AVR单片机烧写Arduino bootloader

关于bootloader

Arduino

通常情况下MCU烧写程序都需要通过专门的编程器进行。
假使每次复位时MCU不是从程序存储器起始位置开始读取命令，而是预先加载一段指令，实现一些设置和功能，再开始执行代码。这样可以极大的方便MCU编程与使用，而这些预先写入的程序代码就是bootloader。
Arduino通过预先写入的bootloader，当用户通过串口给Arduino板下载程序时，Arduino板首先会复位一次，这样就进入了bootloader。接着向Arduino板发送特定的下载指令，bootloader识别到这些指令后就会开始接收待更新的程序代码，并写入到内部flash中；如果没有进行下载，bootloader没有识别到下载指令，那么它就会跳转到程序区正常工作。
总结上述内容，可以理解为：Arduino之所以能用一根usb线就愉快下载程序的原因就是bootloader。

问题来了:

有些情况下我们需要自己搭建Arduino最小系统板，或者将其嵌入到自己的PCB项目里。这些只要你想都很容易，但是：新出厂的ATmega328p等等MCU里是没有bootloader的，怎么办？这时就需要自己烧写。

烧写bootloader

• 硬件接口

烧写bootloader本质上只是使用编程器烧写一段特殊的程序到MCU中，因此其方法与使用编程器烧写程序是一样的，这个方法在不同厂商、不同种类的单片机上都是不同的。
对于一般的Arduino开发板使用的AVR单片机来说，烧写程序是通过ICSP（in-circuit serial programmming）硬件接口来实现的。

Arduino UNO Rev3上的ICSP接口

如图所示，Arduino UNO Rev3上有两个ICSP接口，
分别对应其中ATmega32u4（左上，用于usb转串口）
和ATmega328p（右下，用于正常执行指令）。

`对于一般的Arduino开发板，只需要对主处理器烧写bootloader即可。
如：ATmega328p、ATmega1280、ATmega2560等MCU。`

ICSP接口有6个引脚，其定义如下表所示，MISO对应引脚1。

(1) MISO	VCC
SCK	MOSI
Reset	GND

引脚可以分为三个部分：

•   SPI接口 `MISO` `MOSI` `SCK` 
•   电源 `VCC` `GND` 
•   复位 `Reset `

有些Arduino开发板中不仅引出了ICSP接口，同时其中的SPI接口部分的引脚也可以复用作为普通IO使用，包含在了普通的IO口排座中。部分开发板如Pro MINI等则没有专门设置ICSP接口排针，但所有引脚均引出。下表是部分Arduino开发板上IO口与SPI引脚的对应关系。

Arduino MCU	MOSI	MISO	SCK
ATmega328p	11	12	13
mega1280\mega2560	51	50	52
Intel Curie	11	12	13

•烧写过程

烧写bootloader可以使用多种编程器。
Arduino IDE的Tools -> Programmer下显示了所有支持的编程器列表：

支持烧写的编程器列表

在此小编推荐大家使用`Arduino as ISP`方式，此方式较为简单而且成功率高。

Arduino as ISP简单来说就是将一块Arduino开发板作为编程器：给它用普通方式下载一段专门的程序，将其变为一个ISP下载器。
准备好编程器后，将其相应引脚与待烧写bootloader的开发板对应引脚相连，并通过Arduino IDE来进行bootloader烧写。

步骤如下：

    •   1、制作编程器板

打开IDE,Files -> Examples -> ArduinoISP -> ArduinoISP
接入作为编程器的Arduino开发板并下载此程序，我们称其为编程器板。

制作编程器板需下载的对应程序

    •   2、编程器板与待烧写板连接

对应连接关系如下表所示：

编程器板	待烧写板
MISO/ 12	MISO / ICSP-1
Vcc / 5V	Vcc / ICSP-2
SCK / 13	SCK / ICSP-3
MOSI / 11	MOSI / ICSP-4
10	Reset / ICSP-5
GND	GND / ICSP-6

实际连接电路示例如下：

编程器与ICSP接口连接电路示意

编程器与引脚直接连接电路示意

    •   3、使用Arduino IDE进行bootloader烧写

按照步骤2连接好电路后，打开IDE，执行如下步骤：

点击Tools -> Boards选择待烧写板的类型；

在Tools -> Programmer中选择Arduino as ISP；

点击Tools -> Burn Bootloader；

选择待烧写板的类型

使用Arduino IDE进行bootloader烧写

烧录Bootloader

自测实拍

写了这么多，到底好不好用呢，小楊今天就用自己的画的PCB试试效果。步骤如上文所述。效果如下：

用UNO作为编程器，与自己画的待烧写PCB连接

Bootloader烧录成功后D13灯会同时闪烁

测试下载成功

以上就是通过已有的Arduino开发板对部分AVR单片机进行bootloader烧写的一种方法。当然方法很多，各有优缺点大家根据自己的喜好和需要进行选择。不足之处还请大家批评指正。

希望文章内容对您稍有帮助。

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附：Arduino官方参考文档地址

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                                        禾灮·小楊
                                       2018.07.17