在系统编程ISP及在应用编程IAP

在嵌入式系统开发中，程序烧录和升级一直是个绕不开的话题。过去，工程师们往往需要借助编程器，把芯片从板子上拆下来才能完成烧录，既麻烦又容易损坏硬件。于是，ISP和IAP技术应运而生，它们让“在线编程”成为可能，大大简化了开发流程和产品维护。

简单来说，ISP（In-System Programming，在系统编程）允许在电路板上直接对空白器件进行编程，无需将芯片取下。而IAP（In-Application Programming，在应用编程）更进一步，它让MCU能够在运行过程中获取新代码，并对自身的存储器进行重新编程——说白了，就是程序自己可以改写自己。这两种技术，已经成为现代仪器仪表开发的重要基石。

1 ISP和IAP的工作原理

先看ISP。它的实现思路相对直接：通过上位机软件，经由串行接口（如SPI）将数据传入芯片内部的存储器。设计目标板时，只需要预留出对应的接口，就能在系统内完成编程。所以叫“在系统编程”——程序升级时，芯片不用脱离系统。不过需要留意的是，ISP虽然省去了拆卸芯片的麻烦，但技术人员通常还是需要到现场操作。

IAP的实现则要复杂一些。关键在于，单片机内部必须有两块独立的存储区：一块是BOOT区，另一块是用户程序区。芯片上电后，先运行BOOT区里的代码，检查是否有外部改写指令。如果条件满足，就执行对存储区程序的改写；如果没有，程序指针则跳转到用户程序区，开始正常执行。这样一来，如果配合网管系统，就能通过网络远程完成程序下载，彻底省去奔波之苦。

2 ISP和IAP在单片机中的应用

2.1 传统编程方法的不足

在传统的单片机开发流程中，编程器是必不可少的工具。调试完成的程序，必须借助编程器烧录到单片机内部或外接的程序存储器中。一台普通的编程器，价格从几百到几千元不等，对不少用户来说是一笔不小的开销。更麻烦的是，每次程序改动，都需要把芯片从电路板上拔下来，编程后再插回去。这个过程不仅繁琐，还容易对芯片引脚和电路板造成物理损伤。一旦产品需要升级，设备必须返厂，或者技术人员亲赴现场，时间和成本都很高。

2.2 ISP和IAP的优点

ISP技术的最大优势，就是摆脱了对编程器的依赖。芯片可以直接焊在电路板上，调试结束就是成品，避免了反复插拔带来的损伤。而IAP技术则通过将Flash存储器映射为两个存储体来实现更灵活的操作：运行一个存储体上的程序时，可以同时对另一个存储体进行擦写编程，之后再切换执行。通常，IAP利用单片机的串行口与计算机的RS232口连接，通过专门设计的固件程序来完成内部存储器的编程。更关键的是，借助现有的互联网或其它通信方式，IAP能够非常方便地实现远程升级和维护。

相同点

ISP和IAP在核心机制上其实很相似——都不需要把芯片从板子上拔下来，就能通过PC-MCU的编程接口（如JTAG、串口、SPI等）完成新版本的升级。它们的共同逻辑是：MCU内部先执行一段独立的Boot代码（这段代码通常是出厂预置的，或通过编程器烧录，大小一般只有1KB或4KB，不同厂商的实现方式略有差异），由Boot代码负责控制擦除和编程程序存储器，然后通过某种通信方式，将PC上编译好的二进制文件写入MCU的程序存储器。

不同点

ISP和IAP最大的区别在于：由谁来触发启动编程流程。

ISP的触发方式比较多样，主要有四种：

1. 外部硬件电路触发，例如保持VDD高电平，给RST引脚连续施加3个脉冲；

2. 检测状态位，如ISPEN为0时，PC指针从0000H开始执行，为1时则通过“引导向量”跳转到ISP代码位置；

3. 中止控制符信号触发芯片复位，即在异步串行口的接收脚上出现一帧长度的低电平；

4. 用户程序直接调用，但这种方式风险较高，一般不建议使用。

无论哪种方式，目的都是引导PC指针指向ISP子程序，从而进入BootROM。

IAP的触发相对简单，没有外部硬件触发机制。它通过一些特定的指示位（不同厂商有不同的实现方式，例如SST的SC0/SC1，或Philips的IAP子程序，后者通常保存在FF00H~FFFFH地址空间中）来引导进入BootROM。

殊途同归，ISP和IAP最终的目标都是进入BootROM，执行其中驻留的Boot代码。

最后还有一种传统的并行编程模式。这种方式不需要BootROM，直接通过设置芯片的多个引脚来让芯片识别命令（如擦除、写入、验证等），并通过P口传输地址和数据，从而写入Flash。

以LPC2000系列为例，使用IAP功能时，需要自己分配好Flash空间，指定一个Block用来存放数据，然后通过IAP命令进行写操作。每次开机后，从这个Block读取数据即可。