基于ST-Link的STM32單片機(jī)多路固件燒錄方法研究

陳景郁 朱洪雷

摘要：STM32系列單片機(jī)性能好、性價(jià)比高，因而廣泛應(yīng)用于嵌入式設(shè)備。嵌入式設(shè)備種類繁多，芯片固件也變化多樣，在生產(chǎn)制造過程中，繁雜多樣的芯片固件導(dǎo)致了芯片生產(chǎn)燒錄瓶頸問題。鑒于此，在改造產(chǎn)線生產(chǎn)工具過程中，嘗試了一種基于ST-Link工具實(shí)現(xiàn)的多路固件燒錄方法，可以簡(jiǎn)化工人操作，實(shí)現(xiàn)固件燒錄多樣化，提高生產(chǎn)效率之余，也增強(qiáng)了生產(chǎn)安全性。

關(guān)鍵詞：STM32單片機(jī);ST-Link;固件燒錄

0 ? ?引言

STM32系列單片機(jī)由于性能好，性價(jià)比高，功耗低，逐漸成為嵌入式設(shè)備中的主流控制器;可穿戴設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備、智能交通和智能家居等嵌入式設(shè)備都有采用STM32系列單片機(jī)作為主控制器的案例[1-3]。STM32系列單片機(jī)是ST公司推出的基于ARM Cort內(nèi)核的控制器，資源豐富、種類繁多，可以適用于多種場(chǎng)景的產(chǎn)品。

在使用STM32系列單片機(jī)的過程中，產(chǎn)品制造遇到了相關(guān)的生產(chǎn)燒錄瓶頸問題。傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式，STM32系列單片機(jī)固件的燒錄方法分為在線燒錄和線外燒錄兩種。市面上提供的燒錄設(shè)備，無論是在線還是線外燒錄，一般都只能同時(shí)燒錄同一個(gè)固件，不能實(shí)現(xiàn)多路同時(shí)燒錄多個(gè)不同的固件。由于IOT設(shè)備的多樣化，產(chǎn)品固件也呈現(xiàn)出多元化的趨勢(shì)。本文介紹了一種基于ST-Link改造的多路差異化燒錄方法，可以提供多元化產(chǎn)線生產(chǎn)，提高產(chǎn)線生產(chǎn)效率。

1 ? ?ST-Link介紹

ST-Link是ST公司專門為STM系列單片機(jī)開發(fā)的調(diào)試工具。ST-Link結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便，可用于研發(fā)調(diào)試，也可用于產(chǎn)品生產(chǎn)，以大大降低用戶開發(fā)和使用成本。

ST-Link工具對(duì)STM32單片機(jī)提供豐富的功能，包括：整個(gè)芯片擦除、按sector擦除、固件刷寫、按字節(jié)改寫數(shù)據(jù)、刷寫數(shù)據(jù)校驗(yàn)、存儲(chǔ)內(nèi)容校驗(yàn)、option bytes讀寫以及寄存器讀寫等。option bytes是STM32系列單片機(jī)中，留給用戶配置系統(tǒng)功能的特殊字節(jié)，option bytes是可編程的、非易失性的配置存儲(chǔ)器。

另外，ST-Link工具支持同時(shí)多個(gè)連接使用。每個(gè)ST-Link都有一個(gè)唯一碼，連接電腦后，可以通過其唯一碼識(shí)別ST-

Link，并對(duì)其進(jìn)行操作，從而實(shí)現(xiàn)多路ST-Link獨(dú)立并行工作。本文介紹的方法也是利用其設(shè)備唯一碼來區(qū)分多路ST-Link工具，并實(shí)現(xiàn)多路刷寫功能同時(shí)工作的。

ST公司開發(fā)的STM32 ST-Link Utility工具，可以支持基于ST-Link開發(fā)調(diào)試及量產(chǎn)[4]。由于ST公司并沒有提供詳細(xì)的公司接口說明，也沒有開源此工具的代碼，開發(fā)調(diào)試難度比較高。但STM32系列單片機(jī)的應(yīng)用非常廣泛，市面上也有很多ST-Link工具的開發(fā)包，例如：

（1）stlink，一款Linux下的ST-Link開源工具，https：//github.com/texane/stlink。

（2）QSTLink2，一款基于QT的跨平臺(tái)ST-Link開源工具，https：//github.com/fpoussin/QStlink2。

（3）pystlink，一款基于python實(shí)現(xiàn)的ST-Link開源工具，https：//github.com/pavelrevak/pystlink。

考慮到python通用性更高、清晰簡(jiǎn)單易用，也可以實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)運(yùn)行，所以選擇了基于python實(shí)現(xiàn)我們的燒錄工具的上位機(jī)，利用pystlink工具提供的接口操作ST-Link。

2 ? ?方案設(shè)計(jì)說明

設(shè)計(jì)一個(gè)可以將多路ST-Link同時(shí)接入的燒錄裝置，燒錄上位機(jī)能識(shí)別并區(qū)分各路ST-Link。在燒錄裝置中，ST-Link通過SWD（Serial Wire Debug，串行調(diào)試）總線連接到芯片座;燒錄的時(shí)候，芯片座安放待燒錄芯片;每個(gè)ST-Link對(duì)應(yīng)連接一個(gè)芯片座。

