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简介

STM32器件的片内Bootloader存放于系统存储器（boot ROM）中，由ST在芯片生产期间预编程，用户无法修改。其主要功能是通过可用的串行外设（如USART、CAN、USB、I2C、I3C、SPI、FDCAN等）将应用程序下载至内部Flash。片内Bootloader提供一系列命令，主机端可通过这些命令控制MCU执行读、写、擦除等操作。

STM32CubeProgrammer是一款集成化的软件工具，支持多操作系统，提供图形界面和命令行界面，支持多种连接方式（JTAG、SWD、USB、UART、SPI、CAN和I2C），既可手动操作，也可通过脚本自动执行。它可作为Bootloader主机端，通过Bootloader命令与MCU交互，实现对Flash的读写擦除及选项字节的修改等功能。

当前版本（v2.20.0）支持的Bootloader接口包括USB、UART、SPI、CAN和I2C。其中，部分接口（I2C、SPI、CAN）需配合STLINK-V3SET/V3MOD/V3PWR使用，否则无法通过STM32CubeProgrammer连接。

鉴于部分用户对如何通过STM32CubeProgrammer利用Bootloader接口与MCU建立连接存在疑问，本文特此进行详细介绍。

1. 实验准备

本文实验基于以下环境进行，用户可根据实际需求选择，方法大致相同。

硬件：

目标板：NUCLEO-L476RG

调试器：STLINK-V3SET（也可以是STLINK-V3MOD/V3PWR）

软件：

STM32CubeProgrammer v2.20.0

下面是一些可以用到的文档：

• AN2606:Introduction to system memory boot mode on STM32 MCUs
• UM2448:STLINK-V3SET debugger/programmer for STM8 and STM32
• NUCLEO-L476RG的原理图：MB1136-DEFAULT-C03 Board schematic
• RM0351 STM32L47xxx，STM32L48xxx，STM32L49xxx and STM32L4Axxx advanced Arm^®^ -based 32-bit MCUs

2. 连接UART/I2C/SPI/CAN/USB接口的Bootloader

本章介绍如何通过STM32CubeProgrammer搭配STLINK-V3SET（可选），实现与STM32设备UART/I2C/SPI/CAN/USB接口Bootloader的连接。

2.1. 环境准备

2.1.1. 确保STLINK-V3SET已经组装好（I2C/SPI/CAN接口）

STLINK-V3SET（或V3MOD/V3PWR）提供专有USB接口，支持通过多种协议与任意STM8或STM32目标设备通信，包括SPI、I2C、CAN和UART。该接口可用于与目标设备的Bootloader进行连接和通信。

若需通过STM32CubeProgrammer与目标设备的SPI/I2C/CAN Bootloader建立连接并通信，必须使用SLTINK-V3。下图最左侧展示的是全新的STLINK-V3SET，如需使用这些接口（SPI/I2C/CAN），请根据图示进行重新组装，具体操作详见UM2448。

▲ 图1. STLINK-V3SET组装过程

2.1.2. 查看Bootloader的版本信息

如下图所示：根据AN2606，STM32L476RG包含两个Bootloader版本，分别为0xA3（版本10.3）和0x92（版本9.2），其版本ID地址均为0x1FFF6FFE，如下图所示。

▲ 图2. AN2606 Rev68 Table3 -bootloader ID信息

由于不同版本的Bootloader支持的接口可能存在差异，需先确认当前MCU所使用的版本。通过STM32CubeProgrammer可通过以下两种方式查看版本ID，如下图所示：

• 方式1：连接MCU后，STM32CubeProgrammer右下角会显示Bootloader版本号，本例中为0x92（版本9.2）。
• 方式2：读取地址0x1FFF6FFE的内容，可直接查看当前Bootloader版本ID，示例为0x92（版本9.2）。

▲ 图3. 查看MCU的bootloader版本

由于当前Bootloader版本为0x92，建议参考AN2606 Rev68中“71.2 Bootloader V9.x”章节，了解接口及相关配置信息。

▲ 图4. AN2606 Rev68-“71.2 Bootloader V9.x”章节

2.1.3. 确保已添加LSE（USB接口）或HSE（USB/CAN接口）

• 使用USB接口时，需确保MCU已外接LSE（32.768kHz）或HSE（24、20、18、16、12、8、6、4MHz）。
• 使用CAN接口时，需确保MCU已外接HSE（24、20、18、16、12、8、6、4MHz）。
• 使用其他接口时，因直接使用内部时钟，所以无需外接HSE或LSE。

