发送模式）。
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串口线接触不良或损坏（如 TX/RX 引脚接反）。
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解决方案：
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重新确认串口参数，确保发送端与接收端完全一致（如波特率统一为 115200，数据位 8，停止位 1，无校验）。
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检查工具模式：发送端需开启 “Send Ymodem”，接收端需开启 “Receive Ymodem”（或设备 Bootloader 已进入 Ymodem 接收模式）。
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检查串口线：更换串口线，确认 TX 接对方 RX，RX 接对方 TX，GND 共地（避免交叉接反）。
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传输过程中频繁重传（接收端持续发送 NAK）
2.传输过程中频繁重传（接收端持续发送 NAK）
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可能原因：
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串口波特率过高，超出链路抗干扰能力（如长距离传输时用 115200 波特率，信号衰减导致错误）。
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传输环境干扰大（如附近有强电磁设备，导致串口信号噪声）。
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数据块大小设置不合理（如接收端仅支持 128 字节数据块，发送端用 1024 字节数据块）。
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解决方案：
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降低波特率（如从 115200 降至 57600 或 9600），减少信号传输压力。
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远离强电磁干扰源，或使用带屏蔽层的串口线。
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统一数据块大小：在工具中设置发送端使用 128 字节数据块（如 SecureCRT 发送时勾选 “128-byte blocks”）。
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传输完成后文件损坏（大小正确但内容错误）
3.传输完成后文件损坏（大小正确但内容错误）
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可能原因：
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校验方式不匹配（发送端用 CRC，接收端用校验和）。
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数据块填充字符处理错误（接收端未排除 0x1A 填充字符，将填充字节写入文件）。
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发送端文件本身损坏（如源文件被篡改）。
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解决方案：
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确保发送端与接收端校验方式一致（优先使用 CRC 校验，工具中默认多为 CRC）。
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检查接收端程序：确认接收数据时，仅提取有效数据（即文件实际大小以内的字节，排除末尾填充的 0x1A）。
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验证源文件：重新确认发送的源文件完整性（如计算 MD5 值，与接收端文件 MD5 对比）。
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多文件传输时部分文件丢失
4.多文件传输时部分文件丢失
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可能原因：
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接收端未正确识别 “多文件结束标志”（仅接收一个文件结束帧就停止接收）。
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发送端多文件列表配置错误（如漏选文件，或文件路径错误）。
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解决方案：
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确认接收端程序逻辑：支持接收两个连续的文件结束帧作为多文件传输结束标志。
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检查发送端文件选择：在工具中重新选择所有需要传输的文件，确保无遗漏，且文件路径无特殊字符（如中文、空格，部分老旧接收端不支持）。