一、什么是Bootloader？

大家都知道，Arduino的本質就是“ATmega單片機最小系統板+USB轉串口芯片”。所有單片機的應用開發中，均涉及到將編譯好的程序上傳（燒錄）到單片機的程序存儲器（一種ROM）中的過程。當前主流的單片機都支持ISP（In System Programing，在系統編程），即無需將單片機芯片從電路板（系統）上取下，即可對其上傳（燒錄）程序，其基本原理主要是通過串行通信端口或SPI（Serial Peripheral Interface，串行外設接口）端口來將程序從電腦傳輸到單片機的。為了在通用的通信接口上實現這種專用目的的數據傳輸，需要在單片機的ROM中事先燒錄一段代碼，這段代碼在每次加電時自動運行，主要用于檢測來自電腦端的程序傳輸信號，如果檢測到特定信號，則啟動程序上傳（燒錄）過程，否則就轉去執行常規程序。這段代碼就叫做Bootloader。
總之，Bootloader本質上與單片機程序存儲器里存儲的常規程序并無二致，可以將其理解為一種專用功能的程序，因而Bootloader本身也是可以向上傳（燒錄）程序一樣進行修改的。
Arduino為配合IDE實現一鍵上傳（燒錄）程序，為各型號的Arduino板定制了專用的Bootloader，IDE會根據工具-處理器和工具-開發板中的設置配合特定型號Arduino板的Bootloader來進行程序上傳（燒錄）。如果上述菜單中的設置與目標Arduino板中的Bootloader不匹配，則會出現長時間停留在上傳中……最后提示上傳失敗的情況。一個具體的例子可參見：Arduino IDE的安裝、測試與相關設置。

二、如何讓Arduino變身編程器（燒錄器）

由于Arduino所采用的單片機支持SPI通信協議以及通過該協議上傳（燒錄）程序，因而Arduino本身通過編程即可變身基于SPI協議的編程器。
操作過程非常簡單，打開文件-示例-11.ArduinoISP，將其上傳到Arduino板，此時的Arduino板就成為了一個編程器。使用這個編程器，通過Arduino板上的6針ICSP（ in-circuit serial programming）接口（各型號Arduino板均提供的基于SPI協議的編程接口），就可以對目標Arduino板進行更新Bootloader和上傳（燒錄）程序的操作了。

三、用NANO更新NANO Bootloader

NANO編程器用作編程器

1. 如圖連接兩個NANO；
2. 將作為編程器的NANO（左）用USB線連接到電腦；
3. 在工具-開發板中選擇目標板的型號，此處為Arduino NANO；
4. 在工具-處理器中選擇ATmega328P，這就是2018年1月后新官方NANO的Bootloader；
5. 在工具-端口中選擇作為編程器的NANO所連接的端口（作為目標的NANO無需接USB線，由作為編程器的NANO為其供電）；
6. 在工具-編程器中選擇Arduino as ISP；
7. 單擊工具-燒錄引導程序，將Bootloader燒錄至目標NANO。

如果使用UNO作為目標板或編程器，操作過程與連接方式完全同上。可參考文后參考資料。

四、將NANO用作編程器（燒錄器）

利用上面的連接方式，除了向目標板燒錄Bootloader外，也可以向目標板燒錄用戶編寫的程序，這一點佐證了Bootloader與用戶程序沒有本質區別。具體操作過程是：

1. 如上圖連接兩個NANO；
2. 將作為編程器的NANO（左）用USB線連接到電腦；
3. 在工具-開發板中選擇目標板的型號，此處為Arduino NANO；
4. 在工具-處理器中選擇ATmega328P，這就是2018年1月后新官方NANO的Bootloader，若沒有更新，則需要選擇ATmega328P (Old Bootloader)，總之3、4兩項要與目標板相匹配；
5. 在工具-端口中選擇作為編程器的NANO所連接的端口（作為目標的NANO無需接USB線，由作為編程器的NANO為其供電）；
6. 在工具-編程器中選擇Arduino as ISP；
7. **使用項目-使用編程器上傳菜單項啟動“編譯+上傳”的過程，這一步須注意，不能使用工具欄中的右向箭頭（上傳）圖標。

五、在面包板上搭建自己的Arduino

通過上述原理可知，對于一個ATmega328P的最小系統，只要燒錄進相應Arduino型號的Bootloader，即可將其“變成”一個Arduino板，即能夠使用Arduino IDE為之編寫并上傳程序。
因此，我們可以參照Arduino NANO或UNO的電路圖搭建ATmega328P的最小系統，然后利用另外一塊作為編程器的NANO為之燒錄Bootloader，燒錄完成之后，即可利用第四節介紹的方法，在Arduino IDE中向其上傳我們編寫的程序了。

DIYduino電路圖

ATmega328P最小系統的參考電路圖如上圖所示。所需原件如下：

1. 晶振 16MHz 1個
2. 瓷片電容 22pF 2個
3. 瓷片電容 100nF 2個
4. 電解電容 47uF 1個
5. 電阻 10K 1個
6. 電阻 1M 1個
7. 集成電路 ATmega328PU（DIP28封裝） 1個

ATmega328P引腳與作為編程器的NANO或UNO端口連接的對應關系如下：

需要注意的是：這個DIYduino可以通過作為編程器的NANO下載程序，但是無法像標準Arduino那樣直接與電腦進行串口通信， 因為這里上傳程序使用的是SPI通信方式而非串口通信方式，若要使用串口與電腦通信，仍需外接USB到串口（TTL）的轉接器。

參考資料：

Arduino - ArduinoISP https://www.arduino.cc/en/tutorial/arduinoISP