模擬與燒錄程式有哪幾種方式？（包含常用工具與使用方式）

iron2222發表於2022-06-25

寫在前面：

這幾天留校，在做一個電機驅動的專案，使用的是合肥傑發的平臺，車規級晶片AC7801/11系列晶片。
但在進行模擬和程式燒錄的時候遇到了各種問題，藉助這個機會，私下裡總結了常見的模擬與燒錄程式常見的幾種方式，以及相關的操作，希望對大家有幫助。

在這裡插入圖片描述

微控制器ISP、IAP和ICP幾種燒錄方式的區別

1.ICP(In Circuit Programing)

使用硬體對應廠家的軟體以及模擬器都可以燒錄程式，目前主流的有JTAG和SWD介面。而ICP程式設計就是以SWD介面進行的。

執行ICP功能，僅需要三個引腳：RESET、ICPDA、和ICPCK。RESET用於進入或退出ICP模式，ICPDA為資料輸入輸出引腳，ICPCK為程式設計時鐘輸入引腳。使用者需要在系統板上預留VDD、GND和這三個引腳。

大致的工作流程：PC上執行的軟體（ICP程式設計工具）通過SWD的介面更新晶片內部APROM、LDROM、資料快閃記憶體（DataFlash）和目標使用者配置字（Config）

2.ISP(In System Programing)

與ICP不同的是，目標晶片通過USB/UART/SPI/I²C/RS-485/CAN等周邊介面的LDROM引導程式碼去更新晶片的內部APROM、資料快閃記憶體(DataFlash)和使用者配置字(Config)。

3.IAP(In applicating Programing)

IAP就是通過軟體實現線上電擦除和程式設計的方法。IAP技術是從結構上將Flash儲存器對映為兩個儲存體，當執行一個儲存體上的使用者程式時，可對另一個儲存體重新程式設計，之後將程式從一個儲存體轉向另一個。

什麼是ISP:

用寫入器將code燒入,不過,晶片可以在目標板上,不用取出來,在設計目標板的時候就將介面設計在上面,所以叫"在系統程式設計",即不用脫離系統;

什麼是IAP:

在應用程式設計,有晶片本身(或通過外圍的晶片)可以通過一系列操作將code寫入,比如一款支援Iap的微控制器,內分3個程式區,1作載入程式區,2作執行程式區,3作下載區,晶片通過串列埠接收到下載命令,進入引導區執行載入程式,在載入程式下將new code內容下載到下載區,下載完畢並校驗通過後再將下載區內容複製到2區,執行復位程式,則Iap完成;

應用場合:

  • ISP 程式升級需要到現場解決,不過好一點的是不必拆機器了;

  • IAP 如果有網管系統的話,用網管下載一切搞定,人不用跑來跑去

異同

  • ISP一般是通過微控制器專用的序列程式設計介面對微控制器內部的Flash儲存器進行程式設計；
    而IAP技術是從結構上將Flash儲存器對映為兩個儲存體,當執行一個儲存體上的使用者程式時,可對另一個儲存體重新程式設計,之後將控制從一個儲存體轉向另一個。

  • ISP的實現一般需要很少的外部電路輔助實現；
    而IAP的實現更加靈活,通常可利用微控制器的序列口接到計算機的RS232口,通過專門設計的韌體程式來程式設計內部儲存器。

  • ISP和IAP很相似，都是不需要把晶片從板子上拔出來，就達到了用PC-MCU的程式設計介面(JTAG、串列埠、雙絞線、SPI等)搞定新版本的升級的目的。

MCU內部都是首先執行一段獨立的Boot程式碼(這段Boot程式碼一般是出廠預置，或使用程式設計器燒錄的，通常只有1k或4k，SST通常是佔用一塊獨立的Block，Philips通常是讓BootROM地址與其他Flash重疊，以達到隱藏的效果)，Boot負責控制擦除程式儲存器及給程式儲存器程式設計的程式碼(或是處理器外部提供的執行程式碼)，然後通過某種與PC計算機的通訊方式(如，ether網口)，將使用者指定的某個在PC上編譯完成的MCU可執行的二進位制程式碼檔案程式設計入MCU內的程式儲存器。

