基于ST-Link的STM32单片机多路固件烧录方法研究

陈景郁 朱洪雷

摘要：STM32系列单片机性能好、性价比高，因而广泛应用于嵌入式设备。嵌入式设备种类繁多，芯片固件也变化多样，在生产制造过程中，繁杂多样的芯片固件导致了芯片生产烧录瓶颈问题。鉴于此，在改造产线生产工具过程中，尝试了一种基于ST-Link工具实现的多路固件烧录方法，可以简化工人操作，实现固件烧录多样化，提高生产效率之余，也增强了生产安全性。

关键词：STM32单片机;ST-Link;固件烧录

0    引言

STM32系列单片机由于性能好，性价比高，功耗低，逐渐成为嵌入式设备中的主流控制器;可穿戴设备、医疗设备、智能交通和智能家居等嵌入式设备都有采用STM32系列单片机作为主控制器的案例[1-3]。STM32系列单片机是ST公司推出的基于ARM Cort内核的控制器，资源丰富、种类繁多，可以适用于多种场景的产品。

在使用STM32系列单片机的过程中，产品制造遇到了相关的生产烧录瓶颈问题。传统的生产方式，STM32系列单片机固件的烧录方法分为在线烧录和线外烧录两种。市面上提供的烧录设备，无论是在线还是线外烧录，一般都只能同时烧录同一个固件，不能实现多路同时烧录多个不同的固件。由于IOT设备的多样化，产品固件也呈现出多元化的趋势。本文介绍了一种基于ST-Link改造的多路差异化烧录方法，可以提供多元化产线生产，提高产线生产效率。

1    ST-Link介绍

ST-Link是ST公司专门为STM系列单片机开发的调试工具。ST-Link结构简单、使用方便，可用于研发调试，也可用于产品生产，以大大降低用户开发和使用成本。

ST-Link工具对STM32单片机提供丰富的功能，包括：整个芯片擦除、按sector擦除、固件刷写、按字节改写数据、刷写数据校验、存储内容校验、option bytes读写以及寄存器读写等。option bytes是STM32系列单片机中，留给用户配置系统功能的特殊字节，option bytes是可编程的、非易失性的配置存储器。

另外，ST-Link工具支持同时多个连接使用。每个ST-Link都有一个唯一码，连接电脑后，可以通过其唯一码识别ST-

Link，并对其进行操作，从而实现多路ST-Link独立并行工作。本文介绍的方法也是利用其设备唯一码来区分多路ST-Link工具，并实现多路刷写功能同时工作的。

ST公司开发的STM32 ST-Link Utility工具，可以支持基于ST-Link开发调试及量产[4]。由于ST公司并没有提供详细的公司接口说明，也没有开源此工具的代码，开发调试难度比较高。但STM32系列单片机的应用非常广泛，市面上也有很多ST-Link工具的开发包，例如：

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

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

（3）pystlink，一款基于python實现的ST-Link开源工具，https：//github.com/pavelrevak/pystlink。

考虑到python通用性更高、清晰简单易用，也可以实现跨平台运行，所以选择了基于python实现我们的烧录工具的上位机，利用pystlink工具提供的接口操作ST-Link。

2    方案设计说明

设计一个可以将多路ST-Link同时接入的烧录装置，烧录上位机能识别并区分各路ST-Link。在烧录装置中，ST-Link通过SWD（Serial Wire Debug，串行调试）总线连接到芯片座;烧录的时候，芯片座安放待烧录芯片;每个ST-Link对应连接一个芯片座。

烧录装置有多个芯片座用于安放芯片，芯片座可以更换，以便适配不同型号和封装的芯片。烧录装置上有独立的控制器，可以控制芯片及ST-Link的电源、指示灯和按键。

电脑上位机通过USB连接烧录装置，通过ST-Link的唯一码，区分并识别各路ST-Link。上位机独立控制每一路ST-Link，加载固件文件，识别芯片，并完成烧录时序逻辑，实现芯片线外烧录功能。

电脑上位机可以实现联网监控等功能，可实时监控产线生产情况，也具备固件安全控制、无缝对接升级等功能，能够提升产线安全性与效率。

3    烧录装置设计

设计一种烧录装置，安装多路芯片底座，芯片座可以根据不同型号芯片封装更换，芯片座与ST-Link通过SWD总线（VDD、GND、SWDIO、SWCLK）连接在一起。然后，所有ST-Link接到USB总线上，可以通过USB总线连接到电脑上位机。

烧录装置中有烧录控制器，可以控制烧录装置中芯片座的电源，监控ST-Link的连接情况，控制每个芯片座的状态指示灯;同时接收烧录装置上的按键事件，控制芯片烧录操作和流程。

烧录装置系统示意图如图1所示。

考虑到供电和信号总线驱动能力的实际情况，示例的烧录装置只安装了4个芯片座。在具体实施过程中，可以根据不同需求配置更多路的芯片座和ST-Link工具。

烧录装置通过USB接口连接到电脑上位机，上位机可以控制各个ST-Link，也可以与烧录装置控制器进行通信，控制烧录装置的电源、指示灯以及处理按键事件。指示灯表示烧录状态：红灯表示错误，蓝灯表示烧录中，绿灯表示烧录完成;按键分别为开始、停止、复位等操作。

4    烧录软件设计

这里选择pystlink工具包开发改造我们的烧录装置上位机软件。pystlink提供了一个可以获取ST-Link唯一序列号的接口[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进行判断并区分，同时加载多路ST-Link进行芯片的刷写烧录。如图2所示的UI设计，软件可以支持同时加载4个不同的固件，分别对应不同的4路ST-Link烧录芯片座。

各个通路下的ST-Link可以进行独立的操作，也可以同时进行统一的操作，可以根据生产的需求进行配置。同时操作4路芯片的刷写烧录，可以满足生产产线多元化的需求，也能解决生产效率的瓶颈问题。

5    结语

STM32系列单片机广泛应用于嵌入式设备领域，其产线生产也呈现多元化的趋势。本文介绍了一种基于ST-Link工具解决产线生产多样化与效率问题的方案。本方案设计一个可以同时接入多个ST-Link的烧录装置，通过识别不同ST-Link的唯一码，支持多路芯片的刷写，实现多通路多固件差异化的刷写烧录。本方案在工厂产线上使用后，减少了操作步骤，降低了操作失误率;多路差异化的设计，可以适用于多种不同的产品线，也能解决生产效率的瓶颈问题。

[参考文献]

[1] 林玩杰，李水峰，毛立夫，等.基于STM32智能家居控制系统的设计[J].电子设计工程，2019，27（24）：176-180.

[2] 夏胜利，殷鸣.基于STM32单片机的智能公交设计[J].物联网技术，2019，9（8）：53-54.

[3] 褚梦秋，佀国宁，李根生，等.下肢康复机器人控制系统研究进展[J].北京生物医学工程，2018，37（6）：643-649.

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

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

收稿日期：2020-02-17

作者简介：陈景郁（1982—），男，广东韶关人，嵌入式开发工程师，主要从事嵌入式设备、移动设备驱动开发工作。