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說起給單片機燒錄程序,大家應該都不陌生,我最早接觸單片機是從51單片機開始的,型號是STC89C52RC,當時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,選擇一個合適的波特率就可以燒錄了。


后來學習STM32,編程時使用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,都是要靠遠程無線升級的(想想看,產(chǎn)品已經(jīng)到客戶那里了,當軟件需要升級時,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,使用引導程序(Bootloader)加上外圍UART/SPI等接口進行燒錄。


  • 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Flash的訪問地址,看看程序是燒錄到哪個位置了。






單片機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4Gbyte。單片機的片上Flash、片上RAM、片上外設以及外部擴展接口的訪問地址,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 主存儲區(qū)


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


  • System memory系統(tǒng)存儲區(qū)


System memory(起始位置0x1FFF 0000)是STM32在出廠時,由ST在這個區(qū)域內(nèi)部預置了一段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,還要看一下單片機的啟動方式:







啟動方式選擇 STM32有兩個BOOT引腳,通過配置不同的高低電平,可以讓單片機從不同的地址開始運行。


  • BOOT0=0, BOOT1任意


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


這種情況,KEIL軟件給STM32燒錄程序,就是直接在這個地址燒錄,燒錄完,直接在這個地址處運行。


  • BOOT0=1,BOOT1=0


這種情況就用在使用串口方式給STM32燒錄程序,這時單片機從系統(tǒng)存儲器(0x1FFF 0000)啟動,運行的是出廠預置的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)處運行剛燒錄的代碼了。


  • BOOT0=1,BOOT1=1


這種情況是從內(nèi)存中啟動,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的能力了,這個模式一般用于程序調(diào)試。目前我還沒用過這種方式,大家平時用這種方式的多么?


BOOT0 BOOT1 啟動方式 說明
0 × 主閃存存儲器 主閃存存儲器被選為啟動區(qū)域
1 0 系統(tǒng)存儲器 系統(tǒng)存儲器被選為啟動區(qū)域
1 1 內(nèi)置SRAM 內(nèi)置SRAM被選為啟動區(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:


  • BOOT0 = 1,BOOT1 = 0


  • 啟動地址:0x1FFF0000


  • 使用串口下載程序


  • 系統(tǒng)存儲器(System memory)啟動方式運行內(nèi)置的Bootloader,將程序?qū)懭胫鞔鎯^(qū)


  • 重啟后,需要再將BOOT0拉低,從主存儲區(qū)啟動程序


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






ICP(JTAG口燒錄)特點:


  • BOOT0 = 0,BOOT1 = x


  • 啟動地址:0x08000000


  • 使用JTAG或者SWD模式下載程序


  • 主閃存存儲器(Flash memory)啟動方式,將程序在主存儲區(qū)寫入


  • 重啟后也直接從這啟動程序


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軟件的默認下載地址,就是從0x0800 0000 開始的。







IAP(升級/跳轉(zhuǎn)程序)


IAP的原理與上面兩種有較大區(qū)別,這種方式將主存儲區(qū)又分成了兩個區(qū)域(根據(jù)實際需要由開發(fā)者自行分配),0800 0000起始處的這部分,存儲一個開發(fā)者自己設計的Bootloader程序,另一部分存儲真正需要運行的APP程序。


單片機的Bootloader程序,其主要作用就是給單片機升級。在單片機啟動時,首先從Bootloader程序啟動,一般情況不需要升級,就會立即從Bootloader程序跳轉(zhuǎn)到存儲區(qū)另一部分的APP程序開始運行。


假如Bootloader程序時,需要進行升級(比如APP程序運行時,接收到升級指令,可以在flash中的特定位置設置一個標志,然后觸發(fā)重啟,重啟后進入Bootloader程序,Bootloader程序根據(jù)標志位就能判斷是否需要升級),則會通過某種方式(比如通過WIFI接收升級包,或借助另一塊單片機接收升級包,Bootloader再通過串口或SPI等方式從另一塊單片機獲取升級包數(shù)據(jù))先將接收到的程序?qū)懭氪鎯^(qū)中存儲APP程序的那個位置,寫入完成后再跳轉(zhuǎn)到該位置,即實現(xiàn)了程序的升級



End





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