详细内容请参考AN2606，具体如下图所示：

▲ 图5. AN2606 Rev68 Table 158–HSE&LSE要求

▲ 图6. AN2606 Rev68 Figure 97-Bootloader V9.x selection for STM32L47xxx/48xxx

由于本文涉及CAN和USB两种接口的Bootloader，为确保其正常运行，已在NUCLEO-L476RG开发板上外接8MHz的HSE。

▲ 图7. 在NUCLEO-L476RG添加HSE

2.1.4. 确保MCU运行在Bootloader（关键步骤）

在连接之前，需要将MCU配置为从Bootloader启动（也可由用户应用跳转至Bootloader，本文不作介绍）。本文以STM32L476为例，用户可根据实际芯片型号进行相应配置。

▲ 图8. RM0351-STM32L47x的Boot modes

从上图可见，若要选择从系统存储区（Bootloader所在位置）启动，需要设置BOOT0=1，BOOT1=0。

• BOOT0的值由BOOT0引脚的电平状态决定。
• BOOT1则是选项字节中nBOOT1位的反向值。

在复位后，BOOT0引脚和nBOOT1位上的值会被锁存。

虽然出厂时nBOOT1默认值为1（即BOOT1为0），但为确保正确，建议通过STM32CubeProgrammer进行检查。若发现nBOOT1不为1，则需将其设置为1。

具体检查方法如下图所示。

▲ 图9. 通过STM32CubeProgrammer检查nBOOT1的值是否为1

在NUCLEO-L476RG原理图中，BOOT0引脚通过10kΩ电阻下拉至地，默认处于低电平状态。根据Boot Mode的要求，需将BOOT0设置为高电平，才能从系统存储区（Bootloader所在位置）启动。因此，需要通过跳帽或杜邦线等方式将CN7接口的5脚（VDD）与7脚（BOOT0）连接，使BOOT0引脚拉高，达到启动Bootloader的目的。

▲ 图10.MB1136（NUCLEO-L476RG原理图）-BOOT0引脚的外部电路

▲ 图11.NUCLEO-L476RG-将BOOT0引脚接到VDD

通过上述配置，可确保复位后BOOT0和BOOT1的值分别为1和0。此时，按下板上的黑色“Reset”按钮进行复位（可根据实际情况进行操作），MCU将进入系统存储区（片内Bootloader）运行。

接下来详细介绍STM32CubeProgrammer与Bootloader各接口的连接方法。

2.2. UART接口

AN2606中描述，STM32L476 V9.x版本Bootloader支持三组USART引脚，分别为：USART1（PA9&PA10）、USART2（PA2&PA3）和USART3（PC10&PC11）。

▲ 图12. AN2606 Rev68 Table158-USART接口配置

STM32L476 Bootloader的USART接口配置如下（具体连接步骤请参考3.2.3章节）：

• 数据位（Data）：8位
• 校验位（Parity）：偶校验（Even parity）
• 停止位（Stop bit）：1位
• 波特率（Baudrate）：1200~115200

由于电脑通常不具备直接串口接口，需使用USB转串口工具连接，一端连接电脑USB口，另一端连接目标设备的USART接口，才能让电脑识别为串口设备。

USB转串口工具既可选用第三方设备，也可使用STLINK的虚拟串口功能。

2.2.1. 使用NUCLEO板载STLINK虚拟串口连接目标设备USART接口

由于当前使用的是NUCLEO开发板，板载的STLINK虚拟串口已直接连接到MCU的USART接口。如果使用自制板，则可选择第三方USB转串口工具，或使用STLINK V3SET连接Bootloader的USART接口（具体请参考3.2.2章节）。在NUCLEO L476RG板上，STLINK虚拟串口已连接至Bootloader的USART2（PA2&PA3）接口，如下图所示。

