【单片机开发】单片机的烧录方式详解（ICP、IAP、ISP）

2024-08-30 10:44
文章标签 详解 开发 方式 单片机 烧录 icp isp iap

本文主要是介绍【单片机开发】单片机的烧录方式详解（ICP、IAP、ISP），希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

【前言】

在单片机开发过程中，程序的烧录是一个至关重要的环节。随着技术的不断演进，单片机烧录方式也日益多样化。本文将重点讲解单片机中三种常见的烧录方式：ICP（In-Circuit Programming）、ISP（In-System Programming）和IAP（In-Application Programming），并探讨它们各自的特点与应用场景。

1. ICP（In-Circuit Programming）：在电路编程

定义：ICP，全称“在电路编程”，在实际应用中通常指的是通过在线仿真器（如JTAG调试器）对单片机进行程序烧写的技术。ICP更侧重于调试和开发阶段，允许开发者在单片机安装到用户应用板上后，通过仿真器对芯片进行编程和调试。

工作原理

ICP技术利用在线仿真器与单片机之间的JTAG或SWD接口进行通信。一般需要 xx-Link 烧录工具，连接PC和MCU。常用的烧录工具为J-Link、ST-Link、Nu-Link。与之配套的烧录软件为J-Flash、NuMicro_ICP_Programming_Tool、st-link utility。开发者通过仿真器将编译好的程序代码下载到单片机中，同时可以利用仿真器的调试功能对程序进行单步执行、断点设置等操作，以便查找和修复程序中的错误。

特点

  • 高速烧录：ICP通常具有较快的烧录速度，适合快速迭代开发。
  • 硬件依赖：需要专业的在线仿真器或编程器支持，成本相对较高。
  • 调试友好：ICP接口不仅用于烧录程序，还常用于调试过程，提供断点、单步执行等功能。

应用场景

  • 单片机开发阶段：ICP是单片机软件开发的常用工具，特别是在需要频繁调试和修改代码的情况下。
  • 专业研发环境：在大型企业或专业研发机构中，ICP因其高效性和稳定性而备受青睐。

2. ISP（In-System Programming）：在系统编程

定义

ISP，全称“在系统编程”，是一种允许开发者在不将芯片从电路板上取下的情况下，通过特定的编程接口对芯片内部的Flash存储器进行编程的技术。在板级上进行编程，而不用把芯片拆下来放到烧写器中，即不脱离系统，所以称作“在系统编程”，它是对整个程序的擦除和写入，通过单片机专用的串行编程接口对单片机内部的Flash存储器进行编程。即使芯片焊接在电路板上，只要留出和上位机接口的串行口就能进行烧写。

STC-ISP工具

工作原理

ISP技术依赖于芯片内置的编程接口和外部编程器。开发者通过编程器将新固件数据发送到芯片，芯片内部的编程逻辑接收数据并将其写入Flash存储器中。由于无需拆卸芯片，ISP技术大大简化了固件升级流程，提高了开发效率。

特点

  • 便捷性：无需拆卸单片机，简化了操作流程。
  • 灵活性：支持多种通信接口，便于与其他设备进行连接和数据交换。
  • 广泛应用：ISP是目前单片机烧录的主流方式之一，广泛应用于各种嵌入式系统中。

应用场景

  • 嵌入式系统开发：ISP技术简化了固件升级和调试过程，提高了开发效率。
  • 批量生产：在生产线上，ISP技术可以实现对大量嵌入式设备的快速编程和测试。
  • 现场升级：对于已经部署的嵌入式设备，ISP提供了一种便捷的现场固件升级方案。

3. IAP（In-Application Programming）：在应用编程

定义

IAP，全称“在应用中编程”，是一种嵌入式系统技术，允许用户程序在运行时通过微控制器的对外接口（如USART、IIC、CAN、USB、以太网接口甚至无线射频通道）对内部程序进行更新。这种技术无需中断设备的正常运行，大大提高了设备的可维护性和灵活性。目前流行的远程升级技术OTA技术（全称 Over The Air Technology，即云端下载技术，也叫做“空中下载技术”），其基础是 IAP 技术， 可以简单理解为 IAP 的另一种实现方式，采用的是无线升级方式。

汽车OTA远程升级

工作原理

IAP技术通常依赖于一个预置的Bootloader程序，该程序负责在设备启动时初始化硬件、设置内存映射，并在接收到更新指令时加载新的固件到Flash存储器中。更新过程中，Bootloader通过特定的通信接口接收新固件数据，验证其完整性和正确性后，执行Flash操作（如擦除旧固件、写入新固件）以完成更新。

特点

  • 远程更新：支持通过网络或其他远程通信方式实现固件的远程升级。
  • 无缝切换：在更新过程中，可以确保系统服务的连续性，减少停机时间。
  • 高度集成：IAP技术将固件更新功能集成到单片机应用中，提高了系统的整体性能和可靠性。

应用场景

  • 智能家居与物联网：在智能家居和物联网设备中，IAP技术可以实现远程固件升级，提高设备的安全性和稳定性。
  • 汽车电子：汽车ECU等关键部件通过IAP技术实现固件升级，提高车辆性能和安全性。
  • 工业自动化：在工业自动化领域，IAP技术用于更新控制器的固件程序，确保生产线的正常运行。

IAP、ISP与ICP的区别

IAPISPICP
定义在应用中编程，允许程序运行时更新固件在系统编程，无需拆卸芯片即可编程在电路编程，通过在线仿真器对单片机编程
应用场景固件远程升级、无线更新等嵌入式系统开发、固件升级等单片机调试、开发阶段编程
工作原理利用Bootloader和通信接口接收新固件并更新通过编程接口和外部编程器将新固件写入Flash通过在线仿真器与单片机通信，下载并调试程序
关键组件Bootloader、通信接口、Flash存储器编程接口、外部编程器、Flash存储器在线仿真器、JTAG/SWD接口、单片机
操作复杂性相对较低，适合远程和无线操作中等，需要外部编程器支持较高，需要专业的在线仿真器和调试技能
安全性考虑需要实现加密传输、签名验证等安全措施类似IAP，同样需要安全措施保护固件调试阶段可能涉及敏感数据，需确保调试环境安全

总结

ICP、ISP和IAP作为单片机烧录的三种主要方式，各自具有独特的优势和应用场景。ICP以其高效性和调试友好性成为单片机开发阶段的首选工具；ISP则以其便捷性和灵活性广泛应用于各种嵌入式系统的开发和生产；而IAP技术则侧重于固件的在线更新和远程维护，以其远程更新和无缝切换的特点，在智能家居、物联网和汽车电子等领域展现出巨大的应用潜力。

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http://www.chinasem.cn/article/1120592。

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