【STM32】自举模式 和 程序下载（ST-Link和串口示例）
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- STM32中文社区
如果遇到不清楚的概念，可以看之前的文章。
- 一、自举模式
- 二、程序下载
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- 2.1 概述
- 2.2 实操
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- 2.21 SWD 方式下载（ST-Link）
- 2.22 串口下载
一、自举模式
STM32有一个特殊的功能，就是可以通过不同的方式启动程序，这就是所谓的自举模式（Boot Mode）。
STM32的自举模式由两个引脚控制，分别是BOOT0和BOOT1，它们可以接到不同的电平（高电平或低电平），从而决定STM32从哪里启动程序。
STM32有三种自举模式，分别是：
- 主闪存模式（
Main Flash memory mode）：这是默认的自举模式，当BOOT0为低电平，BOOT1为任意电平时，STM32会从主闪存(Flash)中启动程序。主闪存是STM32内部的非易失性存储器，可以通过编程工具或者内置的串行引导加载器（serial bootloader）来烧写程序。 - 系统存储器模式（
System memory mode）：这是一种特殊的自举模式，当BOOT0为高电平，BOOT1为低电平时，STM32会从系统存储器中启动程序。系统存储器是STM32内部的只读存储器（ROM），其中存放了一个串行引导加载器（serial bootloader），它可以通过串口、USB或者CAN等接口来接收外部的程序，并将其写入主闪存或者外部的存储器设备。 - 嵌入式SRAM模式（
Embedded SRAM mode）：这是一种调试用的自举模式，当BOOT0为高电平，BOOT1为高电平时，STM32会从嵌入式SRAM中启动程序。嵌入式SRAM是STM32内部的易失性存储器，它可以通过JTAG或者SWD等调试接口来加载程序。这种模式通常用于开发和测试阶段，不适合生产环境。
自举模式的选择对于STM32的应用开发和调试非常重要，它可以影响STM32的启动速度、安全性和灵活性。通过合理地利用自举模式，可以实现不同的功能和需求，例如：
- 通过串行引导加载器来更新程序，无需使用专用的编程工具或者拆卸设备。
- 通过嵌入式SRAM模式来快速验证程序的功能和性能，无需烧写主闪存。
- 通过主闪存模式来保证程序的稳定性和安全性，防止被篡改或者损坏。
BOOT0 和 BOOT1 这2个引脚在开发板上是会明确标注的。但是当你去看芯片的引脚分布图时，有可能只能看到BOOT0引脚，找不到BOOT1引脚，这是因为BOOT1引脚有可能是与其他引脚复用的。
拿STM32F103C8T6来说：64KB Flash+20KB SRAM（还有64KB ROM）。它的引脚是48个，LQFP封装，它的引脚分布图如下：
BOOT0明确为44引脚。
BOOT1是与PB2复用的，即20引脚，在芯片手册的引脚定义表格中可以看到：
二、程序下载
一般情况下，我们的程序是下载到Flash中的。好比你在电脑上下载安装软件，安装位置一般就是SSD（与Flash类似）。
下面介绍的3中方法对应系统存储期模式和Flash模式（下载方法不限于下面3种）。
2.1 概述
（1）串行引导加载器（serial bootloader）
串行引导加载器是STM32内置的一个程序，它存放在系统存储器中（ROM），可以通过串口、USB或者CAN等接口来接收外部的程序，并将其写入主闪存或者外部的存储器设备。
- 串行引导加载器的优点是无需使用专用的编程工具或者拆卸设备，只需要一根数据线和一个电脑就可以完成下载。
- 缺点是速度较慢，而且需要配置好自举模式和接口参数。
要使用串行引导加载器下载程序，需要按照以下步骤进行：
- 将STM32的BOOT0引脚接高电平，BOOT1引脚接低电平，选择系统存储器模式。
- 将STM32的串口、USB或者CAN接口连接到电脑上，并安装相应的驱动程序。
- 打开一个串口终端软件（如PuTTY）、USB转串口软件（如STSW-LINK009）或者CAN转串口软件（如CANalyst-II），并设置好波特率、数据位、停止位等参数。
