ESP8266/ESP32自動下載原理

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背景 前一段時間需要自己制作一片ESP32單板，成本和封裝考慮，計劃選擇CH340E作為USB轉串口芯片，ESP8266/ESP32的單板一般都有自動下載電路，用戶無需按鈕即可令單板自動進入下載模式實現固件燒錄。 然而自動下載電路需要串口芯片支持DTR和RTS，CH340E卻只有RTS信號，沒有DTR信號，于是研究學習了一下自動下載電路的原理，準備用一些奇淫技巧解決CH340E的自動下載問題。 遺憾的是， 目前的中文互聯網上，關于ESP8266/ESP32自動下載原理，所有能搜索到的解釋大部分都是錯誤的，差之毫厘，謬以千里。 如果隨意的假設，自以為是，最終得出的只能是一廂情愿的結論。

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下載模式

ESP8266/ESP32進入下載模式[1]的條件很簡單： EN（也稱為RST）上升沿時候GPIO0保持為低電平，如下圖所示：

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分析1 下載電路如下所示，其結構與RS觸發器比較類似，注意EN和IO0信號均連接在三極管集電極，通過控制三極管只能拉低此信號。 若三極管截止，則此信號的狀態由其他電路決定（一般來說，此類信號會默認接電阻上拉到VCC） 邏輯關系如下:

DTR=0;RTS=0,此時Q1截止，Q2截止，EN=1;IO0=1 DTR=0;RTS=1，此時Q1截止，Q2導通,EN=1;IO0=0 DTR=1;RTS=0,此時Q1導通，Q2截止,EN=0;IO0=1 DTR=1;RTS=1,此時Q1截止，Q2截止,EN=1;IO0=1 真值表: DTR RST EN IO0

0	0	1	1
0	1	1	0
1	0	0	1
1	1	1	1

簡單總結：當DTR和RTS同時為0或者同時為1時，三極管Q1和Q2均為截止狀態，此時EN和IO0的狀態由其他電路決定（內部/外部上拉電阻）。 當不同時為0或者1時：

EN=RTS IO0=DTR 注意這種邏輯下 EN和IO0是不可能同時為0的，然而進入下載模式則需要如下的序列:

1.IO=0;EN=0 2.IO=0;EN0->1 從邏輯表上看是根本無法正常進入下載模式的，此為疑惑1

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分析2 再來繼續分析一下esptool.py[2]里下載相關的代碼

#issuereset-to-bootloader: #RTS=eitherCH_PD/ENornRESET(bothactivelow=chipinreset #DTR=GPIO0(activelow=boottoflasher) # #DTR&RTSareactivelowsignals, #ieTrue=pin@0V,False=pin@VCC. ifmode!='no_reset': self._setDTR(False)#IO0=HIGH 1)self._setRTS(True)#EN=LOW,chipinreset time.sleep(0.1) 2)self._setDTR(True)#IO0=LOW 3)self._setRTS(False)#EN=HIGH,chipoutofreset time.sleep(0.05) 4)self._setDTR(False)#IO0=HIGH,done 注意True是低電平，False為高電平，另外代碼中的setDTR()和setRTS()兩條語句之間雖然看上去緊挨著沒有延時，然而由于這里是高級語言python，兩條語句之間的延時并不能忽略。 因此分析的時候必須依次的進行狀態分析，以下分為四個階段依次分析:

設置DTR = 1; RTS = 0, 此時Q1導通，Q2截止, EN = 0; IO0 = 1

設置DTR = 0; RTS = 0, 此時Q1截止，Q2截止, EN = 1; IO0 = 1

設置DTR = 0; RTS = 1, 此時Q1截止，Q2導通, EN = 1; IO0 = 0

設置DTR = 1; RTS = 1, 此時Q1截止，Q2截止, EN = 1; IO0 = 1

如果按照上面的代碼分析來做結論，不論如何系統也是不可能進入下載模式的： EN和IO0首先不可能同時為0，EN由0->1的上升沿IO0也并不為0，再次確認之前的疑惑，那么系統究竟是如何進入下載模式的呢？

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答案 問題的答案實際在另外一部分電路，原理其實非常簡單：EN信號連接在一個電容充放電電路上 CHIP_PU即EN，代碼中2-3階段之后會延時一段時間，而EN由于電容充電，電平并不會立馬變為高電平，而是緩慢上升，以如上參數為例計算，同時參考芯片電氣參數特性 高電平為0.75VDD，則達到高電平按照如下公式計算： 解得t = 14ms，即EN經過14ms上升到電平1，在實際代碼中延時了50ms的等待時間，以確保延時后EN處于電平1的狀態。 另外需要提的是，階段1需要等待一段時間，讓電容放電，保證EN電平下降到電平0，才能保證系統正常復位，在代碼中預留了100ms的等待時間，同樣可以通過電容放電公式計算出放電到電平0需要的時間，感興趣的朋友可以自行根據公式計算確認。