atmega328P 写入 Boot Loader的那点事

jf201006

Arduino是开源的，这很好。想当年在学校时，每当考试时，同学们在考场上都不开源给我，所以学了BASIC、汇编、FOXBASIC、VB都跟没有学似的，看到满屏的字母只能笑。


这几天忽然对atmega328P的了兴趣，有位坛友也发了不少Arduino实验的贴子，但新买来的atmega328P大部分是没有引导程序BOOT LOADER的，必须进行烧写。
下面说说如何烧写。

一、初识atmega328P集成IC

新买来的328P不做特别说明的一般都是没有引导程序BootLoader的，这就要先对328P进行Boot Loader的烧写。下面就如何烧写进行说明。

（一）328P两种封装的脚位对应情况

atmega328P－AU封装脚位

atmega328P—PU封装脚位

ARDUINO 与两种封装脚位对应关系

要注意Arduino PIN和集成块的PIN是不同的。

（二）制作一个最小系统

以AU为例参考图

atmega328P－PU的最小系统情况

atmega328P－AU封装的使用转接板接出引脚

这时开始的棚搭

后来用面包板了

328AU的最小系统情况参考：

二、使用USB编程器

关键是设置熔丝位（FUSE）和找对相应的HEX文件。

这里使用的是51单片机的下载器

安装好驱动

与ARDUINO的接线关系

熔丝位和HEX文件的设置在IDE的安装目录中的boards.txt文件中可以找到。

1.找到相应的熔丝位

在IDE安装目录中..\arduino-nightly\hardware\arduino\avr找到boards.txt文件

这个文件用写字板打开，在“##”后可以找要烧写的“开发板”型号，下面就可以看到低位熔丝、高位熔丝、扩展位、加密位及bootloader.file（HEX文件）。

这是Nano Old Bootloader 的情况：

nano.menu.cpu.atmega328old=ATmega328P (Old Bootloader)

nano.menu.cpu.atmega328old.upload.maximum_size=30720

nano.menu.cpu.atmega328old.upload.maximum_data_size=2048

nano.menu.cpu.atmega328old.upload.speed=57600

nano.menu.cpu.atmega328old.bootloader.low_fuses=0xFF

nano.menu.cpu.atmega328old.bootloader.high_fuses=0xDA

nano.menu.cpu.atmega328old.bootloader.extended_fuses=0xFD

nano.menu.cpu.atmega328old.bootloader.file=atmega/ATmegaBOOT_168_atmega328.hex

nano.menu.cpu.atmega328old.build.mcu=atmega328p

2.连接好ISP线，插好USB下载器，打开progisp，

每项操作，下面的白色窗口都有反馈的，最后的操作在最上现一行显示。

选好片

3.Fuse设置好要点“写入”，然后点“读出”，确保与写入的一样才算写入了

4.调入Flash文件。根据

nano.menu.cpu.atmega328old.bootloader.file=atmega/ATmegaBOOT_168_atmega328.hex

对应的bootloader文件在IDE的安装目录中可以找到：

..\arduino-nightly\hardware\arduino\avr\bootloaders\atmega

5.检查无误后，点“自动”，窗口最下面的“状态”有提示的

当下载好后，如果在D13上接有LED，LED会闪的。（只有Nano ATmega328P (old bootloader)会闪，UNO和Nano ATmega328P是不会闪的）

