3. 烧录协议基础：UART、SPI、I2C、SWD/JTAG

烧录这件事，说白了就是上位机跟芯片里的 Bootloader 或调试接口「对话」。对话得用双方都懂的语言，这就是协议。我见过不少工程师，日志报错看不懂，其实根子是不清楚底层协议在干什么。

这一章，咱们把四种最常见的烧录协议过一遍。不扯太深的理论，重点讲清楚：它长什么样、怎么传数据、烧录时容易在哪翻车。

3.1 UART 协议基础

UART 是异步串行通信。什么叫异步？就是没有单独的时钟线。收发双方得事先约好一个「节奏」——波特率。我遇到过有人把 115200 配成 9600，日志全是乱码，还以为是芯片坏了。

UART 烧录一般只用三根线：TX、RX、GND。有些板子还要加上 DTR/RTS 做自动复位和 Boot 模式切换。

参数	常见值	烧录时的坑
波特率	9600 / 115200 / 921600	两边不一致 → 乱码或超时
数据位	8	极少用 7 位，别乱改
停止位	1	2 停止位偶尔用，但烧录器默认 1
校验位	None	开了校验但芯片不支持 → 无响应
流控	None	硬件流控没接对应引脚 → 卡死

UART 烧录的典型流程：上位机发特定同步头（比如 0x7F），芯片 Bootloader 收到后回 ACK，然后开始传固件数据。日志里看到 Sync OK 说明握手过了，后面再报错就是数据帧的问题。

3.2 SPI 协议基础

SPI 是同步串行，有专门的时钟线（SCLK）。主设备产生时钟，从设备跟着节奏走。SPI 烧录通常用四根线：SCLK、MOSI、MISO、CS（片选）。

SPI 比 UART 快得多，适合大固件。但它的坑也不少。

• 极性和相位（CPOL / CPHA）：模式 0 到模式 3，烧录器和芯片必须匹配。我见过最离谱的一次，两边都是模式 0，但 CS 拉低时机差了半个时钟周期，数据全错位。
• 片选控制：CS 必须在整个数据包传输期间保持低电平。有些上位机驱动在每字节之间拉高了 CS，芯片直接复位接收状态机。
• 时钟频率：芯片 Bootloader 的 SPI 时钟通常有限制，不是主设备能跑多快就设多快。超过 20 MHz 经常丢数据。

3.3 I2C 协议基础

I2C 也是同步串行，但只用两根线：SCL（时钟）和 SDA（数据）。它是半双工的，主设备通过设备地址选择从机。

I2C 烧录在 EEPROM、传感器类芯片里很常见。它的特点是有 ACK/NACK 机制——每个字节后面接收方都要回一个应答位。

日志里常见的 I2C 错误：

• NACK on address：芯片没响应。地址错了，或者芯片处于复位状态。
• NACK on data：芯片收到了数据但没法处理。可能是写保护、忙状态、或者不支持该命令。
• Clock stretching timeout：芯片拉低 SCL 表示「我还没准备好」，但主设备等太久了。

I2C 速度模式	时钟频率	适用场景
标准模式	100 kHz	兼容性最好，烧录首选
快速模式	400 kHz	大部分芯片支持，注意上拉电阻
高速模式	3.4 MHz	烧录器很少支持，别轻易用

3.4 SWD / JTAG 协议基础

这两种是调试接口，烧录只是它们的功能之一。JTAG 用 5 根线（TMS、TCK、TDI、TDO、nTRST），SWD 用 2 根线（SWDIO、SWCLK）。

SWD 是 ARM 公司搞的简化版，现在主流 Cortex-M 芯片都支持。JTAG 更通用，FPGA、DSP 也用它。

SWD 烧录的核心是 DP（Debug Port）和 AP（Access Port）。DP 负责协议层，AP 负责访问芯片内部的总线和存储器。日志里看到 DP IDR 读出来是 0x2BA01477 之类的值，说明 SWD 通信已经通了。

JTAG 的边界扫描（Boundary Scan）在烧录时用得不多，但调试断点、单步执行全靠它。我遇到过 JTAG 链上有多个器件，IDCODE 读出来全是 0xFFFFFFFF——原来是 TDI 到 TDO 的链路断了。

3.5 协议对比与选型建议

协议	线数	速度	典型烧录场景	日志常见报错
UART	3	慢（~1 Mbps）	MCU Bootloader	超时、乱码、Sync 失败
SPI	4	快（~50 Mbps）	Flash、大固件	CRC 错误、片选异常
I2C	2	中（~400 kbps）	EEPROM、小固件	NACK、时钟拉伸超时
SWD	2	快（~10 Mbps）	ARM MCU 调试烧录	IDR 读不到、连接失败
JTAG	5	快（~50 Mbps）	FPGA、DSP、多器件链	IDCODE 异常、TDO 无输出

选协议其实看芯片和工具链。ST 的芯片用 UART 串口烧录最方便，但速度慢；用 SWD 快，但需要调试器。我个人习惯：开发阶段用 SWD，量产用 UART 或 SPI，因为 SWD 引脚少、速度快，量产时 UART 的线更少、成本更低。