程序燒錄方式知多少？

時(shí)間：2021-10-12 14:55:10

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[導(dǎo)讀]說起給單片機(jī)燒錄程序，大家應(yīng)該都不陌生，我最早接觸單片機(jī)是從51單片機(jī)開始的，型號(hào)是STC89C52RC，當(dāng)時(shí)燒錄程序就是用的下面這種燒錄軟件——STC-ISP。這種方式，通過串口連接單片機(jī)，選擇一個(gè)合適的波特率就可以燒錄了。后來學(xué)習(xí)STM32，編程時(shí)使用KEIL軟件自帶的下載按...

說起給單片機(jī)燒錄程序，大家應(yīng)該都不陌生，我最早接觸單片機(jī)是從51單片機(jī)開始的，型號(hào)是STC89C52RC，當(dāng)時(shí)燒錄程序就是用的下面這種燒錄軟件——STC-ISP。

這種方式，通過串口連接單片機(jī)，選擇一個(gè)合適的波特率就可以燒錄了。

后來學(xué)習(xí)STM32，編程時(shí)使用KEIL軟件自帶的下載按鈕就能下載程序，方便了不少，但需要額外使用J-Link等下載器。

再后來，接觸到產(chǎn)品研發(fā)，給已經(jīng)發(fā)布出的產(chǎn)品升級(jí)，都是要靠遠(yuǎn)程無線升級(jí)的（想想看，產(chǎn)品已經(jīng)到客戶那里了，當(dāng)軟件需要升級(jí)時(shí)，要是還使用有線的方式燒錄程序，得有多麻煩）

既然給單片機(jī)燒錄程序的方式有多種，那燒錄方式具體怎么分類呢？

可以分為3種：

ISP（In-System Programming）
在系統(tǒng)編程，使用引導(dǎo)程序（Bootloader）加上外圍UART/SPI等接口進(jìn)行燒錄。
ICP （In-circuit programmer）
在電路編程，使用SWD/JTAG接口。
IAP（In-Application Programming）
指MCU可以在系統(tǒng)中獲取新代碼并對(duì)自己重新編程，即用程序來改變程序。

這3種燒錄方式的原理是什么呢？在分析原理之前，需要先了解一下單片機(jī)Flash的訪問地址，看看程序是燒錄到哪個(gè)位置了。

單片機(jī)Flash在地址映射表中位置下圖是一張STM32F4xx的地址映射表，從0x0000 0000到0xFFFF FFFF，總計(jì)4Gbyte。單片機(jī)的片上Flash、片上RAM、片上外設(shè)以及外部擴(kuò)展接口的訪問地址，都被映射到這4Gbyte的范圍之內(nèi)。

這張圖中，我們需要先注意下半部分

Main memory 主存儲(chǔ)區(qū)

通常，我們編寫的代碼，是放到主存儲(chǔ)區(qū)的起始位置（0x0800 0000）開始運(yùn)行的，燒錄程序時(shí)，直接將程序燒錄到這里即可（KEIL軟件給STM32燒錄程序的默認(rèn)燒寫地址就是0x0800 0000開始）

System memory系統(tǒng)存儲(chǔ)區(qū)

System memory（起始位置0x1FFF 0000）是STM32在出廠時(shí)，由ST在這個(gè)區(qū)域內(nèi)部預(yù)置了一段BootLoader，也就是我們常說的ISP程序，這是一塊ROM，出廠后無法修改。

了解了程序的具體地址，還要看一下單片機(jī)的啟動(dòng)方式：

啟動(dòng)方式選擇 ?STM32有兩個(gè)BOOT引腳，通過配置不同的高低電平，可以讓單片機(jī)從不同的地址開始運(yùn)行。

BOOT0=0, BOOT1任意

通常我們是在Main memory 主存儲(chǔ)區(qū)（0x0800 0000）運(yùn)行程序，BOOT0引腳拉低即可。

這種情況，KEIL軟件給STM32燒錄程序，就是直接在這個(gè)地址燒錄，燒錄完，直接在這個(gè)地址處運(yùn)行。

BOOT0=1,BOOT1=0

這種情況就用在使用串口方式給STM32燒錄程序，這時(shí)單片機(jī)從系統(tǒng)存儲(chǔ)器（0x1FFF 0000）啟動(dòng)，運(yùn)行的是出廠預(yù)置的BootLoader程序，可以接收串口發(fā)來的程序，并將其寫入Main memory（0x0800 0000），程序燒錄完成后，再將BOOT0引腳拉低，Main memory（0x0800 0000）處運(yùn)行剛燒錄的代碼了。