燒錄裝置有多個(gè)芯片座用于安放芯片，芯片座可以更換，以便適配不同型號(hào)和封裝的芯片。燒錄裝置上有獨(dú)立的控制器，可以控制芯片及ST-Link的電源、指示燈和按鍵。

電腦上位機(jī)通過USB連接燒錄裝置，通過ST-Link的唯一碼，區(qū)分并識(shí)別各路ST-Link。上位機(jī)獨(dú)立控制每一路ST-Link，加載固件文件，識(shí)別芯片，并完成燒錄時(shí)序邏輯，實(shí)現(xiàn)芯片線外燒錄功能。

電腦上位機(jī)可以實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控等功能，可實(shí)時(shí)監(jiān)控產(chǎn)線生產(chǎn)情況，也具備固件安全控制、無縫對(duì)接升級(jí)等功能，能夠提升產(chǎn)線安全性與效率。

3 ? ?燒錄裝置設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)一種燒錄裝置，安裝多路芯片底座，芯片座可以根據(jù)不同型號(hào)芯片封裝更換，芯片座與ST-Link通過SWD總線（VDD、GND、SWDIO、SWCLK）連接在一起。然后，所有ST-Link接到USB總線上，可以通過USB總線連接到電腦上位機(jī)。

燒錄裝置中有燒錄控制器，可以控制燒錄裝置中芯片座的電源，監(jiān)控ST-Link的連接情況，控制每個(gè)芯片座的狀態(tài)指示燈;同時(shí)接收燒錄裝置上的按鍵事件，控制芯片燒錄操作和流程。

燒錄裝置系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

考慮到供電和信號(hào)總線驅(qū)動(dòng)能力的實(shí)際情況，示例的燒錄裝置只安裝了4個(gè)芯片座。在具體實(shí)施過程中，可以根據(jù)不同需求配置更多路的芯片座和ST-Link工具。

燒錄裝置通過USB接口連接到電腦上位機(jī)，上位機(jī)可以控制各個(gè)ST-Link，也可以與燒錄裝置控制器進(jìn)行通信，控制燒錄裝置的電源、指示燈以及處理按鍵事件。指示燈表示燒錄狀態(tài)：紅燈表示錯(cuò)誤，藍(lán)燈表示燒錄中，綠燈表示燒錄完成;按鍵分別為開始、停止、復(fù)位等操作。

4 ? ?燒錄軟件設(shè)計(jì)

這里選擇pystlink工具包開發(fā)改造我們的燒錄裝置上位機(jī)軟件。pystlink提供了一個(gè)可以獲取ST-Link唯一序列號(hào)的接口[5]：

def _get_serial（self）：

try：

serial = usb.util.get_string（self._dev， 255， self._dev.iSerialNumber）

except （usb.core.USBError， ValueError）：

serial = usb.util.get_string（self._dev， self._dev.iSerialNumber）

if serial ！= None：

if re.search（"[0-9a-fA-f]+"， serial）.span（）[1] ！= 24：

serial = ''.join（["%.2x" % ord（c） for c in list（serial）]）

return serial

可以通過此API進(jìn)行判斷并區(qū)分，同時(shí)加載多路ST-Link進(jìn)行芯片的刷寫燒錄。如圖2所示的UI設(shè)計(jì)，軟件可以支持同時(shí)加載4個(gè)不同的固件，分別對(duì)應(yīng)不同的4路ST-Link燒錄芯片座。

各個(gè)通路下的ST-Link可以進(jìn)行獨(dú)立的操作，也可以同時(shí)進(jìn)行統(tǒng)一的操作，可以根據(jù)生產(chǎn)的需求進(jìn)行配置。同時(shí)操作4路芯片的刷寫燒錄，可以滿足生產(chǎn)產(chǎn)線多元化的需求，也能解決生產(chǎn)效率的瓶頸問題。

5 ? ?結(jié)語

STM32系列單片機(jī)廣泛應(yīng)用于嵌入式設(shè)備領(lǐng)域，其產(chǎn)線生產(chǎn)也呈現(xiàn)多元化的趨勢(shì)。本文介紹了一種基于ST-Link工具解決產(chǎn)線生產(chǎn)多樣化與效率問題的方案。本方案設(shè)計(jì)一個(gè)可以同時(shí)接入多個(gè)ST-Link的燒錄裝置，通過識(shí)別不同ST-Link的唯一碼，支持多路芯片的刷寫，實(shí)現(xiàn)多通路多固件差異化的刷寫燒錄。本方案在工廠產(chǎn)線上使用后，減少了操作步驟，降低了操作失誤率;多路差異化的設(shè)計(jì)，可以適用于多種不同的產(chǎn)品線，也能解決生產(chǎn)效率的瓶頸問題。

[參考文獻(xiàn)]

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[4] 李坊玉.STM32 ST-LINK Utility應(yīng)用功能及使用方法（一）[N].電子報(bào)，2019-09-01（007）.

[5] PYSTLINK[EB/OL].[2020-02-13].ttps：//github.com/pavelrevak/pystlink.

收稿日期：2020-02-17

作者簡(jiǎn)介：陳景郁（1982—），男，廣東韶關(guān)人，嵌入式開發(fā)工程師，主要從事嵌入式設(shè)備、移動(dòng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)開發(fā)工作。