內容包括ISP、IAP、ICP三種燒錄方式的詳細介紹，STM32單片機與宏晶STC單片機燒錄方法，STM32單片機自動ISP的詳細介紹(附電路原理圖)。

目錄：

• 一、燒錄方式簡介
• 二、燒錄方式詳述
• 1、ISP：In System Programming
• 2、IAP：In Applicatin Programming
• 3、ICP：In Circuit Programing
• 三、相關總結
• 1、形象點的描述
• 2、STM32進入BootROM的方式
• 3、STM32自動ISP、RS232通信
• 1)自動ISP硬件電路
• 2)注意事項

一、燒錄方式簡介

單片機的燒錄方式主要可以分為ICP(在電路編程)、IAP(在應用編程)以及ISP(在系統(tǒng)編程)。玩單片機的都應該聽說過IAP、ICP和ISP這幾個詞。

ISP：In System Programing，在系統(tǒng)編程

IAP：In Application Programing，在應用編程

ICP：In Circuit Programing，在電路編程

JTAG(Joint Test Action Group)編程：通過JTAG協議進行編程

SWD(Serial Wire Debug)編程：通過SWD協議進行編程

UART編程：通過UART進行編程

用一張圖形象的表示一下，如下。

圖1.1.1

從圖上看，ISP和ICP是處于最頂層的技術。描述的是一種編程結構，所使用到的協議、通信端口等，不同芯片有不同的定義。

IAP在第二層，是一種編程方式。實現方式是將一段目標芯片可執(zhí)行的代碼通過某種通信協議下載到芯片RAM中并由芯片執(zhí)行，由該代碼實現具體操作以達到編程的目的。這種方式需要芯片支持通過某種通信協議。

對芯片的RAM進行讀寫并能控制其CPU。這是在編程結構下的一種編程方式，像AK100Pro、SmartPRO、5000U-Plus等燒錄器，都用到了這種編程方式。

最下面的是硬件通信協議，UART是最早應用在單片機里面的串行通信技術。JTAG和SWD是ARM內核芯片興起之后，逐漸流行起來的，這三種技術描述的是編程過程中硬件層使用的通信協議，是最底層的一些技術規(guī)范。

用一個表格來對比這幾種通信協議的特性：

綜合上面所述，只要UART、JTAG、SWD這些硬件通信協議能保證電氣連接的規(guī)范性和穩(wěn)定性，那么ISP、IAP就能對芯片正確地編程。

二、燒錄方式詳述

1、ISP：In System Programming

利用單片機的串行口接到計算機的RS232口，通過專門設計的固件程序來編程內部存儲器。芯片可以在目標板上，不用取出來，設計目標板的時候將接口設計在上面。所以叫"在系統(tǒng)編程"，即不用脫離系統(tǒng)。程序升級需要現場解決，但不必拆機器。比如：利用STC-ISP對STC芯片編程，如圖2.1.1，祥見“STC_ISP下載軟件問題匯總與解決”;利用mcuisp或FlyMcu對STM32編程，如圖2.1.2所示。

圖2.1.1

圖2.1.2

2、IAP：In Applicatin Programming

IAP的實現一般需要很少的外部電路輔助實現，由芯片自身(或外圍的芯片)通過一系列操作將代碼寫入。從結構上將Flash存儲器映射為兩個存儲體，當運行一個存儲體上的用戶程序時，可對另一個存儲體重新編程，之后將控制從一個存儲體轉向另一個。比如STM32微處理器通過SEGGER J-Flash下載程序，祥見“J-Link使用匯總(STM32F103)”。

圖2.2.1

MCU內部都是首先執(zhí)行一段獨立的Boot代碼(這段Boot代碼一般是出廠預置，或使用編程器燒錄，通常只有1k或4k，SST通常是占用一塊獨立的Block，Philips通常是讓BootROM地址與其他Flash重疊，以達到隱藏的效果)，Boot負責控制擦除程序存儲器及給程序存儲器編程的代碼(或是處理器外部提供的執(zhí)行代碼)，然后通過某種與PC計算機的通信方式(如ethernet網口)，將用戶指定的某個在PC上編譯完成的MCU可運行的二進制代碼文件編程入MCU內的程序存儲器。

ISP和IAP最大的不同是：由誰來觸發(fā)進入BootROM。

ISP有4種觸發(fā)方式：

1)由外部硬件電路：如VDD保持高電平，給RST連續(xù)3個脈沖;

2)檢測狀態(tài)位：如ISPEN，為0時PC指針從0000H開始執(zhí)行;為1時，通過“引導向量”計算出“ISP代碼”的位置。每次復位后都會檢測該狀態(tài)位;

3)中止控制符信號觸發(fā)芯片復位：中止控制符信號就是指在異步串行口的接收腳上出現長 達一幀長度的低電平，這里一幀的長度與異步串行口的工作模式有關。

4)直接調用ISP：用戶程序也可以調用，但是很危險。

4種方式的目的相同，即進入ISP子程序。比如Philips出廠的ISP子程序在1E00H-1FFFH，只要能引導PC指針指向1E00H就可以了。進入ISP代碼的目的是進入BootROM。

IAP的觸發(fā)簡單一些，沒有外部觸發(fā)。通過一些指示位(SST為SC0/SC1、SFCF[1,0];Philips為一段IAP子程序，保存在FF00H～FFFFH地址空間中)，達到引導至BootROM的目的。

