在市場上有各式各樣的單片機，例如Arduino，51單片機，STM等。通常，我們都用其對應(yīng)的IDE軟件進行單片機的編程。這些軟件既負責(zé)將程序代碼轉(zhuǎn)寫成二進制代碼，即機器語言，也負責(zé)將該二進制代碼導(dǎo)入單片機。與此同時，有一個開源軟件，叫做Avrdude，可以將二進制代碼程序?qū)懭敫鱾€品牌的單片機中。該項目在Github上，支持Windows、MacOS、以及以Linux為內(nèi)核的系統(tǒng)[1]。這是由于許多單片機的公司的產(chǎn)品是開源的，也就是說將二進制程序代碼寫入單片機的報文是公開的，所以有這樣的電子工程師將這些寫入的報文做成程序供大家使用。

本文通過分析Avrdude的源代碼，大致了解一下二進制程序代碼寫入單片機的過程，即報文格式，幫助讀者進一步了解單片機的工作原理。通過了解這些內(nèi)容，有助于開發(fā)第三方軟件進行單片機的編程。開發(fā)第三方軟件的意義有，例如，有的人認(rèn)為現(xiàn)有的單片機IDE程序太復(fù)雜，想設(shè)計一個簡單的，易用的版本，只包含基本功能即可；另外，也可以將單片機的IDE程序移植到其它的平臺，如鴻蒙，安卓，甚至一些小眾的操作系統(tǒng)和平臺上。

一、Avrdude的基本操作

Avrdude可以作為Linux的控制臺程序，其運行的命令形式大致為[1]：

avrdude -c <programmer> -p <part> -U flash:w:<file>:i

如：

avrdude -c arduino -P COM1 -b 115200 -p atmega328p -D -U flash:w:objs/blink.hex:i

詳細說明見[2]。簡單地說，-c 后面跟單片機的類型，-P后面跟傳輸?shù)拇谔?#xff0c;-b后面跟波特率，-p后面跟具體的型號，-U后面跟需要寫入的單片機內(nèi)存、是寫還是讀、二進制代碼文件、格式。

從該句的大意可以看出，把程序?qū)懭雴纹瑱C的過程，本質(zhì)上說是把二進制程序代碼寫入單片機的某個內(nèi)存中。這個內(nèi)存通常是flash或eeprom。關(guān)于flash和eeprom的區(qū)別，見[3]。

二、源程序的分析

注：該源代碼包里包含多個文件，經(jīng)常出現(xiàn)一個函數(shù)或常量的定義在另一個文件中的現(xiàn)象。所以為了分析方便，強烈建議用支持在文件夾里從多個文件中搜索關(guān)鍵詞的功能，且支持多視圖的軟件。例如NotePad++[5]?[6]。若要用iPad閱讀代碼，推薦Code App[7]。注意要在設(shè)置里打開以下選項，啟用多視圖功能。

一個用C語言寫的程序，運行時，通常從main函數(shù)開始。而通過命令行運行程序時，輸入的程序名以及參數(shù)，會被傳遞到main函數(shù)的參數(shù)中。具體的說明，見[4]。

所以，在這里，main函數(shù)在src目錄下的main.c中

當(dāng)通過命令行運行avrdude時，"avrdude"，"-c"，"arduino"等字符串都會傳遞到argv中。

這里觀察一下main函數(shù)中處理這些參數(shù)的方式。

這里，重點研究-U后面的參數(shù)，即寫入的單片機內(nèi)存和二進制代碼文件。從程序中可看出，這些參數(shù)都被賦給了upd指向的對象的屬性中。

通過閱讀代碼，可知寫入芯片的過程是由do_op函數(shù)進行的。經(jīng)搜索，這個函數(shù)的定義在update.c中。

這里，upd->op應(yīng)該是DEVICE_WRITE，即把文件里的內(nèi)容寫入單片機的內(nèi)存。

這里涉及到兩個重要步驟：第一個，是把文件的二進制代碼提取到程序中，由函數(shù)update_all_from_file進行；第二個，是把二進制代碼寫入單片機的內(nèi)存中，由函數(shù)update_avr_write進行。

下面分析這兩個函數(shù)：

1. update_all_from_file

最終，在fileio_rbin中，mem被更新了。

這里，mem->buf被填充了文件里讀出的二進制代碼。因此，mem就攜帶了要上傳給單片機的程序。

2. update_avr_write

avr_write_mem用于將報文傳入單片機。

觀察avr_write_byte函數(shù)

該函數(shù)用于將字節(jié)寫入單片機的指定內(nèi)存，即地址。其具體實現(xiàn)方式，不同的單片機會有不同，這里以其中一款為例。

這里，cmd[0]代表地址，cmd[1]代表輸入的字節(jié)。

serial_send函數(shù)，即通過串口把內(nèi)容從電腦上傳至單片機的函數(shù)，實現(xiàn)方式和操作系統(tǒng)有關(guān)。目前，windows系統(tǒng)和POSIX即Unix內(nèi)核的系統(tǒng)的串口實現(xiàn)方式在該代碼包中已實現(xiàn)。HarmonyOS NEXT系統(tǒng)將使用鴻蒙自己的內(nèi)核[7]，可能和windows及Unix均不同，所以如要把該程序移植到鴻蒙星河版上，這一部分的實現(xiàn)可能需要重新編寫。

三、其它方面的研究

用這樣的分析方法，可以研究不同的單片機的各內(nèi)存的地址，以及從單片機中讀取內(nèi)容的過程等。

鏈接

[1]https://github.com/avrdudes/avrdude/tree/main

[2]AVRDUDE: 2.1 Option Descriptions

[3]嵌入式開發(fā)——EEPROM和FLASH的區(qū)別和優(yōu)劣勢-CSDN博客

[4]【Linux】命令行參數(shù)_命令行參數(shù)的使用linux-CSDN博客

[5]notepad++ 根據(jù)文件內(nèi)容查找文件_notpad++ 查找 文件小于100k-CSDN博客

[6]Notepad++使用教程_nodepad++-CSDN博客

[7]華為鴻蒙內(nèi)核成為 HarmonyOS NEXT 流暢安全新基座 - IT之家