ISP和IAP的實際使用

ISP的實現相對要簡單一些，一般通用做法是內部的儲存器可以由上位機的軟體通過串列埠來進行改寫。對於微控制器來講可以通過SPI或其它的序列介面接收上位機傳來的資料並寫入儲存器中。所以即使我們將晶片焊接在電路板上，只要留出和上位機介面的這個串列埠，就可以實現晶片內部儲存器的改寫，而無須再取下晶片。

IAP的實現相對要複雜一些，在實現IAP功能時，微控制器內部一定要有兩塊儲存區，一般一塊被稱為BOOT區，另外一塊被稱為儲存區。微控制器上電執行在BOOT區，如果有外部改寫程式的條件滿足，則對儲存區的程式進行改寫操作。如果外部改寫程式的條件不滿足，程式指標跳到儲存區，開始執行放在儲存區的程式，這樣便實現了IAP功能。

簡言之：
ISP=>修改MCU 內部資料需要有外部介入；
IAP=>修改MCU 內部資料可以不用外部介入。
二者可以說是資料更新的一種實現機制。
一般具備ISP 功能後，就不要程式設計器了，而是使用下載線進行程式設計工作。但是不是說他們就一定不支援程式設計器了，具體型號具體分析。是否需要模擬器進行模擬和是否具備ISP和IAP沒有必然的聯絡。
只不過具備了IAP功能，可以在MCU內寫入監控程式，模擬一個模擬器，當然，這個監控程式是要消耗資源的，和使用硬體的模擬器還有一定的差異。

各自的燒錄工具

1.ICP使用SWD介面進行燒錄程式。

常用的燒錄工具為J-Link、ST-Link、Nu-Link。與之配套的燒錄軟體為J-Flash、NuMicro_ICP_Programming_Tool、st-link utility。

2.ISP是使用載入程式通過USB/UART等介面進行燒錄的，

首先就是需要有bootloader。最常見的燒錄方式就是學習8051微控制器時使用的STC-ISP燒錄工具了。

3.IAP就是通過軟體實現線上電擦除和程式設計的方法，沒有使用任何工具，僅僅是通過軟體的方法來更新Flash中的資料。

小結：

1.ICP：使用SWD介面進行燒錄，如J-Link燒錄器和J-Flash軟體配合使用。

2.ISP：使用載入程式（bootloader）加上外圍UART/USB等介面進行燒錄。

3.IAP：軟體自身實現線上電擦除和程式設計的方法，不使用任何工具。程式通常分成兩塊，分別為載入程式和應用程式。

燒錄工具

J-Link是SEGGER公司為支援模擬ARM核心晶片推出的JTAG模擬器。配合IAR EWAR，ADS，KEIL，WINARM，RealView等整合開發環境支援所有ARM7/ARM9/ARM11，Cortex M0/M1/M3/M4， CortexA5/A8/A9等核心晶片的模擬，與IAR，Keil等編譯環境無縫連線，操作方便、連線方便、簡單易學，是學習開發ARM最好最實用的開發工具。

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簡單來說： J-Link是一個JTAG協議轉換盒，它通過USB傳輸，在模擬器內部轉換成JTAG協議，實現了了一個從軟體到硬體轉換的工作。使用者只需要一個USB介面，便可以實現JTAG下載， 在以前JTAG協議都是用20pin的轉接頭(上圖)，但是隨著時代的發展，很多電腦都不在配備並口的，取而代之的是越來越多的USB介面，這就隨之而誕生了J-Link模擬器，只需要一個USB介面，使用者就可以實現晶片的燒錄與除錯，極大地方便了工作並簡便了電腦介面。

當然了作為要支援模擬ARM核心的模擬器 J-Link不止支援JTAG 同樣支援SWD下載

SWD下載方式接線：

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IAR與MDK配置兩種下載方式

IAR

開啟工程檔案，在專案檔案-右鍵-Options

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找到J-Link/J-Trace - Connection -選擇下載模式