殊途同歸，ISP、IAP所進入的BootROM里面駐留的Boot代碼，才是最終目標。

3、ICP：In Circuit Programing

1)MCU只要處于上電狀態(tài)即可，不必預燒任何代碼進MCU。

2)燒錄范圍涵蓋整顆MCU，包括 APROM、DataFlash、CONFIG、LDROM和 ROMMAP。

3)芯片在LOCK的狀態(tài)下，無法只更新某一區(qū)塊，只能在erase-ALL之后，更新某一區(qū)塊，再逐一燒回其它區(qū)塊;

因為ICP的本質就是走串行接口的Writer Mode，芯片被LOCK之后，除了erase-ALL，所有燒錄動作皆會被禁止。

4)因為燒錄純粹是ICP硬件的行為，MCU無法自己更新自己，所以給系統(tǒng)設計者的彈性較小。例如無法藉由ICP去實現IAP的功能。

5)需要其他硬件支持(如NU-LINK等)

6)不嚴格來說，ISP和IAP也屬于在電路編程。

三、相關總結

1、形象點的描述

ISP是把房子拆了再重造一間，但是地基保留，那么在造好之前當然是不能住人。

IAP是在造好的房子里邊進行一些裝修，當然人可以繼續(xù)住。

ICP是對房子地基與房子的整體重構。

2、STM32進入BootROM的方式

詳細的說明參閱“STM32單片機1之二、STM32_啟動模式配置說明“。

3、STM32自動ISP、RS232通信

1)自動ISP原理

當燒錄程序時，我們希望BOOT0=1，BOOT1=0。當燒錄完成后希望BOOT0=0，BOOT1=0。這里只需考慮BOOT0的高低。查看STM32的參考手冊，如下圖。

圖3.3.1

綜上所述可以得到：

(1)系統(tǒng)上電，BOOT0需為L，進入模式一。上電復位后，在SYSCLK的第4個上升沿，BOOT引腳的值將被鎖存，進入主閃存存儲器，執(zhí)行我們燒錄的代碼。

(2)燒錄HEX文件時，BOOT0需為H，進入模式二。系統(tǒng)必須復位一次(系統(tǒng)上電后默認執(zhí)行代碼，即模式一)，讓系統(tǒng)重新鎖存BOOT引腳。系統(tǒng)進入模式二，開始燒錄HEX文件。

(3)程序下載完畢后，若設置了“編程后執(zhí)行”，系統(tǒng)再次進入模式一，STM32會再次被復位，此時DTR#引腳為高，RTS#引腳為低，STM32復位后，DTR#引腳設置為低，RTS#引腳設置為高，那么Q2和Q3都不導通，此時，STM32重新開始啟動后，檢測到BOOT0為0，在燒錄完成后會有報告：“成功從08000000開始運行”，程序開始正常運行。

圖3.3.2

圖3.3.3的電路可實現自動ISP、串口通信、USB供電三種功能。

圖3.3.3 成熟電路

串口下載軟件可選用FlyMcu或mcuisp，通過串口的DTR和RTS信號來自動配置BOOT0和RESET信號，不需要用戶手動切換它們的狀態(tài)，直接串口軟件自動控制，可以方便的實現一鍵程序燒錄，這里我稱之為自動ISP。

CH340G上電后DTR#和RTS#都為高電平，在用FlyMcu燒寫軟件時，軟件下方選擇“DTR的低電平復位，RTS高電平進BootLoader”。

圖3.3.4

CH340G在實際操作時引腳的變化為“DTR#拉高(軟件DTR低電平)，RTS#拉低(軟件RTS高電平)”，即軟件設置和實際情況相反。 畫個時序圖，直觀一些。

圖3.3.5

首先，FlyMcu軟件控制DTR輸出低電平，則DTR#引腳輸出高， 然后RTS置高，則RTS#引腳輸出低，這樣Q3導通，BOOT0被拉高，即實現設置BOOT0為1，同時Q2也會導通，STM32的復位腳被拉低，實現復位。

延時100ms后，FlyMcu軟件控制DTR為高電平，則DTR#引腳輸出低電平，RTS維持高電平，則RTS#引腳繼續(xù)為低電平，此時STM32的復位引腳，由于Q2不再導通，變?yōu)楦唠娖剑琒TM32結束復位，但是BOOT0還是維持為1，從而進入ISP模式，接著FlyMcu就可以開始連接STM32下載代碼，從而實現自動ISP。

2)注意事項

(1)CH340在剛上電，穩(wěn)定需要幾秒鐘時間，在此期間，DTR引腳會有兩次或三次變低的情況，這樣會引起單片機上電后復位

兩三次，穩(wěn)定后不會影響程序運行。若不想讓單片機上電復位好幾次，上電的時候把DTR與RESET斷開即可。

(2)PLC通過485線控制變頻器調速，電腦用USB轉串口連接PLC。用CH340的話，變頻器一旦啟動，電腦端和PLC的通訊很容易中斷，用FT232則無此問題。個人認為穩(wěn)定性：FT232>PL2303>CH340，這也反映在價格上。

(3)國產類STM32單片機，本人測試過北京兆易創(chuàng)新GD32F103VET6、珠海艾派克APM32F103VCT6、重慶雅特力AT32F403AVGT7，使用FlyMcu軟件，mcuisp軟件會產生各種不適。