單片機燒錄教程：單片機ISP、IAP和ICP燒錄方式介紹
你是單片機的頂級玩家還是入門菜鳥呢？單片機燒錄的一下幾個專有名詞你都了解清楚嗎？筆者今天一一為你詳解。
ISP：In System Programing，在系統(tǒng)編程
IAP：In applicating Programing，在應(yīng)用編程
ICP：In Circuit Programing，在電路編程
ISP是指可以在板級上進行編程，也就是不用拆芯片下來，寫的是整個程序，一般是通過ISP接口線來寫。
IAP雖然同樣也是在板級上進行編程，但是是自已對自已進行編程，在應(yīng)用中進行編程，也即可以只是更改某一部分而不影響系統(tǒng)的其它部分，另外接口程序是自已寫的，這樣可以進行遠程升級而不影響應(yīng)用。
打個比喻吧：
1、ISP是把房子拆了再重造一間，那么在造好之前當(dāng)然是不能住人的啦!
2、IAP是在造好的房子里邊進行一些裝修，當(dāng)然人可以繼續(xù)住啦!
ICP是在電路編程，是LPC芯片的編程方式，相當(dāng)于ATMEL的ISP，而LPC的ISP就相當(dāng)于ATMEL的IAP了。
ISP于IAP的區(qū)別
ISP：in system programming, 在系統(tǒng)編程
IAP: in applicatin programming 在應(yīng)用編程
但兩者的操作方式,結(jié)果和應(yīng)用場合有什么區(qū)別
什么是ISP:
用寫入器將code燒入,不過,芯片可以在目標(biāo)板上,不用取出來,在設(shè)計目標(biāo)板的時候就將接口設(shè)計在上面,所以叫"在系統(tǒng)編程",即不用脫離系統(tǒng);
什么是IAP:
在應(yīng)用編程,有芯片本身(或通過外圍的芯片)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(nèi)分3個程序區(qū),1作引導(dǎo)程序區(qū),2作運行程序區(qū),3作下載區(qū),芯片通過串口接收到下載命令,進入引導(dǎo)區(qū)運行引導(dǎo)程序,在引導(dǎo)程序下將new code內(nèi)容下載到下載區(qū),下載完畢并校驗通過后再將下載區(qū)內(nèi)容復(fù)制到2區(qū),運行復(fù)位程序,則Iap完成;
應(yīng)用場合:
1,ISP 程序升級需要到現(xiàn)場解決,不過好一點的是不必拆機器了;
2,IAP 如果有網(wǎng)管系統(tǒng)的話,用網(wǎng)管下載一切搞定,人不用跑來跑去,
這可能是他們的優(yōu)點或應(yīng)用吧
在線編程目前有兩種實現(xiàn)方法：在系統(tǒng)編程(ISP)和在應(yīng)用編程(IAP)。ISP一般是通過單片機專用的串行編程接口對單片機內(nèi)部的Flash存儲器進行編程,而IAP技術(shù)是從結(jié)構(gòu)上將Flash存儲器映射為兩個存儲體,當(dāng)運行一個存儲體上的用戶程序時,可對另一個存儲體重新編程,之后將控制從一個存儲體轉(zhuǎn)向另一個。ISP的實現(xiàn)一般需要很少的外部電路輔助實現(xiàn),而IAP的實現(xiàn)更加靈活,通常可利用單片機的串行口接到計算機的RS232口,通過專門設(shè)計的固件程序來編程內(nèi)部存儲器。 ISP和IAP很相似，都是不需要把芯片從板子上拔出來，就達到了用PC-MCU的編程接口(JTAG、串口、雙絞線、SPI等)搞定新版本的升級的目的。MCU內(nèi)部都是首先執(zhí)行一段獨立的Boot代碼(這段Boot代碼一般是出廠預(yù)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(zé)控制擦除程序存儲器及給程序存儲器編程的代碼(或是處理器外部提供的執(zhí)行代碼)，然后通過某種與PC計算機的通信方式(如，ether網(wǎng)口)，將用戶指定的某個在PC上編譯完成的MCU可運行的二進制代碼文件編程入MCU內(nèi)的程序存儲器。
ISP和IAP最大的不同是：由誰來觸發(fā)。
ISP有4種觸發(fā)方式：
1.由外部硬件電路：如VDD保持高電平，給RST連續(xù)3個脈沖;
2.檢測狀態(tài)位：如ISPEN，為0時PC指針從0000H開始執(zhí)行;為1時，通過“引導(dǎo)向量”計算出“ISP代碼”的位置。每次復(fù)位后都會檢測該狀態(tài)位;
3.中止控制符信號觸發(fā)芯片復(fù)位：中止控制符信號就是指在異步串行口的接收腳上出現(xiàn)長 達一幀長度的低電平，這里一幀的長度與異步串行口的工作模式有關(guān)。