▲ 图13. MB1136(NUCLEO-L476RG)-STLINK虚拟串口

电脑连接NUCLEO板后，设备管理器中会显示ST-LINK虚拟串口对应的COM端口（如下图所示，COM端口号因电脑而异）。

具体连接步骤请参考3.2.3章节。

▲ 图14.设备管理器中识别到的NUCLEO板上的虚拟串口

2.2.2. 使用STLINK-V3SET的虚拟串口连接目标设备的USART接口

STLINK-V3SET同样提供虚拟串口功能，可用作USB转串口工具。

▲ 图15.STLINK-V3SET的VCP连接器位置

可使用杜邦线将NUCLEO-L476RG的PC10和PC11引脚，分别连接到STLINK V3SET CN3接口的TX和RX引脚（如下图所示）。

请注意，STLINK-V3SET CN3的TX是输入引脚，应连接到目标设备的UART_TX引脚；RX亦同理。

▲ 表1. STLINK-V3SET的CN9与NUCLEO-L476RG板上USART3引脚对应关系

▲ 图16. STLINK-V3SET与NUCLEO-L476RG接线示意图（USART接口）

将STLINK-V3SET和NUCLEO-L476RG均通过USB线连接至电脑后，设备管理器中会显示STLINK-V3SET虚拟串口对应的COM端口（如下图所示，COM端口号因电脑而异）。

▲ 图17.设备管理器中识别到的STLINK-V3SET的虚拟串口

2.2.3. 使用STM32CubeProgrammer连接目标设备的USART Bootloader

打开STM32CubeProgrammer，选择UART接口，按照AN2606中的描述进行配置（如下图所示）。配置完成后，点击“Connect”按钮即可建立连接。

▲ 图18. STM32CubeProgrammer的UART配置

▲ 图19. UART接口连接成功后的界面

连接成功后，可像通过SWD/JTAG连接STM32CubeProgrammer那样对设备进行编程，仅部分功能（如CPU选项卡）无法使用。

2.3. I2C接口

如前所述，若需通过STM32CubeProgrammer与目标设备的I2C Bootloader建立连接并通信，必须使用STLINK-V3系列设备，此处以STLINK-V3SET为例说明。

根据AN2606，STM32L476 V9.x版本Bootloader支持三组I2C引脚，分别为：I2C1(PB6&PB7)、I2C2(PB10&PB11)和I2C3(PC0&PC1)。

▲ 图20.AN2606 Rev68 Table158–I2C接口配置

STM32L476 Bootloader的I2C接口配置如下（具体连接步骤请参考3.3.2章节）：

• 速率（Speed）：最高400kHz
• 7位地址（7-bit address）：0b1000011x（x=0表示写，x=1表示读），连接时在STM32CubeProgrammer中输入的地址为0x43（0b1000011）
• 模拟滤波器（Analog filter）：开启（ON）

2.3.1. 使用STLINK-V3SET的I2C桥接口连接目标设备的I2C接口

STLINK-V3SET提供了I2C桥接口，I2C信号可通过MB1440的CN7、CN9或JP10（无须上拉时）引出。

适配器模块还提供可选的680欧姆上拉电阻，通过闭合JP10跳线激活。若闭合JP10跳线，T_VCC（CN1、CN2、CN6或JP10跳线）必须连接至目标设备电源。

▲ 图21.STLINK-V3SET的I2C接口相关位置

以下几种接线方式均可实现连接，请根据实际需求选择适合的方案。

方式1：STLINK-V3SET的JP10与NUCLEO-L476RG的I2C3连接

▲ 表2. STLINK-V3SET的JP10与NUCLEO-L476RG板上I2C3引脚对应关系

▲ 图22. STLINK-V3SET与NUCLEO-L476RG接线示意图（I2C接口）

方式2：STLINK-V3SET的CN9与NUCLEO-L4764G的I2C3连接

▲ 表3. STLINK-V3SET的CN9与NUCLEO-L476RG板上I2C3引脚对应关系

▲ 图23. STLINK-V3SET与NUCLEO-L476RG接线示意图（I2C接口）

方式3：STLINK-V3SET的CN9（带上拉）与NUCLEO-L476RG的I2C3连接

▲ 表4. STLINK-V3SET的CN9（带上拉）与NUCLEO-L476RG板上I2C3引脚对应关系

请根据上表完成连接，并在STLINK-V3SET的JP10位置安装两组跳帽，使SCL和SDA均通过JP10连接到T_VCC。接线示意图如下：

▲ 图24. STLINK-V3SET与NUCLEO-L476RG接线示意图（I2C接口）

2.3.2. 使用STM32CubeProgrammer与目标设备的I2C Bootloader连接

打开STM32CubeProgrammer，选择ST-LINK接口，随后在“Serial number”中选中STLINK-V3SET。

根据AN2606中的描述进行配置（如下图所示），配置完成后点击“Connect”按钮即可建立连接。

▲ 图25. STM32CubeProgrammer的I2C配置

▲ 图26.I2C接口连接成功后的界面

连接成功后，可像通过SWD/JTAG连接STM32CubeProgrammer那样对设备进行编程，仅部分功能（如CPU选项卡）无法使用。

2.4. SPI接口

如前所述，若需通过STM32CubeProgrammer与目标设备的SPI Bootloader进行连接和通信，必须使用STLINK-V3系列设备，此处以STLINK-V3SET为例说明。

