嵌入式杂谈——笔记本是怎么下载到开发板的

看门狗饲养员

于 2025-01-18 23:54:10 发布

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分类专栏：嵌入式杂谈文章标签：单片机嵌入式硬件 stm32 mcu 蓝桥杯开源

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我经常好奇·一个问题？下载的程序是怎么进入到开发板中的？

笔记本到开发板：程序传输全解析

在嵌入式开发领域，将笔记本上编写好的程序下载到开发板是一项基础且关键的操作。了解其背后的传输机制，有助于开发者更高效地进行开发工作，及时解决传输过程中遇到的问题。本文将详细介绍几种常见的程序传输方式。

一、串口传输

1. 原理

串口通信是一种使用串行通信协议的方式，数据按位依次传输。在笔记本与开发板的连接中，通过串口线将两者的串口引脚相连。笔记本上的串口驱动程序将数据按特定格式（如波特率、数据位、停止位、校验位等设置）转换为串行信号，开发板的串口接收电路接收到信号后，再将其还原为数据。例如，常见的波特率 9600，表示每秒传输 9600 位数据。

2. 过程

硬件连接：使用串口线连接笔记本的串口（或通过 USB 转串口适配器连接 USB 接口与开发板的串口）。
软件设置：在笔记本端，使用串口调试助手等软件，设置好与开发板一致的波特率、数据位等参数。在开发板端，编写相应的串口接收程序，用于接收并存储来自笔记本的程序数据。当数据传输完成后，开发板根据自身的启动机制，将接收到的程序数据加载到合适的存储区域并运行。

3. 优缺点

优点：硬件连接简单，成本低，适用于大多数开发板，且对干扰有一定的抵抗能力。
缺点：传输速度相对较慢，对于较大的程序文件传输耗时较长。

二、USB 传输

1. 原理

USB（通用串行总线）是一种高速串行总线标准。笔记本和开发板通过 USB 线连接后，遵循 USB 协议进行通信。USB 协议定义了设备枚举、数据传输等过程。当开发板连接到笔记本时，笔记本的 USB 驱动程序识别开发板，并为其分配资源。数据以数据包的形式在 USB 总线上传输，通过不同的端点（Endpoint）进行数据的发送和接收。

2. 过程

硬件连接：直接使用 USB 线连接笔记本和开发板的 USB 接口。
软件设置：开发板需要有 USB 设备驱动程序，能够响应笔记本的枚举请求，并实现数据接收功能。在笔记本端，开发工具（如 IDE）通过调用 USB 驱动接口，将编译好的程序数据以合适的格式发送到开发板。开发板接收到数据后，将其存储到内部存储介质（如 Flash）中，然后可以从该存储介质加载程序运行。

3. 优缺点

优点：传输速度快，能够快速下载较大的程序文件，操作方便，支持热插拔。
缺点：开发板需要有 USB 接口及相应的 USB 协议栈支持，硬件设计相对复杂一些。

三、JTAG 传输

1. 原理

JTAG（Joint Test Action Group）是一种国际标准测试协议，主要用于芯片内部测试及对系统进行调试。通过 JTAG 接口，笔记本可以直接与开发板上芯片的调试逻辑单元进行通信。JTAG 接口定义了 5 条信号线：TCK（测试时钟）、TMS（测试模式选择）、TDI（测试数据输入）、TDO（测试数据输出）和 TRST（测试复位）。通过这些信号线，笔记本可以控制芯片进入不同的测试或调试模式，并将程序数据写入芯片的特定存储区域。

2. 过程

硬件连接：使用 JTAG 仿真器连接笔记本和开发板的 JTAG 接口。仿真器起到桥梁作用，将笔记本的命令和数据转换为符合 JTAG 协议的信号传输给开发板。
软件设置：在笔记本端，使用专门的 JTAG 调试工具（如 OpenOCD 等），配置好与开发板芯片对应的参数，如芯片型号、存储映射等。然后通过调试工具将程序数据下载到开发板芯片的指定存储位置，如 Flash 或 SRAM。开发板上电后，从该存储位置加载程序运行。

3. 优缺点

优点：可以直接对芯片进行调试，能够实现对程序的精确控制和调试，适合底层开发和硬件调试。对于一些无法通过常规方式启动程序的情况，JTAG 传输可以起到关键作用。
缺点：硬件连接相对复杂，需要专门的 JTAG 仿真器，成本较高。同时，JTAG 接口可能会占用芯片的部分引脚资源，对硬件设计有一定要求。

四、网络传输

1. 原理

利用网络通信协议（如 TCP/IP），笔记本和开发板在同一网络环境下（可以是有线网络或无线网络）进行通信。开发板需要具备网络接口（如以太网接口或 Wi-Fi 模块），并运行有网络协议栈。笔记本上的开发工具通过网络套接字（Socket）将程序数据封装成网络数据包，按照网络协议发送到开发板的 IP 地址对应的端口。开发板接收到数据包后，进行解包并存储程序数据。

2. 过程

硬件连接：如果是以太网连接，使用网线连接笔记本和开发板的以太网接口；若是无线网络，开发板需配置好 Wi-Fi 连接参数，与笔记本处于同一 Wi-Fi 网络。
软件设置：在开发板端，配置网络参数，启动网络服务程序监听指定端口。在笔记本端，开发工具通过网络编程接口，将编译好的程序数据发送到开发板的目标端口。开发板接收到数据后，将其存储到合适的存储介质，并根据需要加载运行。