關于bootloader

Arduino

• 通常情況下MCU燒寫程序都需要通過專門的編程器進行。
• 假使每次復位時MCU不是從程序存儲器起始位置開始讀取命令，而是預先加載一段指令，實現一些設置和功能，再開始執行代碼。這樣可以極大的方便MCU編程與使用，而這些預先寫入的程序代碼就是bootloader。
• Arduino通過預先寫入的bootloader，當用戶通過串口給Arduino板下載程序時，Arduino板首先會復位一次，這樣就進入了bootloader。 接著向Arduino板發送特定的下載指令，bootloader識別到這些指令后就會開始接收待更新的程序代碼，并寫入到內部flash中；如果沒有進行下載，bootloader沒有識別到下載指令，那么它就會跳轉到程序區正常工作。
• 總結上述內容，可以理解為：Arduino之所以能用一根usb線就愉快下載程序的原因就是bootloader。

問題來了:

• 有些情況下我們需要自己搭建Arduino最小系統板，或者將其嵌入到自己的PCB項目里。這些只要你想都很容易，但是：新出廠的ATmega328p等等MCU里是沒有bootloader的，怎么辦？這時就需要自己燒寫。

燒寫bootloader

? 硬件接口

燒寫bootloader本質上只是使用編程器燒寫一段特殊的程序到MCU中，因此其方法與使用編程器燒寫程序是一樣的，這個方法在不同廠商、不同種類的單片機上都是不同的。
對于一般的Arduino開發板使用的AVR單片機來說，燒寫程序是通過ICSP（in-circuit serial programmming）硬件接口來實現的。

Arduino UNO Rev3上的ICSP接口

如圖所示，Arduino UNO Rev3上有兩個ICSP接口，
分別對應其中ATmega32u4（左上，用于usb轉串口）
和ATmega328p（右下，用于正常執行指令）。

`對于一般的Arduino開發板，只需要對主處理器燒寫bootloader即可。
如：ATmega328p、ATmega1280、ATmega2560等MCU。`

ICSP接口有6個引腳，其定義如下表所示，MISO對應引腳1。

引腳可以分為三個部分：

?   SPI接口 `MISO` `MOSI` `SCK` 
?   電源 `VCC` `GND` 
?   復位 `Reset `

有些Arduino開發板中不僅引出了ICSP接口，同時其中的SPI接口部分的引腳也可以復用作為普通IO使用，包含在了普通的IO口排座中。部分開發板如Pro MINI等則沒有專門設置ICSP接口排針，但所有引腳均引出。下表是部分Arduino開發板上IO口與SPI引腳的對應關系。

?燒寫過程

燒寫bootloader可以使用多種編程器。
Arduino IDE的Tools -> Programmer下顯示了所有支持的編程器列表：

支持燒寫的編程器列表

在此小編推薦大家使用`Arduino as ISP`方式，此方式較為簡單而且成功率高。

Arduino as ISP簡單來說就是將一塊Arduino開發板作為編程器：給它用普通方式下載一段專門的程序，將其變為一個ISP下載器。
準備好編程器后，將其相應引腳與待燒寫bootloader的開發板對應引腳相連，并通過Arduino IDE來進行bootloader燒寫。

步驟如下：

    ?   1、制作編程器板

打開IDE,Files -> Examples -> ArduinoISP -> ArduinoISP
接入作為編程器的Arduino開發板并下載此程序，我們稱其為編程器板。

制作編程器板需下載的對應程序

    ?   2、編程器板與待燒寫板連接

對應連接關系如下表所示：

實際連接電路示例如下：

編程器與ICSP接口連接電路示意

編程器與引腳直接連接電路示意

    ?   3、使用Arduino IDE進行bootloader燒寫

按照步驟2連接好電路后，打開IDE，執行如下步驟：

• 點擊Tools -> Boards選擇待燒寫板的類型；
• 在Tools -> Programmer中選擇Arduino as ISP；

• 點擊Tools -> Burn Bootloader；

  
  
  選擇待燒寫板的類型
  
  
  使用Arduino IDE進行bootloader燒寫
  
  
  燒錄Bootloader

自測實拍

寫了這么多，到底好不好用呢，小楊今天就用自己的畫的PCB試試效果。步驟如上文所述。效果如下：

用UNO作為編程器，與自己畫的待燒寫PCB連接

Bootloader燒錄成功后D13燈會同時閃爍

測試下載成功

以上就是通過已有的Arduino開發板對部分AVR單片機進行bootloader燒寫的一種方法。當然方法很多，各有優缺點大家根據自己的喜好和需要進行選擇。不足之處還請大家批評指正。

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附：Arduino官方參考文檔地址

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                                       2018.07.17