4.直接調(diào)用ISP：用戶程序也可以調(diào)用，但是很危險。
4種方式的目的是相同的——進入ISP子程序，比如Philips出廠的ISP子程序在1E00H-1FFFH，只要能引導(dǎo)PC指針指向1E00H就可以了。
而進入ISP代碼的目的是：進入BootROM。
IAP的觸發(fā)比較簡單一些，沒有外部觸發(fā)。通過一些指示位(SST為SC0/SC1、SFCF;Philips為一段IAP子程序，保存在FF00H～FFFFH地址空間中)，達到引導(dǎo)到BootROM的目的。
殊途同歸，ISP、IAP所進入的BootROM里面駐留的Boot代碼，才是最終目標(biāo)。
最后一種：并行編程模式。不需要BootROM，直接設(shè)置芯片的多個引腳來讓芯片識別命令(如：擦除、寫入、驗證等)，從P口傳地址、數(shù)據(jù)，就可以寫入Flash
用LPC2000的IAP，你自己分配好FLASH空間，指定一個BLOCK用來存放你的數(shù)據(jù)，然后通過IAP進行寫操作。每次開機后，從這個BLOCK讀你的數(shù)據(jù)。
IAP的實現(xiàn)
通常在用戶需要實現(xiàn)IAP功能時，即用戶程序運行中作自身的更新操作，需要在設(shè)計固件程序時編寫兩個項目代碼，第一個項目程序不執(zhí)行正常的功能操作，而只是通過某種通信管道(如USB、USART)接收程序或數(shù)據(jù)，執(zhí)行對第二部分代碼的更新;第二個項目代碼才是真正的功能代碼。這兩部分項目代碼都同時燒錄在User Flash中，當(dāng)芯片上電后，首先是第一個項目代碼開始運行，它作如下操作：
1)檢查是否需要對第二部分代碼進行更新
2)如果不需要更新則轉(zhuǎn)到4)
3)執(zhí)行更新操作
4)跳轉(zhuǎn)到第二部分代碼執(zhí)行
第一部分代碼必須通過其它手段，如JTAG或ISP燒入;第二部分代碼可以使用第一部分代碼IAP功能燒入，也可以和第一部分代碼一道燒入，以后需要程序更新是再通過第一部分IAP代碼更新。
對于STM32來說，因為它的中斷向量表位于程序存儲器的最低地址區(qū)，為了使第一部分代碼能夠正確地響應(yīng)中斷，通常會安排第一部分代碼處于Flash的開始區(qū)域，而第二部分代碼緊隨其后。
在第二部分代碼開始執(zhí)行時，首先需要把CPU的中斷向量表映像到自己的向量表，然后再執(zhí)行其他的操作。
如果IAP程序被破壞，產(chǎn)品必須返廠才能重新燒寫程序，這是很麻煩并且非常耗費時間和金錢的。針對這樣的需求，STM32在對Flash區(qū)域?qū)嵭凶x保護的同時，自動地對用戶Flash區(qū)的開始4頁設(shè)置為寫保護，這樣可以有效地保證IAP程序(第一部分代碼)區(qū)域不會被意外地破壞。
ISP(In-System Programming)在系統(tǒng)可編程，指電路板上的空白器件可以編程寫入最終用戶代碼，而不需要從電路板上取下器件，已經(jīng)編程的器件也可以用ISP方式擦除或再編程。IAP(In-Application Programming)指MCU可以在系統(tǒng)中獲取新代碼并對自己重新編程，即可用程序來改變程序。ISP和IAP技術(shù)是未來儀器儀表的發(fā)展方向。
1 ISP和IAP的工作原理
ISP的實現(xiàn)相對要簡單一些，一般通用做法是內(nèi)部的存儲器可以由上位機的軟件通過串口來進行改寫。對于單片機來講可以通過SPI或其它的串行接口接收上位機傳來的數(shù)據(jù)并寫入存儲器中。所以即使我們將芯片焊接在電路板上，只要留出和上位機接口的這個串口，就可以實現(xiàn)芯片內(nèi)部存儲器的改寫，而無須再取下芯片。
IAP的實現(xiàn)相對要復(fù)雜一些，在實現(xiàn)IAP功能時，單片機內(nèi)部一定要有兩塊存儲區(qū)，一般一塊被稱為BOOT區(qū)，另外一塊被稱為存儲區(qū)。單片機上電運行在BOOT區(qū)，如果有外部改寫程序的條件滿足，則對存儲區(qū)的程序進行改寫操作。如果外部改寫程序的條件不滿足，程序指針跳到存儲區(qū)，開始執(zhí)行放在存儲區(qū)的程序，這樣便實現(xiàn)了IAP功能。
2 ISP和IAP在單片機中的應(yīng)用
2.1 傳統(tǒng)編程方法的不足
在一般的單片機的實驗或開發(fā)時，編程器是必不可少的裝置。仿真、調(diào)試完的程序需要借助編程器燒到單片機內(nèi)部或外接的程序存儲器中。普通的編程器價格從幾百元到幾千元不等，對于一般的單片機用戶來說還是一筆不小的開支。另外，在開發(fā)過程中，程序每改動一次就要拔下電路板上的芯片編程后再插上，這樣不但麻煩也很容易對芯片和電路板造成損傷，另外在程序需要升級做改動時，必須將設(shè)備返廠或是技術(shù)人員到現(xiàn)場操作，既不方便也造成成本浪費。