- 复位STM32，并在终端软件中发送一个0x7F字节，以激活串行引导加载器。
- 如果收到一个0x79字节的应答，表示串行引导加载器已经准备好接收命令。如果没有收到应答，可能是参数设置错误或者连接问题，需要检查并重试。
- 发送一个读取命令（0x11），并指定要读取的存储器地址和长度。如果收到一个0x79字节的应答，表示命令有效。如果收到一个0x1F字节的应答，表示命令无效或者地址错误，需要检查并重试。
- 读取返回的数据，并校验其正确性。
- 发送一个擦除命令（0x43），并指定要擦除的扇区号。如果收到一个0x79字节的应答，表示命令有效。如果收到一个0x1F字节的应答，表示命令无效或者扇区号错误，需要检查并重试。
- 发送一个写入命令（0x31），并指定要写入的存储器地址和数据。如果收到一个0x79字节的应答，表示命令有效。如果收到一个0x1F字节的应答，表示命令无效或者地址错误，需要检查并重试。
- 校验写入的数据，并重复上述步骤直到所有数据都写入完成。
- 发送一个跳转命令（0x21），并指定要跳转的程序入口地址。如果收到一个0x79字节的应答，表示命令有效。如果收到一个0x1F字节的应答，表示命令无效或者地址错误，需要检查并重试。
- 复位STM32，并将BOOT0引脚接低电平，选择主闪存模式。
- STM32将从主闪存中启动程序。
中间的很多步骤看起来可能比较复杂，但是通常串口下载软件可以代替我们完成这些工作，比如FlyMCU。
（2）JTAG（Joint Test Action Group）
JTAG是一种标准的测试和调试接口，它可以通过一根多芯的数据线来连接STM32和一个编程工具（如ST-LINK、J-LINK等），并通过一个调试软件（如Keil、IAR等）来控制STM32的运行状态和存储器内容。
- JTAG的优点是速度较快，而且可以实时监视和修改STM32的寄存器和存储器。
- 缺点是需要使用专用的编程工具和调试软件，而且可能会占用一些GPIO引脚。
要使用JTAG下载程序，需要按照以下步骤进行：
- 将STM32的JTAG接口连接到编程工具上，并将编程工具连接到电脑上。
- 打开一个调试软件，并设置好目标芯片型号、时钟频率、下载地址等参数。
- 选择下载模式，并选择要下载的程序文件。
- 点击下载按钮，开始下载程序到STM32的存储器中。
- 点击运行按钮，开始运行程序。
（3）SWD（Serial Wire Debug）
SWD是一种简化的JTAG接口，它只需要两根数据线来连接STM32和一个编程工具（如ST-LINK、J-LINK等），并通过一个调试软件（如Keil、IAR等）来控制STM32的运行状态和存储器内容。
- SWD的优点是占用引脚少，而且可以实现和JTAG相同的功能。
- 缺点是速度稍慢于JTAG，而且可能会影响一些GPIO引脚的功能。
要使用SWD下载程序，需要按照以下步骤进行：
- 将STM32的SWD接口连接到编程工具上，并将编程工具连接到电脑上。
- 打开一个调试软件，并设置好目标芯片型号、时钟频率、下载地址等参数。
- 选择下载模式，并选择要下载的程序文件。
- 点击下载按钮，开始下载程序到STM32的存储器中。
- 点击运行按钮，开始运行程序。
2.2 实操
自己去官网下载相应的驱动并安装：就是ST-Link和ch340等驱动，具体取决于你使用的工具。实在不会就找你的淘宝卖家要。不展开介绍了。
拿ST-Link来说，安装驱动后，将设备连接到电脑可以看到：
说明驱动安装的没问题。
2.21 SWD 方式下载（ST-Link）
这是最常用、最好用的方式之一。可以买正版的ST-Link，也就100来块，或者10几块买个自制的那种。（正版J-Link太贵了）
很多设置设调试的时候用的，大概介绍一下。
引脚对应接线即可：(BOOT引脚按照Flash模式接线即可)
软件是Keil的 MDK-ARM 5.38。
首先编译生成hex文件，前面的文章对Keil的功能已经完整介绍过了。
在 options for target 下的Debug选项下选择ST-Link，然后进入设置：
如果是第一次使用，有可能会提示你安装或更新某些固件，按照指示操作即可。
进入设置会有如下4个选项：
