模擬與燒錄程式有哪幾種方式?(包含常用工具與使用方式)

来源:https://www.cnblogs.com/iron2222/archive/2022/06/25/16410767.html
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寫在前面: 這幾天留校,在做一個電機驅動的項目,使用的是合肥傑發的平臺,車規級晶元AC7801/11系列晶元。 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。 單片機ISP、IAP和ICP幾種燒錄方式的區別 ...


寫在前面:

這幾天留校,在做一個電機驅動的項目,使用的是合肥傑發的平臺,車規級晶元AC7801/11系列晶元。
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

單片機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編程就是以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為數據輸入輸出引腳,ICPCK為編程時鐘輸入引腳。用戶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上運行的軟體(ICP編程工具)通過SWD的介面更新晶元內部APROM、LDROM、數據快閃記憶體(DataFlash)和目標用戶配置字(Config)

2.ISP(In System Programing)

與ICP不同的是,目標晶元通過USB/UART/SPI/I²C/RS-485/CAN等周邊介面的LDROM引導代碼去更新晶元的內部APROM、數據快閃記憶體(DataFlash)和用戶配置字(Config)。

3.IAP(In applicating Programing)

IAP就是通過軟體實現線上電擦除和編程的方法。IAP技術是從結構上將Flash存儲器映射為兩個存儲體,當運行一個存儲體上的用戶程式時,可對另一個存儲體重新編程,之後將程式從一個存儲體轉向另一個。

什麼是ISP:

用寫入器將code燒入,不過,晶元可以在目標板上,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"在系統編程",即不用脫離系統;

什麼是IAP:

在應用編程,有晶元本身(或通過外圍的晶元)可以通過一系列操作將code寫入,比如一款支持Iap的單片機,內分3個程式區,1作引導程式區,2作運行程式區,3作下載區,晶元通過串口接收到下載命令,進入引導區運行引導程式,在引導程式下將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,運行複位程式,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一般是通過單片機專用的串列編程介面對單片機內部的Flash存儲器進行編程;
    而IAP技術是從結構上將Flash存儲器映射為兩個存儲體,當運行一個存儲體上的用戶程式時,可對另一個存儲體重新編程,之後將控制從一個存儲體轉向另一個。

  • 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,通常可利用單片機的串列口接到電腦的RS232口,通過專門設計的固件程式來編程內部存儲器。

  • ISP和IAP很相似,都是不需要把晶元從板子上拔出來,就達到了用PC-MCU的編程介面(JTAG、串口、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代碼(這段Boot代碼一般是出廠預置,或使用編程器燒錄的,通常只有1k或4k,SST通常是占用一塊獨立的Block,Philips通常是讓BootROM地址與其他Flash重疊,以達到隱藏的效果),Boot負責控制擦除程式存儲器及給程式存儲器編程的代碼(或是處理器外部提供的執行代碼),然後通過某種與PC電腦的通信方式(如,ether網口),將用戶指定的某個在PC上編譯完成的MCU可運行的二進位代碼文件編程入MCU內的程式存儲器。

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存儲器可以由上位機的軟體通過串口來進行改寫。對於單片機來講可以通過SPI或其它的串列介面接收上位機傳來的數據並寫入存儲器中。所以即使我們將晶元焊接在電路板上,只要留出和上位機介面的這個串口,就可以實現晶元內部存儲器的改寫,而無須再取下晶元。

IAP的實現相對要複雜一些,在實現IAP功能時,單片機內部一定要有兩塊存儲區,一般一塊被稱為BOOT區,另外一塊被稱為存儲區。單片機上電運行在BOOT區,如果有外部改寫程式的條件滿足,則對存儲區的程式進行改寫操作。如果外部改寫程式的條件不滿足,程式指針跳到存儲區,開始執行放在存儲區的程式,這樣便實現了IAP功能。

簡言之:
ISP=>修改MCU 內部數據需要有外部介入;
IAP=>修改MCU 內部數據可以不用外部介入。
二者可以說是數據更新的一種實現機制。
一般具備ISP 功能後,就不要編程器了,而是使用下載線進行編程工作。但是不是說他們就一定不支持編程器了,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沒有必然的聯繫。
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是使用引導程式通過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單片機時使用的STC-ISP燒錄工具了。

3.IAP就是通過軟體實現線上電擦除和編程的方法,沒有使用任何工具,僅僅是通過軟體的方法來更新Flash中的數據。

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:使用引導程式(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編程的方法,不使用任何工具。程式通常分成兩塊,分別為引導程式和應用程式。

燒錄工具

J-Link是SEGGER公司為支持模擬ARM內核晶元推出的JTAG模擬器。配合IAR EWAR,ADS,KEIL,WINARM,RealView等集成開發環境支持所有ARM7/ARM9/ARM11,Cortex M0/M1/M3/M4, CortexA5/A8/A9等內核晶元的模擬,與IAR,Keil等編譯環境無縫連接,操作方便、連接方便、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元的燒錄與調試,極大地方便了工作並簡便了電腦介面

當然了作為要支持模擬ARM內核的模擬器 J-Link不止支持JTAG 同樣支持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

打開工程文件,在項目文件-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,註意下方為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,支持JTAG/SWD/SWIM三種模式。

  • 支持所有帶SWIM介面的STM8系列單片機
  • 支持所有帶JTAG/SWD介面的STM32系列單片機

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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模擬器支持:

  • 片上調試(使用片上JTAG/SWD/SWV)
  • FLASH存儲器編程(用戶可配置FLASH編程演算法)
  • 以下是各版本ULINK模擬器的區別,可見支持的晶元內核,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),主要用於晶元內部測試,現在多數的器件都支持JTAG協議,ARM、DSP、FPGA等,JTAG介面的單片機用電腦USB下載調試程式,需要用到J-Link(USB轉JTAG)。

標準的JTAG是四線:TDI,TMS,TCK,TDO,分別對應數據輸入,模式選擇,時鐘,數據輸出,複位管腳可不接。

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SWD

SWD全稱是Serial Wire Debug(串列調試),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,常見的接線信號如下所示,根據具體情況自主選擇。

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註意: 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,有提到建議添加,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系列單片機,ST-Link2與STM8連接只需要4根線,見表格。

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USB轉TTL

串口發送數據(USART)是STM32調試中經常使用的功能,但是電腦USB的電平標準與串口所使用的TTL標準不同,所以需要一條USB轉TTL線來完成它們之間的通信。

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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內核晶元模擬器,支持的晶元和軟體開發環境多,優選;
  • ST-Link是針對STM8/STM32,如果你使用STM8/STM32單片機,首選ST-Link,當然用JLink下載ST系列單片機也可以;
  • ULink專註於Keil平臺,支持ARM7/9,Cortex-M0~M4,ULink2還支持8051系列晶元,綜合性能(支持晶元種類、軟體開發環境及及調試速度)均不如JLink;
    三者都支持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,所需要的接線信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單片機,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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