起因

产品一旦装进机壳、发到客户现场，固件总有要改的那天——总不能每次都拆机焊排针接编程器。ISP、IAP、OTA 就是 STC 这类单片机解决“部署之后还能更新固件”的三层手段，一句话概括三者的分工：ISP 解决“怎么把固件写进芯片”，IAP 解决“程序怎么改自己的 Flash”，OTA 解决“没有线怎么把固件传过来”。

ISP

ISP（In-System Programming，在系统编程）。STC 出厂时在芯片内部固化了一段 ISP 监控程序（放在用户不可见的隐藏区）：每次冷启动，监控程序先运行，检查串口有没有收到合法的下载命令流——有就进入 ISP 模式接收固件写 Flash，没有就跳到用户程序区执行。这也解释了 STC 下载程序“必须重新上电”的原因：监控程序只在复位后的瞬间值守。

而在线 ISP 靠 IAP_CONTR 寄存器打破了这一点：程序运行中执行 IAP_CONTR=0x60（软复位 + 选择从 ISP 监控区启动），单片机自己复位进 ISP 模式，而不需要冷启动——调试时改一次代码不用反复断电重上，大大减少调试时的麻烦。可配合自定义串口命令（比如收到某个指令才触发跳转），上位机可以直接使用官方提供的 ISP 软件，或者利用官方提供的 Upgrade.exe 自行开发软件。

IAP

IAP（In-Application Programming，在应用编程）：让运行中的用户程序能擦写自己的 Flash。这里有个绕不开的矛盾——8051 是直接从 Flash 取指令的，正在运行的扇区一旦被擦除，取指立刻失败、程序跑飞。所以自更新的前提是把“执行代码的区”和“被修改的区”分开，这就是经典双区方案：开发 ISP 程序（引导+更新，负责接收、校验、搬运固件）和 AP 程序（应用业务）两个工程，由 ISP 程序负责 AP 程序的更新和引导。

配置上一般将全部 64K 都设置成 EEPROM，让用户程序空间和 EEPROM 空间完全重合——这样 IAP 命令就能读写包括程序区在内的整个 Flash，实现用户对自己程序空间的修改和控制。本质上 EEPROM 和程序 Flash 是同一块介质，“设置成 EEPROM”只是把擦写权限放开到整个空间而已。

ISP 程序默认在 0 地址——上电最先执行的就是它，校验通过后跳去 AP；AP 程序由于地址不是从 0 开始的，在使用 Keil 开发时需要约束链接器把代码放到正确的地址：在 BL51 Locate 中配置 Code Range（限定代码链接区间），在 Target 中配置 Off-chip Code memory（声明程序空间起点）。两处不一致的后果是中断向量表和绝对调用地址全错——跳过去就是乱跑。

AP 程序跳回 ISP 程序的方法（函数指针指向 0 地址，调用即跳转）：

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#define ISPPROGRAM 0x0
void (*IspProgram)() = ISPPROGRAM;

void uart() interrupt 4
{

    IspProgram();

}

代码说明

  • void (*IspProgram)() = ISPPROGRAM; 定义一个函数指针并初始化为 0x0，调用 IspProgram() 时 CPU 把 PC 置 0、从 0 地址重新取指——等效于“跳转到 ISP 程序”；
  • 这个调用放在串口中断里，收到升级命令的瞬间就跳走。跳过去之后不会返回（ISP 程序要么更新固件要么复位），所以栈不清也无妨，但跳转前应先 EA=0 关中断、处理好看门狗（见文末踩坑）；
  • 更省事的等价写法是直接强制转换调用：((void(*)())0x0000)();，不需要全局指针变量。

OTA

OTA（Over-The-Air，空中升级）= 传输通道 + IAP 写入，本文场景的通道是 LoRa，配合 IAP 功能完成 OTA。要理解 OTA 协议为什么长那样，抓住 LoRa 的两个特点：带宽很低（几百 bps 到几十 kbps，传几十 KB 固件要很久）、无线链路天然丢包。由此推出协议必备的三件事：

  1. 分包编号：固件切成定长包，逐包确认、丢包重传；
  2. 断点续传：传一半断电/断链，重新连接后从断点继续，而不是从头再来；
  3. 先校验后擦写：全部收齐且整包 CRC 通过，才用 IAP 命令擦写 AP 区——写到一半发现包错，AP 区已残缺，设备就变砖了。

流程串起来：节点按包接收固件 → 整包校验通过 → IAP 擦写 AP 区 → 复位，由 0 地址的 ISP 引导程序引导新版本。

踩坑记录与注意事项

  • IAP_CONTR 的 0x60 和 0x20 别混：0x60 = 软复位后进 ISP 监控区等待下载；0x20 = 软复位后直接回用户程序区。想“重启”用 0x20，想“进下载模式”用 0x60，写反了现象就是设备一直进监控、或怎么都进不去；
  • BL51 Locate 与 Off-chip Code Memory 要一致：一个管链接器放代码的位置，一个声明地址空间布局，配不一致编译能过，跳转后中断全乱（向量表不在预期地址）；
  • 跳转前清现场：EA = 0 关全局中断、按需喂狗/关看门狗、外设恢复安全态。带着开着的中断跳进新程序，新程序还没初始化中断向量就可能被触发；
  • ISP 引导区留够裕量：ISP 程序烧进去之后再升级它本身，只能靠冷启动 ISP（拆机重新上电下载），所以引导区宁可多留空间、功能一次做全；
  • 全局函数指针的初始化时机：void (*IspProgram)() = 0x0; 是带初值的全局变量，C51 里要等启动代码初始化后才有效；追求绝对稳妥就用 ((void(*)())0x0000)(); 直接转换调用；
  • LoRa OTA 务必先校验后擦写：低带宽链路丢包是常态，边收边写等于拿设备的命赌链路质量；至少要整包 CRC 通过再动 Flash，有余力做双份轮换就更稳。