三、使用arduino as ISP方式

如果手上没有下载器，可以使用正常的Arduino UNO开发板作为烧写器给单片机芯片烧写BootLoader。

在这里采用一块Arduino UNO板作为烧写器，讲一下对328P进行Arduino BootLoader 的烧写。

（一）将Arduino UNO板（上位机）变成个ISP设备。

1.将作为烧写器的ArduinoUNO板通过USB线连接到电脑，打开ArduinoIDE 。

2.选择并设置好开发板型号、处理器及COM口。（注意要选择的型号为作为上位机的Arduino 型号）

3.在工具栏选择 —〉文件->示例—〉11.Arduino ISP —〉ArduinoISP，打开ArduinoISP程序，编译（验证）、下载到UNO开发板中。

4.在工具栏选择—〉工具—〉编程器—〉Arduino as ISP。

到此，上位机就成了一个ISP下载器了。

（二）连接线路

连接好上位机与下位机的线，下位机的电源和地要与上位机连接。

在ArduinoISP 程序的73、85、86、87行给出了UNO板作为ISP的接线：

D10—〉RESET

D11—〉MOSI

D12—〉MISO

D13—〉SCK

对应接线情况：

如果上位机是Nano则在reset与地接一个10UF的电容（我试过4.7－100uF都可以）。网上说UNO接这个电容，其实UNO不用接的。

（三）进行烧写

在工具栏选择—〉工具—〉烧录引导程序。

6.等待完成

如果是Nano ATmega328P (oldbootloader）D13上接有LED，LED会闪的。

四、验证

（一）使用CH340等，通过TX、RX下载程序进行验证

1.电路连接：

目标板上的RESET通过1K电阻上拉到VCC（5V）。RESET串10UF电容，接到CH340的DTR或RTS，可以自动下载。我接的是220UF的，稳定下载

如果没有串电容，等IDE提示“上传”时，RESET对地短路一下也可。就是按一下复位键。隔壁的图

2.选择并设置好开发板型号、处理器及COM口。（注意要选择的型号为刚烧写的Arduino 型号）为了区别示例的Blink，下载了一个“SOS”

（二）使用Arduino作为ISP上传

保持上面Arduino作为ISP设备的姿势（接线不要动）。

打开验证程序

在工具栏选择—〉项目—〉使用编程器上传。

也可以按着shift键，用鼠标点上传图标（右箭头）

下载成功后观察。

当然可能用下图这个验证

下面这个是双灯。一个是SOS，一个是呼吸灯，同时闪

费心作了两个板子进行实验

下面这个上位机是NANO，所以在RESET与GND之间接了一个电容，

楼下对熔丝配置的说明，网上收集的

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jf201006

328P熔丝配置的说明

下面是NANO的熔丝位


下面是UNO的熔丝位


熔丝位配置：熔丝位 “0” = 已编程（允许）； “1” = 未编程（禁止）
熔丝低位(low fuse)：

1.CKDIV8
CKDIV8位是配置mcu时钟的8分频，出厂默认是0，如果你是用16MHz(arduino uno 和 nano默认时钟)的话需要将这位改成1。

2.CKOUT
CKOUT位允许系统时钟从PORTB0输出，一般默认1就行，不用去配。

3.复位启动时间选择
SUT 1/0:  当选择不同晶振时，SUT有所不同。如果没有特殊要求推荐SUT 1/0设置复位启动时间稍长，使电源缓慢上升。默认“01”

4.CKSEL3/0:时钟源选择（默认“0100”）
CLKSEL0、CLKSEL1、CLKSEL2、CLKSEL3用于选择系统的时钟源。有五种不同类型的时钟源可供选择（每种类型还有细的划分）。芯片出厂时的默认情况为CLKSEL3..0和SUT1..0分别是“0001”和“10”。即使用内部1MHz RC振荡器，使用最长的启动延时。这保证了无论外部振荡电路是否工作，都可以进行最初的ISP下载。对于CLKSEL3..0熔丝位的改写需要十分慎重，因为一旦改写错误，会造成芯片无法启动。

Low Power Crystal Oscillator                                   1111 – 1000
Full Swing Crystal Oscillator                             0111 – 0110
Low Frequency Crystal Oscillator                      0101 – 0100
Internal 128kHz RC Oscillator                            0011
Calibrated Internal RC Oscillator                        0010
External Clock 0000 Reserved                            0001
ATMEGA328P芯片出厂默认是8MHz再8分频，最终为1MHz的时钟。
而UNO默认是用16MHz外部晶振所以 CKSEL3/0= “1111”   SUT 1/0 = “11”

熔丝高位(high fuse):

1.RSTDISBL: 复位或I/O功能选择
为硬复位功能使能端，如果置0，可以将reset端做数字IO使用，这样会造成ISP的下载编程无法进行，因为在进入ISP方式编程时前，需要将RESET引脚拉低，使芯片先进入复位状态。所以这里置1。（此位如果配成0，芯片变板砖……）

2.DWEN:调试线使能
DWEN用来激活DW调试，默认未编程。

3.SPIEN:使能串行程序和数据下载（默认“0”）
使用ISP串行方式下载编程时，应配置SPIEN熔丝位为“0”。芯片出厂时SPIEN位的状态默认为“0”，表示允许ISP串行方式下载数据。只有该位处于编程状态“0”，才可以通过AVR的SPI口进行ISP下载，如果该位被配置为未编程“1”后，ISP串行方式下载数据立即被禁止，此时只能通过并行方式或JTAG编程方式才能将SPIEN的状态重新设置为“0”，开放ISP。一般保留其状态。

4.WDTON:是否一直启用看门狗
WDTON默认为“1”，即禁止看门狗的定时器始终开启。如果该位设置为“0”后，看门狗的定时器就会始终打开，不能被内部程序控制了，这是为了防止当程序跑飞时，未知代码通过写寄存器将看门狗定时器关断而设计的。一般我们的非工业制作都不使用看门狗功能，所以这里置1即可。

