基于ST-Link的STM32單片機多路固件燒錄方法研究

陳景郁 朱洪雷

摘要：STM32系列單片機性能好、性價比高，因而廣泛應用于嵌入式設備。嵌入式設備種類繁多，芯片固件也變化多樣，在生產制造過程中，繁雜多樣的芯片固件導致了芯片生產燒錄瓶頸問題。鑒于此，在改造產線生產工具過程中，嘗試了一種基于ST-Link工具實現的多路固件燒錄方法，可以簡化工人操作，實現固件燒錄多樣化，提高生產效率之余，也增強了生產安全性。

關鍵詞：STM32單片機;ST-Link;固件燒錄

0 ? ?引言

STM32系列單片機由于性能好，性價比高，功耗低，逐漸成為嵌入式設備中的主流控制器;可穿戴設備、醫療設備、智能交通和智能家居等嵌入式設備都有采用STM32系列單片機作為主控制器的案例[1-3]。STM32系列單片機是ST公司推出的基于ARM Cort內核的控制器，資源豐富、種類繁多，可以適用于多種場景的產品。

在使用STM32系列單片機的過程中，產品制造遇到了相關的生產燒錄瓶頸問題。傳統的生產方式，STM32系列單片機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備，無論是在線還是線外燒錄，一般都只能同時燒錄同一個固件，不能實現多路同時燒錄多個不同的固件。由于IOT設備的多樣化，產品固件也呈現出多元化的趨勢。本文介紹了一種基于ST-Link改造的多路差異化燒錄方法，可以提供多元化產線生產，提高產線生產效率。

1 ? ?ST-Link介紹

ST-Link是ST公司專門為STM系列單片機開發的調試工具。ST-Link結構簡單、使用方便，可用于研發調試，也可用于產品生產，以大大降低用戶開發和使用成本。

ST-Link工具對STM32單片機提供豐富的功能，包括：整個芯片擦除、按sector擦除、固件刷寫、按字節改寫數據、刷寫數據校驗、存儲內容校驗、option bytes讀寫以及寄存器讀寫等。option bytes是STM32系列單片機中，留給用戶配置系統功能的特殊字節，option bytes是可編程的、非易失性的配置存儲器。

另外，ST-Link工具支持同時多個連接使用。每個ST-Link都有一個唯一碼，連接電腦后，可以通過其唯一碼識別ST-

Link，并對其進行操作，從而實現多路ST-Link獨立并行工作。本文介紹的方法也是利用其設備唯一碼來區分多路ST-Link工具，并實現多路刷寫功能同時工作的。

ST公司開發的STM32 ST-Link Utility工具，可以支持基于ST-Link開發調試及量產[4]。由于ST公司并沒有提供詳細的公司接口說明，也沒有開源此工具的代碼，開發調試難度比較高。但STM32系列單片機的應用非常廣泛，市面上也有很多ST-Link工具的開發包，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ST-Link開源工具，https：//github.com/fpoussin/QStlink2。

（3）pystlink，一款基于python實現的ST-Link開源工具，https：//github.com/pavelrevak/pystlink。

考慮到python通用性更高、清晰簡單易用，也可以實現跨平臺運行，所以選擇了基于python實現我們的燒錄工具的上位機，利用pystlink工具提供的接口操作ST-Link。

2 ? ?方案設計說明

設計一個可以將多路ST-Link同時接入的燒錄裝置，燒錄上位機能識別并區分各路ST-Link。在燒錄裝置中，ST-Link通過SWD（Serial Wire Debug，串行調試）總線連接到芯片座;燒錄的時候，芯片座安放待燒錄芯片;每個ST-Link對應連接一個芯片座。

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

電腦上位機通過USB連接燒錄裝置，通過ST-Link的唯一碼，區分并識別各路ST-Link。上位機獨立控制每一路ST-Link，加載固件文件，識別芯片，并完成燒錄時序邏輯，實現芯片線外燒錄功能。

電腦上位機可以實現聯網監控等功能，可實時監控產線生產情況，也具備固件安全控制、無縫對接升級等功能，能夠提升產線安全性與效率。

3 ? ?燒錄裝置設計

設計一種燒錄裝置，安裝多路芯片底座，芯片座可以根據不同型號芯片封裝更換，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。

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，監控ST-Link的連接情況，控制每個芯片座的狀態指示燈;同時接收燒錄裝置上的按鍵事件，控制芯片燒錄操作和流程。

燒錄裝置系統示意圖如圖1所示。

考慮到供電和信號總線驅動能力的實際情況，示例的燒錄裝置只安裝了4個芯片座。在具體實施過程中，可以根據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，上位機可以控制各個ST-Link，也可以與燒錄裝置控制器進行通信，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：紅燈表示錯誤，藍燈表示燒錄中，綠燈表示燒錄完成;按鍵分別為開始、停止、復位等操作。

4 ? ?燒錄軟件設計

這里選擇pystlink工具包開發改造我們的燒錄裝置上位機軟件。pystlink提供了一個可以獲取ST-Link唯一序列號的接口[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進行判斷并區分，同時加載多路ST-Link進行芯片的刷寫燒錄。如圖2所示的UI設計，軟件可以支持同時加載4個不同的固件，分別對應不同的4路ST-Link燒錄芯片座。

各個通路下的ST-Link可以進行獨立的操作，也可以同時進行統一的操作，可以根據生產的需求進行配置。同時操作4路芯片的刷寫燒錄，可以滿足生產產線多元化的需求，也能解決生產效率的瓶頸問題。

5 ? ?結語

STM32系列單片機廣泛應用于嵌入式設備領域，其產線生產也呈現多元化的趨勢。本文介紹了一種基于ST-Link工具解決產線生產多樣化與效率問題的方案。本方案設計一個可以同時接入多個ST-Link的燒錄裝置，通過識別不同ST-Link的唯一碼，支持多路芯片的刷寫，實現多通路多固件差異化的刷寫燒錄。本方案在工廠產線上使用后，減少了操作步驟，降低了操作失誤率;多路差異化的設計，可以適用于多種不同的產品線，也能解決生產效率的瓶頸問題。

[參考文獻]

[1] 林玩杰，李水峰，毛立夫，等.基于STM32智能家居控制系統的設計[J].電子設計工程，2019，27（24）：176-180.

[2] 夏勝利，殷鳴.基于STM32單片機的智能公交設計[J].物聯網技術，2019，9（8）：53-54.

[3] 褚夢秋，佀國寧，李根生，等.下肢康復機器人控制系統研究進展[J].北京生物醫學工程，2018，37（6）：643-649.

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

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

收稿日期：2020-02-17

作者簡介：陳景郁（1982—），男，廣東韶關人，嵌入式開發工程師，主要從事嵌入式設備、移動設備驅動開發工作。