STM32串口ISP攻略：原理、指令集与操作步骤详解
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STM32串口ISP攻略：原理、指令集与操作步骤详解
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1.
https://www.rymcu.com/article/253
STM32单片机的串口ISP（In-System Programming）是一种通过串口下载程序代码到单片机内部Flash中的方法。本文将详细介绍STM32串口ISP的原理、Bootloader通信规则以及具体的操作步骤和代码实现。
1 STM32 串口 ISP 原理
STM32单片机系统存储器中有一段Bootloader代码，其主要作用是通过串口下载程序代码到单片机内部Flash中。该过程称为串口ISP，也就是说串口与Bootloader进行通信，就可以实现代码下载功能。
2 Bootloader 通信规则
2.1 启动 bootloader
与Bootloader通信前，需要先启动它，也就是需要让单片机进入到Bootloader代码中执行。通过STM32的两个引脚可以实现配置。如下图所示：
如上图所示，可以配置成三种模式，第二种为启动Bootloader方式，即BOOT0=1，BOOT1=0。
2.2 Bootloader 编码序列
当STM32F10xx系列单片机进入Bootloader程序后，单片机开始检测PA10(串口1接收引脚)是否收到串口数据0x7F，并且要求串口数据格式为1bit起始+8bit数据+1bit偶校验+1bit停止位。
收到0x7F后，单片机将内部串口的波特率设置和发送数据方相同，并且给主机回复应答信号0x79。为方便描述，我们这里将发送数据方称为主机，STM32单片机方称为从机。回复完应答信号0x79后，表示从机已经准备好接收主机的指令了。
2.3 波特率选择
为保证数据传输的正确性，一般选择在1200bps至115200bps之间。
2.4 Bootloader 指令集
完整指令集如下图，但并不是单片机同时支持所有的指令，后续将逐一介绍。
2.4.1 Get 命令
该指令允许主机获取从机的Bootloader版本号以及支持哪些命令。当从机收到主机发来的Get命令后，从机将Bootloader版本及所支持的命令发送给主机。发送Get命令的主机端时序如下图所示。
代码实现如下：
char GetCMD(DeviceInfo_t *DInfo)
{
char error,len;
//step1 发送指令0x00,0xFF,并等待ACK
SendByte(0x00);
SendByte(0xFF);
error = ACK();if(!error) return 0;
//step2 接收数据
len = GetByte(); DInfo->cmd_count = len;//第一个字节为命令数量N
DInfo->bootloaderversion = GetByte();//第二个字节为版本号
for(int i =0;i<len;i++) DInfo->cmd[i] = GetByte();//获取CMD
error = ACK();if(!error) return 0;
//step3 处理数据，并打印版本号，命令等
//打印数据，并清空串口缓存
return 1;
}
2.4.2 Get ID 命令
该命令用于获取单片机的产品ID，主机端时序如下图所示。
代码实现如下：
char GetID(DeviceInfo_t *DInfo)
{
char len,error;
//step1 发送序列0x02,0xfd，并等待ACK
SendByte(0x02);
SendByte(0xFD);
error = ACK();if(!error) return 0;
//step2 接收PID，并等待ACK
len = GetByte();//第一个字节为ID长度N-1
for(int i =0;i<=len;i++) DInfo->PID[i] = GetByte();//获取ID
error = ACK();if(!error) return 0;
return 1;
//step3 清空接收缓存，并打印PID
}
2.4.3 Read Memory 命令
读内存命令用来读取从机单片机内部RAM，FLASH，信息块（包括系统存储区和选项字节）中的数据。主机端时序如下所示。
代码实现如下：
/////////////////////////////////////////////////
//
//读取数据
//与写数据步骤类似
//addr必须能被4整除，len发送数据长度-1，单次不能超过256B
/////////////////////////////////////////////////
char ReadMem(unsigned char *data, unsigned int addr, unsigned char len)
{
unsigned char temp[4],error; //保存addr的四个字节
int i;
temp[0] = ((addr>>24) & 0xFF);
temp[1] = ((addr>>16) & 0xFF);
temp[2] = ((addr>> 8) & 0xFF);
temp[3] = ((addr ) & 0xFF);
//step1 发送序列0x11,0xEE，并等待ACK
SendByte(0x11);
SendByte(0xEE);
error = ACK();if(!error) return 0;
//step2 发送地址，先发高字节
SendByte(temp[0]);
SendByte(temp[1]);
SendByte(temp[2]);
SendByte(temp[3]);
//step3 发送地址校验，并等待ACK
SendByte(CheckSum(temp, 4));
error = ACK();if(!error) return 0;
//step4，发送len及校验，并等待ACK
SendByte(len);
SendByte(~len);
error = ACK();if(!error) return 0;
//step4 接收长度为len+1的数据
for(i=0;i<=len;i++) data[i] = GetByte();
return 1;
}
2.4.4 Write Memory 命令
写内存命令用来往从机单片机内部RAM，FLASH，信息块（包括系统存储区和选项字节）中写入数据，主机端时序如下所示。
往选择字区写入数据时，开始地址必须为0x1FFFF800。
代码实现如下：
/////////////////////////////////////////////////
//
//写入数据块，从*data处，往stm32的addr处，写入len+1字节数据
//
/////////////////////////////////////////////////
char WriteMem(unsigned char *data, unsigned int addr, unsigned char len)
{
unsigned char temp[4],error; //保存addr的四个字节
int i;
temp[0] = ((addr>>24) & 0xFF);
temp[1] = ((addr>>16) & 0xFF);
temp[2] = ((addr>>8 ) & 0xFF);
temp[3] = ((addr ) & 0xFF);
//step1 发送序列0x31,0xCE,并等待ACK
SendByte(0x31);
SendByte(0xCE);
error = ACK();if(!error) return 0;
//step2 发送地址，先发高字节
SendByte(temp[0]);
SendByte(temp[1]);
SendByte(temp[2]);
SendByte(temp[3]);
//step3 发送地址校验，并等待ACK
SendByte(CheckSum(temp, 4));
error = ACK();if(!error) return 0;
//step4 发送len
SendByte(len);
//step5 连续发送数据，最后字节为校验，并等待ACK
for(i=0;i<=len;i++)
{
SendByte(data[i]);
}
SendByte(len ^ CheckSum(data, len+1));
//delay_msec(3000);
error = ACK();if(!error) return 0;
//清空串口缓存，并延时1s.