5.EESAVE: 执行芯片擦除时EEPROM 的内容保留
执行擦除命令时是否保留E2PROM中的内容，默认状态为“1”，表示E2PROM中的内容同Flash中的内容一同擦除。如果该位设置为“0”，对程序进行下载前的擦除命令只会对FLASH代码区有效，而对E2PROM区无效。这对于希望在系统更新程序时，需要保留E2PROM中数据的情况下是十分有用的。

6.BOOTSZ1/0： boot区大小
这两位确定了BOOTLOADER区的大小以及其起始的首地址。默认的状态为“00”，表示BOOTLOADER区为4096字，起始首地址为0xF000。
00：1024Word
01：512Word
10：256Word
11：128Word

7.BOOTRST: 复位向量选择
决定芯片上电起动时，第一条执行指令的地址。默认状态为“1”，表示起动时从0x0000开始执行。如果BOOTRST设置为“0”，则起动时从BOOTLOADER区的起始地址处开始执行程序。BOOTLOADER区的大小由BOOTSZ1和BOOTSZ0决定，因此其首地址也随之变化。
如果你的芯片里面烧写了bootloader并想要复位后从引导区开始，就需要配置此位0。
熔丝扩展位(extended fuse):

8.BODLEVEL 2/0：BOD触发电平
使用方法：如果启动掉电检测，则检测电平由BODLEVEL决定。一旦VCC下降到触发电平以下，MCU复位；当VCC电平大于触发电平后，经过tTOUT 延时周后重新开始工作。
BODLEVEL 2/0 熔丝位              BOD VOLT
111                                             禁用BOD
110                                            1.8V
101                                            2.7V
100                                             4.3V
另：扩展熔丝位只有BODLEVEL这3位。

最后你可以到boards.txt里看一下各板子的熔丝配置就可以知道每块板子是如何工作的。

现在知道UNO和NANO的默认熔丝配置了吧
UNO = FF-DE-FD (LOW-HIGH-EXT)
NANO = FF-DA-FD (LOW-HIGH-EXT)

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后续：atmega328P 写入 Boot Loader的那点事 之 互相伤害
https://www.mydigit.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=59096

nwsbq

高手，绝对是高手

lmy2003

手持筷子围观楼主折腾:lol:

ljlun

恭喜精华了！
高级，没玩过，学习一下
等牙膏ing

mitchel

请问楼主，能不能改Arduino IDE的配置文件，然后每次点Upload刷芯片的时候都能更新熔丝位？

aacyxjz

会玩单片机就是好哈哈

szb314

只是不知道 熔丝 真的熔了么,,烧断后还能复活?:lol:

轻烟

看不懂，火钳刘明

茶壹杯

这个精华必须的

f@tfox

考场上答题如果同学开源给你，该用啥协议呢:titter: 是否应该标明出处？还是强制继续开源给别人:lol:

oscillator

f@tfox 发表于 2019-6-12 17:49
考场上答题如果同学开源给你，该用啥协议呢 是否应该标明出处？还是强制继续开源给别人 ...

我觉得WTFPL很合适

进士小站

Arduino是开源的:smile:

迈克老狼

以前刷mp3的时候没有售后的bootloader 安全没有办法，膜拜大神

jf201006

mitchel 发表于 2019-6-11 21:50
请问楼主，能不能改Arduino IDE的配置文件，然后每次点Upload刷芯片的时候都能更新熔丝位？
...

好像不行吧，这样的话不小心FUSE就乱了

shboy

复杂的一笔啊

cbcb4cb

我就是芯片变板砖那个:cry:，话说还有救吗，刷imax b6刷了一次然后1602没显示且不识别，换一个再刷，又一个砖

jf201006

cbcb4cb 发表于 2019-6-13 21:45
我就是芯片变板砖那个，话说还有救吗，刷imax b6刷了一次然后1602没显示且不识别，换一个再刷，又一个 ...

imax b6的主控是328p-AU，你烧写Boot Loader了吗？现在还能写入Fuse吗？试试用外部晶振救砖

sunnyquan

虽然说了那么多年电子爱好者，但一直没学习编程，51也一直没学，最近买了STM32的，计划学习起来！

看你这个好像跟那个有点类似。。。

netbeetle

cbcb4cb 发表于 2019-6-13 21:45
我就是芯片变板砖那个，话说还有救吗，刷imax b6刷了一次然后1602没显示且不识别，换一个再刷，又一个 ...

用外部有源晶振就能救活。我也因为那个讨厌的熔丝位搞变砖过，用有源的晶振救活了。很久不碰atmega了，太麻烦了。