- Debug：设置调试参数，例如复位模式、复位脚、最大时钟频率、SWO频率等。这些参数会影响调试器和目标板之间的通信和同步。
- Trace：设置是否启用跟踪功能，以及选择跟踪模式、跟踪端口、跟踪时钟频率等。跟踪功能可以实现对目标板的实时监视和分析，例如显示程序执行流程、函数调用栈、变量值等。
- Flash Download：设置是否在调试前自动下载程序到目标板的存储器中，以及选择要下载的存储器设备和算法。这些设置会影响下载速度和成功率。
- Pack：设置是否使用软件包中提供的调试定义，以及选择要使用的软件包和配置文件。这些定义会提供调试连接和跟踪功能的配置设置。
Debug：
- Debug Adapter 和 SW Device 是你的ST-Link参数，只要你的ST-Link质量没问题、BOOT引脚设置正确、接线正确、板子正常、安装了驱动，那么这里就会显示相关信息，否则请逐一排查问题。
- Target Com：
port用于选择端口类型，我使用的是SWD（2跟线的，SWDIO和SWCLK）。clock是时钟设置，可以设置调试的速度。 Req：请求频率 Selected：实际频率。
- Debug： 这是调试设置，根据需要设置即可。
Trace：
- Core Clock：核心时钟频率。设置跟当前板子相同的时钟频率，可以在调试时按实际运行时间进行追踪调试。
- Trace Enable：使能追踪功能。
Flash Download：
- Download Function：
- Erase Full Chip：擦除整片
- Erase Sectors：擦除部分
- Do not Erase：不擦除
- 勾选Erase Full Chip时，每次下载时，都会对整片Flash进行擦除操作。勾选Erase Sectors时，下载时只会擦除使用到的扇区。勾选Do not Erase时，则下载时不擦除原本代码。
- Program：烧录
- Verify：校验
- Reset and Run：复位并运行
- 勾选Program时，下载时才会把代码写入Flash，否则不写入。勾选Verify时，则在烧录代码后，对代码进行校验。某些场合下不能检验，比如代码段跟数据段分开下载，代码里不包含数据部分，而工程里配置的代码段又包含数据段时，此时如果进行校验，可能会因为数据内容不一致导致校验失败。勾选Reset and Run时，则在下载完成后立即复位运行代码，不勾选时则需要手动复位运行。
- Programming Algorithm：设置要下载的存储器设备和算法，以及选择要下载的扇区和地址范围。一般选择与目标板匹配的存储器设备和算法。比如STM32F103C8T6就选择中等容量（虽然它是64K不是128K）
Pack : 芯片对应的Pack
全部设置完成后，点击Download即可下载：
下载完之后，按下板子上的reset即可运行你的、正确的程序。
2.22 串口下载
这种方式只需要串口转USB即可完成，成本很低，是通过系统存储中的程序（串行引导加载器），将程序下载到Flash中的方式。
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BOOT设置：
BOOT0=1，BOOT1=0 -
接线：USB转串口的TX和RX分别与板子的RX（PA10）和TX（PA9）相连（不是同名相连哦），电源正常接线。
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软件：FlyMCU
首先搜索串口，选择有USBxxxCH340字样的端口。
读取器件信息示例（需要按一下reset）：这说明连接正常，显示的信息不一定准确哦，具体看Datasheet。
下载程序：
选择Keil生成的hex文件，点击开始编程即可，设置按照上图。
- 这里是 FlyMcu 对一键下载电路的控制过程，其实就是控制DTR和RTS电平的变化，控制BOOT0和RESET，从而实现自动下载。
- STM32每次下载程序时，需要先将整片擦除，擦除速度比较慢，整个过程可能需要几十秒钟时间。
- 下载成功后，会出现“共写入 xxxx KB，进度100%，耗时 xxxx 毫秒”的提示，并且下方的进度条会全绿。
程序是下载到Flash的，所以下载完后，记得把BOOT0设为0。
把 永 远 爱 你 写 进 诗 的 结 尾 ~