基于USBASP给AVR单片机烧写Arduino bootloader和application固件

Arduino 微控制器的数字端口和模拟端口与 ATMEGA 328 芯片引脚的对应关系图如下。其中，标有 0~13 标号的引脚对应的是数字端口；在 0~13 前面有符号“~”的引脚对应的端口具有 PWM 输出功能；标有 A0~A5 标号的是模拟端口。

Arduino板由于操作不当导致固件损坏，或者想把自己开发的板子用到Arduino生态中去，这里介绍一下基于外购的USBASP烧录器通过USB转SPI接口将Arduino的bootloader烧写进目标MCU的FLASH，就之后就可以用Arduino IDE通过UART下载APP到目标MCU了。首先确保手上有一个USBASP下载器，淘宝上一搜一大堆。

一、准备工作：

1）给USBASP板子装驱动程序

注意选择好驱动程序所在目录之后，win10可能会弹窗报错，说INF不包含数字签名所以拒绝安装驱动程序，此刻请参考《解决Win10安装驱动时，INF不包含数字签名信息》一文，设置windows系统有条件重启，需选择“禁用驱动程序强制签名”，然后再尝试安装驱动程序。注意USBasp的驱动程序也讲究版本，我图便宜是在“优信电子”淘宝店买的下载板，但店家提供的驱动程序libusb0.dll的版本是V0.1.10.1，着实太老了，结果智峰固件下载软件PROGISP V1.72运行时会报错说没有找到下载板或下载板到目标板连线错误，我只得将驱动程序换成其他店家提供的V1.2.4.0的版本：USBasp-win-driver-x86-x64-ia64-v1.2.4，这之后才能成功下载bootloader的hex文件到目标MCU。下图是安装好驱动程序之后的“设备管理器”截屏：

2）连接USBASP到Arduino UNO

注意USBASP下载接口是10PIN插针，而Arduino UNO板载的下载接口是6PIN插针，需要按下图的管脚定义用杜邦线飞线连接。下图是连接好杜邦线之后的照片：

其中： MOSI连MOSI，SCK连SCK，MISO连MISO，RESET连RSET，最后把VCC和GND连好，USBASP能对arduino提供5Ｖ供电，因此无需再给Arduino UNO供电。

二、下载bootloader

线连好之后就可以下载bootloader了，需运行淘宝店提供的配套软件PROGISP V1.72，操作步骤如下：

以Arduino UNO为例，它板载了一颗ATmega328P芯片，因此在第一步栏选择ATmega328P，然后第二步点击按钮。如果下面的文本框提示"读出ID成功"，说明你的目标MCU已经被下载器识别到了。

第三步熔丝位配置部分如下，★★注意熔丝位配置好后一定要点写入，检验熔丝位有没有正确写入，可以在点写入之后再点读出，看是否与写入相同！

第四步选择一个bootloader的hex文件，点击<调入FLASH>，我电脑的hex文件所在的目录是C:\Program Files (x86)\Arduino\hardware\arduino\avr\bootloaders\optiboot

这之后还有关键一步，即设置编程参数！千万不能省，严禁勾选“加密芯片”选项！否则你的芯片可能跪了。这里只勾选三个选项：<校验falsh>，<芯片擦除>，<编程FLASH>，如下图所示。

第五步点击自动，等待程序下载完成，这样我们就完成了bootloader的烧写。此后，拔掉UNO板和下载器相连的6-PIN连接线（不拔线也行），然后用arduino IDE上传BLINK程序看看，应该完全OK。如果arduino IDE报错“avrdude: stk500_disable(): protocol error, expect=0x14, resp=0x10”，我尝试在上一步多勾选一项“编程熔丝”，再在点击“自动”，这之后就arduino IDE再上传BLINK就不报错了。

