芯课堂 | 通过ISP升级芯片固件方法及框架

一、升级原理

芯片在应用前，是一颗裸片，内部没有任何驱动或应用程序。芯片在贴上PCB板子后，会实现各种功能，这是时候会开发对应的驱动或者应用程序，在芯片上面运行的程序，一般称之为固件（Firmware）。

把固件烧录进芯片，一般通过J-link、DAP、UART、Bluetooth等途径，我们公司芯片支持J-link、UART两个途径升级芯片固件，本文档主要说明通过UART升级芯片固件。

通过UART（也叫ISP）升级芯片固件，分以下两种模式：

A. 双线模式，即TX+RX模式，需要6根接线：TX、RX、VDD、GND、RESET、BOOT。

B. 单线模式，即TX&RX&BOOT模式，即TX、RX、BOOT共用一根线，需要4根接线：TX&RX&BOOT、VDD、GND、RESET。

升级方法：芯片上电，拉低RESET引脚，然后拉高BOOT引脚，等5-10mS,再拉高RESET引脚，保持BOOT引脚为高电平并持续5mS以上，芯片即进入ISP升级模式。当芯片进入ISP模式后，既可按照ISP协议（一般为自定义协议，非国标）进行升级。

二、升级框架

ISP升级框架：

ISP底层：为芯片出厂前已固化的ISP code,不占用MCU 的FLASH空间，专门用于通过ISP接口给MCU烧录（或升级）应用&驱动固件。

三、升级协议

1.命令格式说明 

上位机和下位机发送和接收的命令采用字符形式，每个命令后面都有“\r\n”；收发数据的格式采用 UUcode 编解码格式；

2.通信错误类型分类： 

a) “E0”：表示接收到非法命令或者下位机解析命令失败； 

b) “E1”：表示擦除 FLASH 操作失败； 

c) “E2”：表示写入 FLASH 操作失败； 

d) “E3”：表示写入 SRAM 操作失败；

e) “E4”：表示待写入 FLASH 的数据不是 1 页或者写入 SRAM 的数据超过 1 页。

3.具体命令格式说明： 

a) 波特率同步命令：M->"sync\r\n"，S->"sync\r\n";

b) 设置波特率命令：M-> "baudrate 000000\r\n"，S-> "OK\r\n";

c) 获取版本号命令：M-> "version\r\n"，S-> "SWM24V20\r\n"； 

d) 擦除 FLASH 命令：M-> "erase 0000 0000\r\n"，S->"OK\r\n"； 

e) 写入 FLASH 命令：M->"copy 00000\r\n"，S->"OK\r\n"； 

f) 写 SRAM 命令 1：M->"write\r\n"，S->"OK\r\n"； 

g) 写 SRAM 命令 2：M->"W UUencode Checksum\r\n"，S->"OK\r\n"； 

4.说明 

a) 上位机开发的时候可以预置各个芯片 Flash 的 sector 以及 page 大小，也可以下载的时候选择，并以此计算来下发读写命令。

b) 上位机操作 flash 单位为 sector 和 page，下载不满一个 page 时候填充 FF。 

c) 下位机的写入 FLASH 命令是固定 1 个页大小的数据。 

d) 下载文件时，分小包编码传输给下位机，下位机接收到后把多个小包文件解码组合 成一个大包（一个 page），等待上位机传输 copy 命令，再写入 flash。具体编码格 式见文件末尾。

四、升级流程

本节主要说明MCU端（被动应答）ISP升级流程：

1. 获取MCU型号

说明：

A.上位机发送“version\r\n”。

B.下位机回复芯片版本号。

2. 配置波特率

说明：

A.以目的波特率为9600为例。

B.上位机先以4800波特率发送"sync\r\n"命令，等待下位机以4800波特率回复"sync\r\n"。

C.上位机以4800波特率发送"baudrate 000000\r\n"，000000格式如下：

a) SWM120、SWM160、SWM181、SWM220、SWM260芯片，000000 = 24M/16/Baud。

b) SWM190芯片，000000 = 24M / Baud；

c) SWM320芯片，000000 = 20M / 16 / Baud；

d)例如SWM181 需要设置9600波特率，则000000 = 24M / 16 / 9600 = 000156，则此步骤需要发送"baudrate 000156\r\n"。

D.下位机收到后回复"OK\r\n"，然后切换波特率到9600。

E.上位机接收到"OK\r\n"后，延时5~10ms，改变波特率到9600，然后发送"sync\r\n"。

F.下位机接收正常后返回"sync\r\n"。

G.上位机接收到"sync\r\n"后提示握手成功。

3. 擦除flash流程

说明：

A.上位机先发送"erase 0000 0000\r\n"命令（其中0000 0000表示发送字符形式的擦除起始扇区和要擦除的扇区个数，例如要擦除下位机第8扇区开始的4个扇区则发送"erase 0008 0004\r\n"）。

B.等待下位机回复"OK\r\n"，表明擦除FLASH成功;下位机回复"E1\r\n"，表示擦除FLASH失败。

4. 写SRAM流程

说明：

A.上位机先发送"write\r\n"命令，等待下位机回复"OK\r\n"。

B.上位机发送"W UUencode Checksum\r\n"，等待下位机回复"OK\r\n"，表明一帧数据写入SRAM成功。

a) UUencode 表示编码后的数据。

b) Checksum表示编码前数据的校验和。

c) 具体格式参见文章末尾编码说明。

5. 写FLASH流程

说明：

A.上位机发送"copy 00000\r\n"命令（其中00000表示字符形式的起始页，例如要写入第8页起始的1页数据则发送"copy 00008\r\n"）。

B.下位机回复"OK\r\n"，表明写入FLASH成功。

五、通过ISP升级（烧录）的优缺点

优点：

1. 一芯片的SWD引脚一般跟GPIO引脚复用，如果需要扩展GPIO，就需要禁用SWD功能，这种情况下升级就可以通过ISP接口。

2. 单线ISP模式，只需要一个ISP引脚、一个RESET引脚、一个GND，为精简接口模式。

缺点：

如果产品已装机，用ISP升级，也需要拆机进行。

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