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MDK:

首先確定下載方式正確 然後Settings。
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之後可以修改下載方式與下載速度，注意下方為USB模式

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ST-Link是ST意法半導體為評估、開發STM8/STM32系列MCU而設計的集線上模擬與下載為一體的開發工具，支援JTAG/SWD/SWIM三種模式。

  • 支援所有帶SWIM介面的STM8系列微控制器
  • 支援所有帶JTAG/SWD介面的STM32系列微控制器

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ULINK已經停產，在售的是ULINK2和ULINKpro版本，ULINK2是ARM/KEIL公司（2005年ARM收購了KEIL）最新推出的配套RealView MDK使用的模擬器，ULINK2模擬器也被稱為Keil ULINK2、ARM ULINK2模擬器。

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ULINK2模擬器支援：

  • 片上除錯（使用片上JTAG/SWD/SWV）
  • FLASH儲存器程式設計（使用者可配置FLASH程式設計演算法）
  • 以下是各版本ULINK模擬器的區別，可見支援的晶片核心，軟體開發工具等內容；

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JTAG

JTAG（Joint Test Action Group，聯合測試行動小組）是一種國際標準測試協議（IEEE 1149.1相容），主要用於晶片內部測試，現在多數的器件都支援JTAG協議，ARM、DSP、FPGA等，JTAG介面的微控制器用電腦USB下載除錯程式，需要用到J-Link（USB轉JTAG）。

標準的JTAG是四線：TDI，TMS，TCK，TDO，分別對應資料輸入，模式選擇，時鐘，資料輸出，復位管腳可不接。

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SWD

SWD全稱是Serial Wire Debug（序列除錯），SWD模式下用JLink給我們的板子debug時，是用標準的二線DIO和CLK，RESET管腳可不接，當你頻繁下載失敗時，可接上RESET管腳再試。

在高速模式下，SWD比JTAG更可靠一些，常見的接線訊號如下所示，根據具體情況自主選擇。

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注意： SWD模式下，SWDIO的上拉電阻可預留不貼，在ST的一些MCU參考設計中，有提到建議新增，實際測試不加不影響下載。

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SWIM

SWIM介面常見於ST的STM8系列微控制器，ST-Link2與STM8連線只需要4根線，見表格。

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USB轉TTL

串列埠傳送資料(USART)是STM32除錯中經常使用的功能，但是電腦USB的電平標準與串列埠所使用的TTL標準不同，所以需要一條USB轉TTL線來完成它們之間的通訊。

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大結

J-Link、ST-Link、ULink三種模擬器之間的區別：

  • JLink是通用型的ARM核心晶片模擬器，支援的晶片和軟體開發環境多，優選；
  • ST-Link是針對STM8/STM32，如果你使用STM8/STM32微控制器，首選ST-Link，當然用JLink下載ST系列微控制器也可以；
  • ULink專注於Keil平臺，支援ARM7/9，Cortex-M0~M4，ULink2還支援8051系列晶片，綜合效能（支援晶片種類、軟體開發環境及及除錯速度）均不如JLink；
    三者都支援JTAG和SWD模式；

JTAG、SWD、SWIM三種下載模式的區別：

  • JTAG接線比較多，高速模式下穩定性不如SWD；
  • SWD接線少，可空出多餘的GPIO，所需要的接線訊號不同模擬器會有所差別（主要在VCC和RESET），DIO和CLK必接；
  • SWIM常見於STM8微控制器，需用4根線；

寫在最後

時間過的真快，去年這個時候自己一個人到上海求學，正愁著找不到住的地方，眨眼間一年過去了，有時間寫個這一年的總結吧，先挖個坑~
最後祝大家早安，午安和晚安？

參考文獻：
https://blog.csdn.net/error_again/article/details/108253440
http://t.csdn.cn/h2YQX
http://t.csdn.cn/xL5Tk

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