Arduino (ATmega328P) bootloader

ATmega328P与Arduino，bootloader的原理与使用

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--by Captdam @ 2019-01-17 12:56 GMT edited

最近因为毕业设计所以买了一块Arduino，也顺便研究了一下Arduino UNO与ATmega328P。

首先评价一下Arduino把，个人感觉是一个教育意义大于实际意义的东西，实际上并不是很实用，因为Arduino这个架构，MCU的性能被浪费了很多。尝试用Arduino写了一个LED闪烁的小程序，Arduino IDE居然生成了1000byte左右的代码（说实话只要写timer和timer中断就能达到这个功能，同样的功能CISC芯片只要几十个byte的代码就够了）。作为一个比较喜欢老学校的ECE，这个完全不能忍受呀。于是，决定放弃Arduino，直接对上面搭载的ATmega328P进行开发。

关于开发了什么，以及开发前选型什么的，不是这一篇blog的主题。在这里，主要讨论一下ATmega328P的bootloader。另外，在这里disclaim一下，我之前玩过一些MCU但是AVR架构还是初学者。这里对bootloader的理解全部来源于官方datasheet，要是有什么地方说的不对，还请包涵。

优势

个人认为，Arduino的最大优势是对于爱好者来说的低价，以及大量的社区资源。

首先说一下，什么是什么是Arduino UNO。Arduino UNO是一张信用卡大小的电路板，核心是一片可以自由使用ATmega328P芯片，有一片程序写死（可以通过ISP编程，但是很麻烦就是了）的ATmega168作为USB-to-UART转换器，电源稳压器，另外还有一堆GPIO接口。

首先，关于价格。一张官方的Arduino UNO的价格是30刀，一张非官方的Arduino UNO的价格是10刀（还是亚马逊Prime包邮），一片ATmega328P芯片的价格时3刀。也就是说10刀就可以获得一个可以上手立马使用的芯片加最小系统/编程器。如果使用专用编程器的话，编程器就得花几十刀，还得自己把外围电路搭出来。

另外，因为Arduino的用户社区很大（Arduino估计是Atmel公司<或者说Microchip>最大的客户了，Atmel Studio创建project时都有Arduino这个选项），网上能找到不少资源（虽然比较old school的硬核资料很少就是了）。

劣势

接下来，说一说劣势。

首先，Arduino这个架构的效率问题。对于电脑来说（ATmega328P虽然是单片机，但是单片机也是归类于电脑的），效率最高的是使用汇编开发，其次是C（C可以理解为是Asm的进化版），再其次是其他各种语言。而Arduino呢，他算是对C进行了再一次封装，也就是说在C损失的效率这个基础上，再损失一次效率。当然，使用C/Arduino也带来了优点：开发简单方便，不需要有很深入地对数字逻辑电路的理解，也不需要把几百页的reference sheet读个好几十遍。要避免Arduino程序效率问题的话，可以用Atmel studio，或是记事本+avrgcc/avra进行开发。

另外就是Arduino的编程器问题。Arduino使用bootloader+串口进行编程，这样只要电脑USB连接Arduino就可以对ATmega328P进行编程了。正常来说，这样的配置已经足够了，但是，当需要更高级的编程时，比如改写fuse，Arduino就无能为力了（具体原因下文解释）。这种情况下，必须使用另外一个芯片（可以是专用编程器，也可以是另外一块写了ISP程序的Arduino，或是其他的MCU）连接ATmega328P的ICSP进行编程了。