STM32G070串口升级踩坑记：从Boot配置到电路设计的完整解决方案

在产品开发中使用 STM32G070 时，一直无法通过串口进行 ICP (In-Circuit Programming) 升级。常规操作是，需要在上电前将 BOOT0 引脚拉高才能进入 ISP (系统编程) 模式。在我们的电路板上，将 MCU 的 USART1 连接到一颗 CH340N USB 转串口芯片上。

这里存在一个问题：BOOT0 引脚与 SWD 接口的 SWCLK 是复用的。为了实现在设备未上电时插入 USB 即进入 ICP 模式，上电后插入 USB 则正常进行串口通信的功能，我们设计了一个电路，利用两个电阻 (50K 和 100K) 对 USB 的 VBUS (5V) 进行分压，在插入 USB 时在 BOOT0 引脚上产生约 3.3V 的高电平。

理想很丰满，现实却很骨感。如此配置后，只有当 MCU 是全新的空片时，才能成功进入 ICP 模式。一旦程序被烧录进去，就无法再通过这种方式进入 ICP 了。

问题的根源：Option Bytes 配置

翻阅 STM32G070 的用户手册后，我发现了关键所在。要可靠地通过 BOOT0 引脚进入系统存储器启动模式，不仅需要硬件拉高引脚，还需要配置芯片内部的 Boot 配置选项。

查阅手册中的 Boot 模式表格，要进入系统存储器 (System memory) 进行串口 ISP，需要满足特定的条件组合。

从上表可以看出，当 BOOT0 引脚为 1 (高电平) 时，具体启动哪个区域还受到内部选项字节 nBOOT1 位和 nBOOT_SEL 位的控制。要让芯片在 BOOT0=1 时无条件进入系统存储器，至少需要将 nBOOT1 这个比特位设置为 1。

这些选项字节存储在芯片内部一块特定的存储区域。其组织结构如下：

地址 0x1FFF7800 处的双字 (Double Word) 就包含了 RDP (读保护)、nBOOT0、nBOOT1 等关键配置位。我们需要修改的就是这里的值。

解决方案一：修改 Option Bytes

修改方法并不复杂，使用 J-Flash 工具即可完成。

1. 连接与读取：使用 J-Flash 新建一个工程，选择目标 MCU 为 STM32G070，通过 SWD 接口连接成功后。在 Target 菜单下选择 Manual Programming -> Read back -> Range...。

   

2. 定位数据：在弹出的对话框中输入选项字节的起始地址 0x1FFF7800，点击 OK。工具会读取并显示该地址的内容。对于一颗新片，读出的数据通常是 AA E1 FF DF。

   

3. 计算与修改：我们需要将最后一个字节 DF 修改为 DE。DF 的二进制是 1101 1111，DE 是 1101 1110。这个变化就是将 nBOOT1 位（从 LSB 即 bit0 开始数的 bit1）从 0 改成了 1。如果你对 C/C++ 中的位操作熟悉，可以很容易理解这一步。

4. 烧写与验证：在 J-Flash 的数据窗口手动将 DF 改为 DE，然后选择 Target -> Manual Programming -> Program 进行烧写。

   

   烧写完成后，再次执行 Read back 操作，确认数据已成功更改为 AA E1 FF DE。

完成以上操作后，芯片理论上应该能响应 BOOT0 引脚进入 ICP 模式了。实际测试中，使用 FlyMcu 工具确实可以偶尔烧写 HEX 文件，但极不稳定，成功率很低。

深入排查：电源倒灌问题

为什么还是不稳定？经过一番分析，我将怀疑的目光投向了硬件电路，特别是 UART 通信引脚上的电源倒灌问题。

在我们的设计中，CH340N 和 STM32G070 是分别独立供电的。CH340N 由 USB VBUS 供电，而 MCU 由板载的 3.3V LDO 供电。当设备未上电（即 MCU 的 3.3V 电源断开）时，如果插入 USB，CH340N 的 TXD 引脚会输出一个高电平（通常为 VCC 电压，约 3.3V）。这个高电平会通过直连的导线“倒灌”进 MCU 的 RXD 引脚，并通过 MCU 内部 I/O 的保护二极管给 MCU 的 VDD 网络进行微弱的供电。

这种微弱的供电可能会扰乱 MCU 内部的上电复位时序，导致其无法正确识别 BOOT0 引脚的状态，从而进入错误的启动模式。

解决方案二：改造 UART 电路

为了解决倒灌问题，必须对 网络/系统 通信中常见的电平匹配电路进行改造。我们需要一个“双向防灌电流”的电路。参考 CH340 芯片手册和应用笔记，理想的改造方案如下：

1. TX 路径 (CH340 -> MCU)：在 CH340 的 TXD 引脚串联一个肖特基二极管（如 BAS70），方向为阴极朝向 MCU。这样，当 CH340 的 TXD 输出高电平时，如果 MCU 未供电，其 RXD 引脚为悬空或低电平，二极管因反偏而截止，阻止了电流灌入 MCU。如果 MCU 已供电，其 RXD 引脚通过内部或外部上拉为高电平，二极管正偏，信号可以正常传递高电平；当 TXD 输出低电平时，会将 MCU 的 RXD 引脚钳位到低电平。

2. RX 路径 (MCU -> CH340)：在 MCU 的 TXD 引脚和 CH340 的 RXD 引脚之间，加入一个低阈值电压 (Vth) 的 N-MOSFET（如 2SK3018）。MCU 的 TXD 连接 MOSFET 的栅极 (G)，源极 (S) 接地，漏极 (D) 连接 CH340 的 RXD 并通过电阻上拉到 3.3V。当 MCU 未供电时，其 TXD 为低，MOSFET 关闭，CH340 的 RXD 被上拉为高，不会产生灌电流。当 MCU 已供电并输出高电平时，MOSFET 导通，将 CH340 的 RXD 拉低。

需要注意的是，MOSFET 内部存在一个体二极管（寄生二极管）。在上述 RX 路径的电路中，这个体二极管的方向（源极到漏极）并不能防止 MCU 对未供电的 CH340 灌电流（因为电流方向相反）。不过在这种应用下，主要矛盾是防止 USB 设备对未上电的主设备灌电，所以这个电路是有效的。

最终验证与工具选择

按照上述方案修改硬件电路并重新配置 Option Bytes 后，进入 ICP 模式的稳定性问题得到了彻底解决，每次都能可靠触发。

然而，在最后一步烧写时又遇到了新问题：使用 FlyMcu 工具，虽然界面显示连接成功、擦除成功、编程成功、校验成功，整个过程毫无报错，但程序实际上并没有被真正写入芯片。

最终，更换为 ST 官方的 STM32CubeProgrammer 工具的最新版本后，所有问题迎刃而解，可以稳定、可靠地通过串口完成 STM32G070 的固件升级。

这段经历告诉我们，嵌入式开发中，软件配置和硬件设计必须紧密结合。一个简单的串口升级功能，背后可能涉及到 Boot 配置、电源时序、接口电气特性等多个层面的知识。希望我的这些“踩坑”经验，能为你在 云栈社区 的嵌入式开发之路提供一些参考。