2.2 ISP和IAP的優(yōu)點
ISP技術(shù)的優(yōu)勢是不需要編程器就可以進行單片機的實驗和開發(fā)，單片機芯片可以直接焊接到電路板上，調(diào)試結(jié)束即成成品，免去了調(diào)試時由于頻繁地插入取出芯片對芯片和電路板帶來的不便。
IAP技術(shù)是從結(jié)構(gòu)上將Flash存儲器映射為兩個存儲體，當(dāng)運行一個存儲體上的用戶程序時，可對另一個存儲體重新編程，之后將程序從一個存儲體轉(zhuǎn)向另一個。
ISP的實現(xiàn)一般需要很少的外部電路輔助實現(xiàn)，而IAP的實現(xiàn)更加靈活，通常可利用單片機的串行口接到計算機的RS232口，通過專門設(shè)計的固件程序來編程內(nèi)部存儲器，可以通過現(xiàn)有的INTERNET或其它通訊方式很方便地實現(xiàn)遠程升級和維護。
2.3 產(chǎn)品分析
目前市場上不少的單片機具有ISP和IAP功能。
ST公司的μPSD32××系列單片機片內(nèi)帶128KB/256KB的FLASH存儲器及32KB Boot ROM,通過JTAG串行口能很容易地實現(xiàn)ISP功能。IAP功能則可由用戶在應(yīng)用中實現(xiàn)。
ATMEL公司的單片機AT89S8252，提供了一個SPI串行接口對內(nèi)部程序存儲器編程(ISP)。SST公司的單片機SST89C54，其最大的特點內(nèi)部有兩塊獨立的FLASH存儲器,具有IAP(應(yīng)用中在線編程)功能，對于8052系列的其它公司的單片機(ATMEL、 WINBOND、ISSI)可以直接代換，軟硬件無須做任何改動。
PHILIPS公司的P89C51RX2xx系列是帶ISP/IAP的8位Flash單片機。PHILIPS公司為了使ISP技術(shù)和IAP技術(shù)得以推廣，在芯片上免費提供了Boot ROM固件，并且巧妙地解決了固件和FLASH的地址覆蓋問題及一些具體實現(xiàn)細節(jié)問題，使它們的實現(xiàn)變得簡單。
此外在外圍器件中ST公司的PSD系列產(chǎn)品片內(nèi)帶大容量存儲器，支持ISP及IAP功能。
ISP，In System Programing
主要是指代芯片的燒寫方式，以往寫片子需要把片子拿下來，離開電路，用編程器燒，換句話說，芯片不能不脫離應(yīng)用系統(tǒng)進行寫入。ISP 主要針對這個問題，使用JTAG或者串行口(MCU 內(nèi)部有Boot Loader ，通過指定的方式激活之，它可以和PC或其它上位機通過串口聯(lián)系，不用使單片機離開應(yīng)用系統(tǒng)而更新內(nèi)部的程序/設(shè)置)進行程序的燒寫操作。
因此，具有ISP 功能的MCU 可以不使用編程器進行編程。當(dāng)然，實現(xiàn)ISP 可能需要一些硬件電路支持，具體的在數(shù)據(jù)手冊中有說明。IAP，In Application Programing單片機內(nèi)部具有一些可擦寫的非易失存儲器，如Flash。在單片機獨立運行時，不具備IAP 功能的單片機并不能對Flash的數(shù)據(jù)進行修改，比如，對自身的某一個模塊的代碼，數(shù)據(jù)進行修改。具備了IAP 功能的MCU ，能夠通過使用各自公司開發(fā)的技術(shù)，對于自身進行修改。
簡言之：ISP=>修改MCU 內(nèi)部數(shù)據(jù)需要有外部介入;IAP=>修改MCU 內(nèi)部數(shù)據(jù)可以不用外部介入。二者可以說是數(shù)據(jù)更新的一種實現(xiàn)機制。一般具備ISP 功能后，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。是否需要仿真器進行仿真和是否具備ISP和IAP沒有必然的聯(lián)系。只不過具備了IAP功能，可以在MCU內(nèi)寫入監(jiān)控程序，模擬一個仿真器，當(dāng)然，這個監(jiān)控程序是要消耗資源的，和使用硬件的仿真器還有一定的差異。IAP的應(yīng)用，在51上可能比較多，就是SST出的那個SoftICE功能。他的MCU 其實不具備ISP功能，需要使用編程器燒一個Boot Loader進去，然后，利用IAP功能，就可以通過串行口下載數(shù)據(jù)了。SST的那個，使用的是自己開發(fā)的一個SoftICE軟件，和Keil C的Mon51接口？碊ataSheet上說，先要用編程器燒Boot Loader進去，然后，用串口燒SoftICE進去，然后就可以用了。
編輯：admin 最后修改時間：2017-11-15