根据AN2606，STM32L476 V9.x版本Bootloader支持两组SPI引脚，分别为：SPI1(PA4、PA5、PA6与PA7)和I2C2(PAB12、PB13、PB14与PB15)。

▲ 图27. AN2606 Rev68 Table158–SPI接口配置

STM32L476 Bootloader的SPI接口配置如下（具体连接步骤请参考3.4.2章节）：

• 模式：从机（Slave mode）
• 工作模式：全双工（Full duplex）
• 数据位宽（Data Size）：8位
• 首位传输（First bit）：最高有效位优先（MSB First）
• 时钟极性（CPOL）：低电平（Low）
• 时钟相位（CPHA）：第一个时钟边沿采样（Low）
• NSS管理：硬件NSS信号（Hardware NSS Single）

注意：MCU的VDDUSB引脚需连接至VDD，否则SPI的“Memory Write”操作可能因电压不足而失败（不同型号MCU略有差异，详见AN2606）。

NUCLEO-L476RG板上VDDUSB默认已连接至VDD，因此本实验无需额外操作。

▲ 图28. AN2606对VDDUSB的相关描述

2.4.1. 使用STLINK-V3SET的SPI桥接口连接目标设备的SPI接口

STLINK-V3SET提供SPI桥接口，SPI信号可通过MB1440的CN8和CN9引出。

▲ 图29. STLINK-V3SET的SPI桥接口位置

以下为使用STLINK-V3SET CN9接口与NUCLEO-L476RG板上SPI1接口连接的详细说明。

▲ 表5. STLINK-V3SET的CN9与NUCLEO-L476RG板上SPI1引脚对应关系

请按照上表进行连接，建议使用质量较好的屏蔽线，以降低信号干扰和性能下降的风险。接线示意图如下所示：

▲ 图30. STLINK-V3SET与NUCLEO-L476RG接线示意图（SPI接口）

2.4.2. 使用STM32CubeProgrammer与目标设备的SPI Bootloader连接

打开STM32CubeProgrammer，选择ST-LINK接口，在“Serial number”中选中STLINK-V3SET。

根据AN2606中的描述进行配置（如下图所示），配置完成后点击“Connect”按钮即可建立连接。

注意：若断开连接后重新连接，可能需要先复位MCU设备。

▲ 图31. STM32CubeProgrammer的SPI配置

▲ 图32. SPI接口连接成功后的界面

连接成功后，可像通过SWD/JTAG连接STM32CubeProgrammer那样对设备进行编程，仅部分功能（如CPU选项卡）无法使用。

2.5. CAN接口

如3.1.3章节所述，使用STM32L476 Bootloader的CAN接口时，需确保已外接HSE，且频率仅限于24、20、18、16、12、8、6或4MHz。前文提到，已在当前板上已添加8MHz的HSE。

此外，若需通过STM32CubeProgrammer与目标设备的CAN Bootloader建立连接和通信，必须使用STLINK-V3系列设备，此处以STLINK-V3SET为例说明。

根据AN2606，STM32L476 V9.x版本Bootloader支持一对CAN引脚：CAN1（PB8和PB9）。

▲ 图33.AN2606 Rev68 Table158–CAN接口配置

STM32L476 Bootloader的CAN接口配置如下（具体连接步骤请参考3.5.2章节）：

• 初始波特率：125Kbps
• 标识符(Identifier)：11-bit

2.5.1. 使用STLINK-V3SET的CAN桥接口连接目标设备的CAN接口

STLINK-V3SET提供CAN桥接口，CAN信号可通过MB1440的CN9和CN5引出。

• MB1440的CN9：用于连接外部CAN收发器（Transceiver）的输入端。
• MB1440的CN5：适用于无外部CAN收发器（Transceiver）的目标设备，CN5的CAN_TX连接目标设备的CAN_TX引脚，CN5的CAN_RX连接目标设备的CAN_RX引脚。使用CN5时需满足以下条件：
• JP7（CAN ON）已闭合
• CAN电压提供给CN5.CAN_VCC

