ESP8266的自動下載原理分析

串口自動下載電路實質為：上位機通過控制 USB 轉串口芯片 DTR、RTS 引腳電平，配合硬件電路使進入芯片下載模式

自動下載原理

串口下載的需要依賴 bootload，其流程為在芯片中先下載一個 bootload , 進入 bootload 后檢查是否進入下載模式，如果未進入下載程序，則跳轉到實際程序運行。

根據進入 bootload 的方式可分為兩種，一種為進入 bootload 由外部引腳控制，例如 STM32 和 ESP8266。
一種是系統復位時默認進入 bootload ，例如 STC 的 51 系列和一些自定義的 bootload 。

以 STM32 為例，在芯片出廠時在其系統存儲區燒錄了一個 bootload ，并通過其 boot0 和 boot1 引腳電平進行選擇復位后進入的存儲器。

對于自定義 bootload ，只能在系統復位時進入 bootload ,然后在 bootload 中進行進一步判斷處理。

自動下載功能需要硬件和軟件兩部分支持，軟件部分包括由上位機提供的串口下載協議和串口流控信號。自動下載硬件電路將串口流控信號，轉換為對于芯片所需的復位信號和boot引腳信號。

在串口下載的上位機程序中，需要控制串口的 DTR(Data Terminal Ready)、RTS(Request To Send) 引腳提供下載開始信號，然后由硬件電路轉換為對應的復位信號和 boot 信號。

ESP8266 的自動下載原理分析

以 ESP8266 為例，ESP8266 進入下載模式的條件為 GPIO0 引腳為低電平時，復位芯片( RSTEN 上升沿)。 即 GPIO0 = 0 RST = 0 -> 1

NodeMCU 的自動下載電路如下如所示：

GPIO0 和 RST 默認電平為高電平，且需要注意到 RST 引腳有一個復位電路。

其復位延時時間約為 1.15 ms。

其自動復位電路類似三極管雙穩態電路：

1. 當 DTR = 1,RTS = 1 時, VT1截止，VT2截止, RST = 1; GPIO0 = 1
2. 當 DTR = 0,RTS = 0 時, VT1截止，VT2截止, RST = 1; GPIO0 = 1
3. 當 DTR = 1,RTS = 0 時, VT1導通，VT2截止, RST = 0; GPIO0 = 1
4. 當 DTR = 0,RTS = 1 時, VT1截止，VT2導通, RST = 1; GPIO0 = 0

其真值表為：

在狀態 3) 下載電路 RST 引腳為低，進入復位模式；
在狀態 4) 下載電路 GPIO0 引腳為低。

由于 RST 引腳帶有復位電路，在 RST 引腳電平變為高電平后，會有一段時間延時才能恢復高電平。所以只需要在上位機代碼中控制 DTR&RTS 引腳電平，依次進入狀態3和狀態4，ESP8266 就可以進入下載模式。

查看 ESP8266 下載工具 pytool.py 代碼：

# 已刪減無關代碼，原代碼 https://hub.fastgit.org/espressif/esptool/blob/master/esptool.py#L570
# RTS = either CH_PD/EN or nRESET (both active low = chip in reset
# DTR = GPIO0 (active low = boot to flasher)

# DTR & RTS are active low signals,
# ie True = pin @ 0V, False = pin @ VCC.
# 進入狀態 3)
self._setDTR(False)  # IO0=HIGH
self._setRTS(True)   # EN=LOW, chip in reset
time.sleep(0.1)
# 進入狀態 4)
self._setDTR(True)   # IO0=LOW
self._setRTS(False)  # EN=HIGH, chip out of reset
time.sleep(0.05)
# 恢復 Flash 啟動模式
self._setDTR(False)  # IO0=HIGH, done

使用邏輯分析儀抓取的下載時的 DTR、RTS 信號如下圖所示。

其中紅框所標識的就是狀態 3 -> 4 的變化。由于執行代碼也需要時間，實際狀態變化并不是由狀態3直接進入狀態4，但是狀態1和2并不會對下載電路產生影響。

其他

對于不需要 boot 引腳即可進入下載模式的bootload，其自動下載同樣是使用上位機控制 DTRRTS 引腳，只不過它只需要使用一個引腳讓芯片在下載前進入復位模式即可。

通過上面分析，就可以解釋為什么有時在使用串口軟件打開串口后，芯片會自動復位。
這是因為在串口軟件中默認開啟了流控，其流控引腳導致芯片進入復位狀態，所以只需關閉串口軟件流控，即可避免該現象發生。