嵌入式测试学习第 18 天：固件基础：烧录、升级、OTA

一、固件是什么

固件（Firmware）是写入芯片Flash中的程序+配置+参数，相当于嵌入式设备的“系统+APP”。

• 格式：.hex/.bin/.elf
• 存放：MCU内部Flash或外部SPI Flash（如W25Q64）
• 作用：硬件上电后运行固件，实现功能（采集、控制、通信）
  

二、固件烧录（本地烧录）

1. 实物：烧录器+目标板

常见工具：ST‑LINK、J‑LINK、DAP‑LINK、脱机烧录器

• ST‑LINK/V2：STM32最常用，USB连PC、SWD连目标板
• J‑LINK：速度快、支持多内核（ARM/RISC‑V）
• 脱机烧录器：工厂量产，无需PC，一键烧录

2. 核心接口（SWD/JTAG）

以STM32为例（4线SWD最常用）：

• SWCLK：时钟
• SWDIO：数据
• VCC：3.3V
• GND：地
  

3. 烧录流程（PC端）

1. 安装驱动与软件（如STM32CubeProgrammer、J‑Link Commander）
2. 烧录器USB插PC，SWD线接目标板
3. 打开软件→选择芯片→加载.hex/.bin
4. 点击“Download”→自动擦除→编程→校验
5. 提示“Verify OK”即成功

4. 测试要点

• 烧录后上电能正常启动（LED/串口有输出）
• 校验通过：防止数据错误
• 重复烧录10次以上，无失败、无坏块
• 异常：连接失败、校验错误、上电不运行

5. 常见故障

• 接线错（SWDIO/SWCLK反了）
• 目标板未供电或电压不足
• Flash写保护未解除
• 烧录器驱动不匹配

三、固件升级（本地升级）

1. 概念

升级=旧固件→新固件（同硬件、功能迭代）

• 本地升级：USB/串口/SD卡，需现场接线或插卡
• 区别于烧录：不擦除Bootloader，只更新应用区

2. 实物：USB/串口+目标板

• USB虚拟串口（VCP）：开发板Micro/Type‑C直连PC
• 串口模块（CH340）：TX/RX交叉接目标板
  

3. 升级流程（IAP：In‑Application Programming）

1. 芯片有Bootloader（引导程序）
2. PC发新固件（.bin）→USB/串口→目标板
3. Bootloader接收并写入应用Flash区
4. 重启→运行新固件

4. 测试要点

• 升级后功能正常、版本号更新
• 升级过程不掉电、不断连
• 断电后重启，新固件不丢失
• 异常：升级失败、重启回退旧版、功能错乱

四、OTA升级（远程无线升级）

1. 概念

OTA（Over‑the‑Air）=空中下载，通过Wi‑Fi/蓝牙/4G远程更新固件，无需现场、无需拆机。

• FOTA：Firmware OTA（底层固件）
• SOTA：Software OTA（应用层）
  

2. 实物：带无线模块的开发板

• ESP32：Wi‑Fi+蓝牙，内置Flash，支持OTA
  

• STM32+Wi‑Fi模块（ESP‑01S）：外接无线，远程升级
  

• 4G模块（WH‑GM5）：物联网设备远程维护

3. 核心原理（双分区备份，防变砖）

1. Flash分A（运行区）、B（备份区）
2. 设备联网→连云平台→检测新版本
3. 后台下载新固件到B分区
4. 校验（MD5/CRC）→标记B为启动区
5. 重启→从B分区运行新固件
6. 失败则回退A分区，永不死机
   

4. 典型架构

设备端（ESP32/STM32+无线）→路由器/基站→云服务器（版本仓库）

5. 测试要点

• 正反场景：正常升级、网络中断、断电重启、版本回退
• 稳定性：连续升级5次，无失败、无丢包
• 安全性：固件加密+签名校验，防篡改
• 性能：下载速度、升级耗时、内存占用
• 异常：下载卡死、校验失败、重启后变砖、反复重启

五、烧录/升级/OTA 对比速览