单片机3种烧录方式解析

内容包括ISP、IAP、ICP三种烧录方式的详细介绍，STM32单片机与宏晶STC单片机烧录方法，STM32单片机自动ISP的详细介绍(附电路原理图)。紫色文字是超链接，点击自动跳转至相关博文。持续更新，原创不易！

一、烧录方式简介

二、烧录方式详述

1、ISP：In System Programming

2、IAP：In Applicatin Programming

3、ICP：In Circuit Programing

三、相关总结

1、形象点的描述

2、STM32进入BootROM的方式

3、STM32自动ISP、RS232通信

1）自动ISP硬件电路 2）注意事项

附录1、STM32加密烧录

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一、烧录方式简介

单片机的烧录方式主要可以分为ICP(在电路编程)、IAP(在应用编程)以及ISP(在系统编程)。玩单片机的都应该听说过IAP、ICP和ISP这几个词。

ISP：In System Programing，在系统编程

IAP：In Application Programing，在应用编程

ICP：In Circuit Programing，在电路编程

JTAG(Joint Test Action Group)编程：通过JTAG协议进行编程

SWD(Serial Wire Debug)编程：通过SWD协议进行编程

UART编程：通过UART进行编程

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用一张图形象的表示一下，如下。

图1.1.1

从图上看，ISP和ICP是处于最顶层的技术。描述的是一种编程结构，所使用到的协议、通信端口等，不同芯片有不同的定义。

IAP在第二层，是一种编程方式。实现方式是将一段目标芯片可执行的代码通过某种通信协议下载到芯片RAM中并由芯片执行，由该代码实现具体操作以达到编程的目的。这种方式需要芯片支持通过某种通信协议。

对芯片的RAM进行读写并能控制其CPU。这是在编程结构下的一种编程方式，像AK100Pro、SmartPRO、5000U-Plus等烧录器，都用到了这种编程方式。

最下面的是硬件通信协议，UART是最早应用在单片机里面的串行通信技术。JTAG和SWD是ARM内核芯片兴起之后，逐渐流行起来的，这三种技术描述的是编程过程中硬件层使用的通信协议，是最底层的一些技术规范。

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用一个表格来对比这几种通信协议的特性：

协议种类	UART	JTAG	SWD
最高波特率	1.5Ｍ	50Ｍ	50Ｍ
信号线	2	4	2

综合上面所述，只要UART、JTAG、SWD这些硬件通信协议能保证电气连接的规范性和稳定性，那么ISP、IAP就能对芯片正确地编程。

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二、烧录方式详述

1、ISP：In System Programming

利用单片机的串行口接到计算机的RS232口，通过专门设计的固件程序来编程内部存储器。芯片可以在目标板上，不用取出来，设计目标板的时候将接口设计在上面。所以叫"在系统编程"，即不用脱离系统。程序升级需要现场解决，但不必拆机器。比如：利用STC-ISP对STC芯片编程，如图2.1.1，祥见“STC_ISP下载软件问题汇总与解决”；利用mcuisp或FlyMcu对STM32编程，如图2.1.2所示。

图2.1.1

图2.1.2

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2、IAP：In Applicatin Programming

IAP的实现一般需要很少的外部电路辅助实现，由芯片自身(或外围的芯片)通过一系列操作将代码写入。从结构上将Flash存储器映射为两个存储体，当运行一个存储体上的用户程序时，可对另一个存储体重新编程，之后将控制从一个存储体转向另一个。比如STM32微处理器通过SEGGER J-Flash下载程序，祥见“J-Link使用汇总(STM32F103)”。

图2.2.1

MCU内部都是首先执行一段独立的Boot代码（这段Boot代码一般是出厂预置，或使用编程器烧录，通常只有1k或4k，SST通常是占用一块独立的Block，Philips通常是让BootROM地址与其他Flash重叠，以达到隐藏的效果），Boot负责控制擦除程序存储器及给程序存储器编程的代码（或是处理器外部提供的执行代码），然后通过某种与PC计算机的通信方式（如ethernet网口），将用户指定的某个在PC上编译完成的MCU可运行的二进制代码文件编程入MCU内的程序存储器。

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ISP和IAP最大的不同是：由谁来触发进入BootROM。

ISP有4种触发方式：

1）由外部硬件电路：如VDD保持高电平，给RST连续3个脉冲；

2）检测状态位：如ISPEN，为0时PC指针从0000H开始执行；为1时，通过“引导向量”计算出“ISP代码”的位置。每次复位后都会检测该状态位；

3）中止控制符信号触发芯片复位：中止控制符信号就是指在异步串行口的接收脚上出现长达一帧长度的低电平，这里一帧的长度与异步串行口的工作模式有关。

4）直接调用ISP：用户程序也可以调用，但是很危险。

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4种方式的目的相同，即进入ISP子程序。比如Philips出厂的ISP子程序在1E00H-1FFFH，只要能引导PC指针指向1E00H就可以了。进入ISP代码的目的是进入BootROM。