BOOT0=1,BOOT1=1

這種情況是從內(nèi)存中啟動(dòng)，內(nèi)置SRAM（也就是STM32的內(nèi)存中），既然是SRAM，自然也就沒有程序存儲(chǔ)的能力了，這個(gè)模式一般用于程序調(diào)試。目前我還沒用過這種方式，大家平時(shí)用這種方式的多么？

BOOT0	BOOT1	啟動(dòng)方式	說明
0	×	主閃存存儲(chǔ)器	主閃存存儲(chǔ)器被選為啟動(dòng)區(qū)域
1	0	系統(tǒng)存儲(chǔ)器	系統(tǒng)存儲(chǔ)器被選為啟動(dòng)區(qū)域
1	1	內(nèi)置SRAM	內(nèi)置SRAM被選為啟動(dòng)區(qū)域

有了上面的了解，再來看一下ISP、ICP和IAP

ISP（串口燒錄）特點(diǎn)：

BOOT0 = 1，BOOT1 = 0
啟動(dòng)地址：0x1FFF0000
使用串口下載程序
系統(tǒng)存儲(chǔ)器(System memory)啟動(dòng)方式運(yùn)行內(nèi)置的Bootloader，將程序?qū)懭胫鞔鎯?chǔ)區(qū)
重啟后，需要再將BOOT0拉低，從主存儲(chǔ)區(qū)啟動(dòng)程序

下圖是ISP方式的燒錄，使用FlyMcu這個(gè)軟件，通過串口給STM32燒錄程序

ICP（JTAG口燒錄）特點(diǎn)：

BOOT0 = 0，BOOT1 = x
啟動(dòng)地址：0x08000000
使用JTAG或者SWD模式下載程序
主閃存存儲(chǔ)器(Flash memory)啟動(dòng)方式，將程序在主存儲(chǔ)區(qū)寫入
重啟后也直接從這啟動(dòng)程序

下圖是ICP方式的燒錄，使用JFlash軟件或KEIL，通過J-Link給STM32燒錄程序

KEIL軟件的默認(rèn)下載地址，就是從0x0800 0000 開始的。

IAP（升級(jí)/跳轉(zhuǎn)程序）

IAP的原理與上面兩種有較大區(qū)別，這種方式將主存儲(chǔ)區(qū)又分成了兩個(gè)區(qū)域（根據(jù)實(shí)際需要由開發(fā)者自行分配），0800 0000起始處的這部分，存儲(chǔ)一個(gè)開發(fā)者自己設(shè)計(jì)的Bootloader程序，另一部分存儲(chǔ)真正需要運(yùn)行的APP程序。

單片機(jī)的Bootloader程序，其主要作用就是給單片機(jī)升級(jí)。在單片機(jī)啟動(dòng)時(shí)，首先從Bootloader程序啟動(dòng)，一般情況不需要升級(jí)，就會(huì)立即從Bootloader程序跳轉(zhuǎn)到存儲(chǔ)區(qū)另一部分的APP程序開始運(yùn)行。

假如Bootloader程序時(shí)，需要進(jìn)行升級(jí)（比如APP程序運(yùn)行時(shí)，接收到升級(jí)指令，可以在flash中的特定位置設(shè)置一個(gè)標(biāo)志，然后觸發(fā)重啟，重啟后進(jìn)入Bootloader程序，Bootloader程序根據(jù)標(biāo)志位就能判斷是否需要升級(jí)），則會(huì)通過某種方式（比如通過WIFI接收升級(jí)包，或借助另一塊單片機(jī)接收升級(jí)包，Bootloader再通過串口或SPI等方式從另一塊單片機(jī)獲取升級(jí)包數(shù)據(jù)）先將接收到的程序?qū)懭氪鎯?chǔ)區(qū)中存儲(chǔ)APP程序的那個(gè)位置，寫入完成后再跳轉(zhuǎn)到該位置，即實(shí)現(xiàn)了程序的升級(jí)