鸣谢：

1，《使用USBASP给Arduino烧写bootloader教程》，

https://blog.csdn.net/armcsdn/article/details/103682010

2，《解决Win10安装驱动时，INF不包含数字签名信息》，

https://jingyan.baidu.com/article/375c8e19c2b25b25f2a229a3.html

当然，我们也可以只把arduino IDE只当编译器用，固件下载和串口通信都不依靠arduino IDE，就像开发传统mcu那样。欲在Arduino IDE中编译源码得到可烧录hex文件，需要执行如下的步骤：

点击Arduino IDE的菜单<文件>–<首选项>，弹出<首选项>页面：

首先勾选上图画圈位置的默认未勾选项即<显示详细输出:>的<编译>和<上传>，然后点击上图方框的xxx\preference.txt链接，会弹出该preference.txt所在的目录。注意Arduino IDE已经明确告知用户“（只能在 Arduino未运行时进行编辑）”，所以在编辑该preference.txt文件之前请先关闭Arduino IDE，再编辑preference.tx在第一行插入一段文字“build.path=d:\arduino_hex”

上图新增的红框文字“build.path=d:\arduino_hex”，就是这之后每次在Arduino IDE点击编译之后hex文件的输出文件夹，所以用户需要如文字所述新建一个名为“d:\arduino_hex”的文件夹。下图展示了PHY.ino源码经过编译之后，在d:\arduino_hex文件夹中生成的系列可烧录文件，注意除了《PHY.ino.hex》，还有《PHY.ino.with_bootloader.hex》。注意Arduino IDE每次编译，都会先清空d:\arduino_hex文件夹，再创建编译输出文件。

下面用Beyond Compare来对比下两个hex文件，开端处《PHY.ino.hex》比《PHY.ino.with_bootloader.hex》少了一段话“:020000040000FA”，主要区别在后端，疑似《PHY.ino.with_bootloader.hex》多了一截bootloader代码，而且为了配合bootloader的跳转其APP固件数据的结尾7段内容也略有不同。

下面用Beyond Compare来对比下另两个hex文件，《optiboot_atmega328.hex》明显就是《PHY.ino.with_bootloader.hex》中比《PHY.ino.hex》多出来的那截bootloader代码。

所以，用下载bootloader代码的智峰固件下载软件PROGISP，打开我们编译出来的hex文件，再基于USBASP板子，就可以把hex文件的固件数据通过USBASP板子的USB转SPI接口，烧录到ATMega328的FLASH。实践证明，无论是烧录不带bootloader的《PHY.ino.hex》，还是烧录带bootloader的《PHY.ino.with_bootloader.hex》，MCU都能实现源码既定的目标。当然如果烧录的固件是不带bootloader的《PHY.ino.hex》，那么在Arduino IDE里面就无法再上传（通过UART下载）代码到MCU了。

十多年前我曾经编程过Mega88用做ONU光模块的MCU，固件下载是基于CH341A的USB转SPI总线发命令来实现的。PC上位机界面如下红框所示，好久有时间了可以试试自己开发一个USB转SPI主机程序，来替代智峰固件下载软件PROGISP，实现对ATMega328的固件下载。遗憾的是，据ATMEGA328的原厂Microchip公司的本地FAE说，Microchip已经和Arduino解约，不再提供技术支持。所以我获取不到ATMega328的固件下载协议，只有试试原先ATMega88的固件下载源码看得行不了。

另外，Microchip公司的本地FAE还说，只有在+5V供电情况下，给ATMEGA328外置了最高16MHz的晶体，ATMEGA328才能在Arduino IDE中通过UART口下载application固件。如果改用+3.3V供电，主频将降至8MHz（ATMEGA328的时钟源可以是0~20MHz的外置晶体External Crystal Oscillator，熔丝位CKSEL[3…0]=0000b；可以是8MHz的内置的已校准振荡器Internal Calibrated RC Oscillator，熔丝位CKSEL[3…0]=0010b；可以是128KHz的内置的已校准振荡器Internal Calibrated RC Oscillator熔丝位CKSEL[3…0]=0011b）。我还看到有帖子说，如果硬件更改了主频，还需要找到makefile一并更改clock的编译条件，不简单不简单，固件开发是一门永无止境的学问，只求乐在其中，优哉游哉。

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