▲ 图34. STLINK-V3SET的CAN桥接口位置

由于NUCLEO-L476RG板上未集成CAN收发器（Transceiver），因此选择MB1440的CN5接口。

以下为使用STLINK-V3SET的CN5与NUCLEO-L476RG CAN1接口连接的详细说明。

▲ 表6. STLINK-V3SET的CN5与NUCLEO-L476RG板上CAN1引脚对应关系

请根据上表完成连接，并确保闭合JP7跳线。接线示意图如下所示：

▲ 图35.STLINK-V3SET与NUCLEO-L476RG接线示意图（CAN接口）

2.5.2. 使用STM32CubeProgrammer与目标设备的CAN Bootloader连接

打开STM32CubeProgrammer，选择ST-LINK接口，在“Serial number”中选择STLINK-V3SET。

根据AN2606中的描述进行配置（如下图所示），配置完成后点击“Connect”按钮即可建立连接。

注意：若断开连接后重新连接，可能需要先复位MCU设备。

▲ 图36. STM32CubeProgrammer的CAN配置

▲ 图37.CAN接口连接成功后的界面

连接成功后，可像通过SWD/JTAG连接STM32CubeProgrammer那样对设备进行编程，仅部分功能（如CPU选项卡）无法使用。

2.6. USB接口

如3.1.3章节所述，使用STM32L476 Bootloader的USB DFU接口时，需确保已外接LSE（32.768kHz）或HSE（24、20、18、16、12、8、6、4MHz）时钟。前文提到，当前板上已添加8MHz的HSE。

根据AN2606，STM32L476 V9.x版本Bootloader支持一对USB引脚：USB（PA11和PA12）。

▲ 图38. AN2606 Rev68 Table158–USB接口配置

注意：MCU的VDDUSB引脚需连接至3.3V（不同型号MCU可能有所差异，详见AN2606）。

NUCLEO-L476RG板上VDDUSB默认已连接至VDD，因此本实验无需额外操作

2.6.1. 连接目标设备的USB接口

若目标板已将USB引脚（PA11与PA12）连接至USB插座，可直接使用USB线连接该插座与电脑，随后参考3.6.2章节进行配置和通信，以下内容可跳过。

虽然NUCLEO-L476RG板与PA11、PA12连接的USB插座，但这两个引脚已引出。只需剥开USB线，将其DM线和DP线分别连接到PA11和PA12引脚即可。

根据USB 2.0规范，USB线中不同信号线有对应的颜色标识，剥开后可通过颜色区分具体信号线。

▲ 图39. USB2.0规范里面对USB线缆的规定

以下为使用剥开的USB线缆与NUCLEO-L476板上USB接口引脚连接的详细说明。

▲ 表7. 剥开的USB线与NUCLEO-L476RG板上USB引脚对应关系

▲ 图40. 剥开的USB线与NUCLEO-L476RG接线示意图（USB接口）

2.6.2. 使用STM32CubeProgrammer与目标设备的USB DFU Bootloader连接

打开STM32CubeProgrammer，选择ST-LINK接口，在“Port”中选择DFU模式下连接的USB设备。

PID和VID通常无需修改，STM32CubeProgrammer默认使用ST产品的默认值（PID=0xDF11，VID=0x0483），如下图所示。配置完成后，点击“Connect”按钮即可建立连接。

▲ 图41. STM32CubeProgrammer的USB配置

图42. USB接口连接成功后的界面

连接成功后，可像通过SWD/JTAG连接STM32CubeProgrammer那样对设备进行编程，仅部分功能（如CPU选项卡）无法使用。

3. 小结

本文系统介绍了如何使用STM32CubeProgrammer结合STLINK-V3系列工具，通过多种接口（USART、I2C、SPI、CAN、USB）与STM32系列MCU的片内Bootloader建立通信。内容涵盖了不同接口的硬件连接要求、时钟配置及软件设置，结合AN2606、UM2448等。

官方文档规范，明确了各接口对应的引脚和参数，确保用户能够正确配置和连接目标设备。结合具体示例，指导用户快速完成Bootloader通信的搭建和调试。

希望本文能启发用户掌握查阅官方文档的方法，了解所用MCU的Bootloader版本及支持的接口，理解硬件连接和时钟配置要求，从而灵活应用于不同型号的STM32器件。