IAP的触发简单一些，没有外部触发。通过一些指示位（SST为SC0/SC1、SFCF[1,0]；Philips为一段IAP子程序，保存在FF00H～FFFFH地址空间中），达到引导至BootROM的目的。

殊途同归，ISP、IAP所进入的BootROM里面驻留的Boot代码，才是最终目标。

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3、ICP：In Circuit Programing

1）MCU只要处于上电状态即可，不必预烧任何代码进MCU。

2）烧录范围涵盖整颗MCU，包括 APROM、DataFlash、CONFIG、LDROM和 ROMMAP。

3）芯片在LOCK的状态下，无法只更新某一区块，只能在erase-ALL之后，更新某一区块，再逐一烧回其它区块；

因为ICP的本质就是走串行接口的Writer Mode，芯片被LOCK之后，除了erase-ALL，所有烧录动作皆会被禁止。

4）因为烧录纯粹是ICP硬件的行为，MCU无法自己更新自己，所以给系统设计者的弹性较小。例如无法藉由ICP去实现IAP的功能。

5）需要其他硬件支持（如NU-LINK等）

6）不严格来说，ISP和IAP也属于在电路编程。

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三、相关总结

1、形象点的描述

ISP是把房子拆了再重造一间，但是地基保留，那么在造好之前当然是不能住人。

IAP是在造好的房子里边进行一些装修，当然人可以继续住。

ICP是对房子地基与房子的整体重构。

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2、STM32进入BootROM的方式

详细的说明参阅“STM32单片机1之二、STM32_启动模式配置说明“。

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3、STM32自动ISP、RS232通信

1）自动ISP原理

当烧录程序时，我们希望BOOT0=1，BOOT1=0。当烧录完成后希望BOOT0=0，BOOT1=0。这里只需考虑BOOT0的高低。查看STM32的参考手册，如下图。

图3.3.1

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综上所述可以得到：

（1）系统上电，BOOT0需为L，进入模式一。上电复位后，在SYSCLK的第4个上升沿，BOOT引脚的值将被锁存，进入主闪存存储器，执行我们烧录的代码。

（2）烧录HEX文件时，BOOT0需为H，进入模式二。系统必须复位一次（系统上电后默认执行代码，即模式一），让系统重新锁存BOOT引脚。系统进入模式二，开始烧录HEX文件。

（3）程序下载完毕后，若设置了“编程后执行”，系统再次进入模式一，STM32会再次被复位，此时DTR#引脚为高，RTS#引脚为低，STM32复位后，DTR#引脚设置为低，RTS#引脚设置为高，那么Q2和Q3都不导通，此时，STM32重新开始启动后，检测到BOOT0为0，在烧录完成后会有报告：“成功从08000000开始运行”，程序开始正常运行。

图3.3.2

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图3.3.3的电路可实现自动ISP、串口通信、USB供电三种功能。

图3.3.3 成熟电路

串口下载软件可选用FlyMcu或mcuisp，通过串口的DTR和RTS信号来自动配置BOOT0和RESET信号，不需要用户手动切换它们的状态，直接串口软件自动控制，可以方便的实现一键程序烧录，这里我称之为自动ISP。

CH340G上电后DTR#和RTS#都为高电平，在用FlyMcu烧写软件时，软件下方选择“DTR的低电平复位，RTS高电平进BootLoader”。

图3.3.4

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CH340G在实际操作时引脚的变化为“DTR#拉高（软件DTR低电平），RTS#拉低（软件RTS高电平）”，即软件设置和实际情况相反。画个时序图，直观一些。

图3.3.5

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首先，FlyMcu软件控制DTR输出低电平，则DTR#引脚输出高，然后RTS置高，则RTS#引脚输出低，这样Q3导通，BOOT0被拉高，即实现设置BOOT0为1，同时Q2也会导通，STM32的复位脚被拉低，实现复位。

延时100ms后，FlyMcu软件控制DTR为高电平，则DTR#引脚输出低电平，RTS维持高电平，则RTS#引脚继续为低电平，此时STM32的复位引脚，由于Q2不再导通，变为高电平，STM32结束复位，但是BOOT0还是维持为1，从而进入ISP模式，接着FlyMcu就可以开始连接STM32下载代码，从而实现自动ISP。

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2）注意事项

（1）CH340在刚上电，稳定需要几秒钟时间，在此期间，DTR引脚会有两次或三次变低的情况，这样会引起单片机上电后复位

两三次，稳定后不会影响程序运行。若不想让单片机上电复位好几次，上电的时候把DTR与RESET断开即可。

（2）PLC通过485线控制变频器调速，电脑用USB转串口连接PLC。用CH340的话，变频器一旦启动，电脑端和PLC的通讯很容易中断，用FT232则无此问题。个人认为稳定性：FT232>PL2303>CH340，这也反映在价格上。

（3）国产类STM32单片机，本人测试过北京兆易创新GD32F103VET6、珠海艾派克APM32F103VCT6、重庆雅特力AT32F403AVGT7，使用FlyMcu软件，mcuisp软件会产生各种不适。

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附录1、STM32加密烧录

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