return 1;
}
2.4.5 Erase Memory 命令
擦除从机单片机内部FLASH命令，仅单片机Bootloader版本3.0以下支持该命令。主机端时序如下所示。
全片擦除代码实现如下：
/////////////////////////////////////////////////
//
//全片擦除,bootloader V3.0以下有效
// step1 发送序列0x43,0xbc,并等待ACK
// step2 发送序列0xff,0x00,并等待ACK
// step3 清空串口接收缓冲
/////////////////////////////////////////////////
char EraseAll()
{
char error;
SendByte(0x43);//
SendByte(0xBC);
error = ACK();if(!error) return 0;
SendByte(0xFF);
SendByte(0x00);
//不同的产品，全片擦除的时间长短不一，500ms的时间不一定够，
//因此不能用现成的ACK函数，需重写如下：
//error = ACK();if(!error) return 0;
while(!MyComRevBUff.size())
{
delay_msec(1);//出让线程
}
if(0x79 == GetByte()) return 1;
else return 0;
}
2.4.6 Extended Erase Memory 命令
仅单片机Bootloader版本3.0及以上支持该命令。主机端时序如下所示，以Erase Memory命令相比，该命令为双字节命令，即Erase cmd为双字节，例如0xFFFF。
全片擦除代码实现如下：
/////////////////////////////////////////////////
//
//全片擦除,bootloader V3.0及以上有效
// step1 发送序列0x43,0xbc,并等待ACK
// step2 发送序列0xff,0x00,并等待ACK
// step3 清空串口接收缓冲
/////////////////////////////////////////////////
char ExtendedEraseAll()
{
char error;
SendByte(0x44);//
SendByte(0xBB);
error = ACK();if(!error) return 0;
unsigned char EraseCMD[2];
EraseCMD[0] = 0xFF;
EraseCMD[1] = 0xFF;
SendByte(0xFF);//写入地址0xFFFF
SendByte(0xFF);
SendByte(CheckSum(EraseCMD, 2));//双字节校验
//不同的产品，全片擦除的时间长短不一，500ms的时间不一定够，
//因此不能用现成的ACK函数，需重写如下：
//error = ACK();if(!error) return 0;
while(!MyComRevBUff.size())
{
delay_msec(1);//出让线程
}
if(0x79 == GetByte()) return 1;
else return 0;
}
2.4.7 GO 命令
跳转到从机的指定地址开始执行程序。G0命令主机时序如下。
代码实现如下：
/////////////////////////////////////////////////
//
//跳转执行指令,下载完成后，跳转到RAM或内部FLASH执行
//
//
/////////////////////////////////////////////////
char CMDGo(unsigned int addr)
{
unsigned char temp[4],error; //保存addr的四个字节
int i;
temp[0] = ((addr>>24) & 0xFF);
temp[1] = ((addr>>16) & 0xFF);
temp[2] = ((addr>>8 ) & 0xFF);
temp[3] = ((addr ) & 0xFF);
//step1 发送序列0x21,0xDE,并等待ACK
SendByte(0x21);
SendByte(0xDE);
error = ACK();if(!error) return 0;
//step2 发送地址，先发高字节
SendByte(temp[0]);
SendByte(temp[1]);
SendByte(temp[2]);
SendByte(temp[3]);
//step3 发送地址校验，并等待ACK
SendByte(CheckSum(temp, 4));
error = ACK();if(!error) return 0;
return 1;
}
3 STM32 串口 ISP 操作参考步骤
- step1 主机发送0x7F，启动从机并等待接收主机命令；
- step2 主机发送Get命令，获取从机Bootloader版本号及所支持的命令等；
- step3 主机发送Get ID命令，获取从机产品ID；
- step4 主机发送擦除命令，擦除从机内部FLASH，为写数据做准备；
- step5 主机发送Write Memory命令，将代码写入从机器；
- step6 主机发送Read Memory命令，读取从机代码并与写入的数据进行对比校验；
- step7 主机发送Go命令，从机跳转至程序开始处执行代码，观察现象是否与程序一致。
- step8 结束。
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