一种嵌入式编程器及其工装系统的制作方法

本发明涉及芯片加工技术领域，特别涉及一种嵌入式编程器及其工装系统。

背景技术：

随着物联网的兴起，无线通信技术的需求在大量增加，而包括wifi、rfid在内的应用存在硬件上射频天线难以设计调试以及软件上的无线通信协议复杂性难以消化的问题。继而市场出现一类厂商使用mcu+rf(代表射频类的ic)结构设计成模块。典型的如uart-wifi模块，以及uart-rfid模块等。通过采用模块产品，iot终端客户的应用变得简单易用，他们仅关心通过操作uart来完成射频及无线的通信功能。

同时，在越来越多的嵌入式设备电子产品中，涉及到的诸多器件都是需要在生产过程中进行编程和烧录的。传统的方式包含先焊接后烧录和先烧录后焊接的方式：

(1)先焊接后烧录：需要通过人工搬运焊接好的电路板，并找到特定的下载接口进行烧录，在电路板搬运过程中由于人工操作带来的损坏在所难免；

(2)先烧录后焊接：先烧录芯片时需要结合特定的适配座，同样在元器件取放到编程器的过程中也存在较多的损坏现象。

除此之外，以上操作的设备都是离不开电脑整机或者专用的编程器，作为工厂装备一方面价格较昂贵，另一方面这类半自动化的操作也无法显著提高效率。

所以，在此类模块或芯片的供应链环节存在的程序固件管理和烧录问题逐步成为进一步扩大产量的瓶颈，往往同一类硬件模块或芯片却针对不同客户应用来烧录不同版本的固件或程序。

为此，如何提供一种快速便捷的完成固件或程序的烧录装置，并设计制作对应的工装，是当前需要解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。

为此，本发明的目的在于提出一种嵌入式编程器及其工装系统，具有集成度高、体积小、烧录效率高的特点。

为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种嵌入式编程器，包括：主控制器电路、编组插口、调试接口和状态指示器，其中，

所述编组插口包括：

用于实现程序烧录的swd接口和uart接口，所述swd接口和所述urat接口的输入端与所述主控制器电路的输出端相连，用于接收来自所述主控制器电路的烧录数据，并烧录至烧录目标板或器件；

用于烧录后功能检测的gpio上电/置高低接口，所述gpio上电/置高低接口的输入端与所述主控制器电路的输出端相连，用于gpio为所述烧录目标板提供编程所需的电源，并对烧录功能引脚的电平状态进行置高或置低的设置，在烧录后，所述gpio上电/置高低端口从被烧录目标的状态输出引脚读取信息，用于检测烧录的效果；

用于与外部显示设备通信的显示输出口，所述显示输出口的输入端与所述主控制器电路的输出端相连，用于将主控制器电路发送至烧录状态数据，发送至外部的显示设备，并通过所述显示设备呈现给用户；

用于与外部的人机交互设备通信的按键输入口，所述按键输入口的输出端与所述主控制器电路的输入端相连，用于将用户通过外部的人机交互设备输入的指令，发送至所述主控制器电路；

所述调试接口与所述主控制器双向连接，用于为所述嵌入式编程器扩展通信接口；

所述状态指示器的输入端与所述主控制器的输出端相连，用于提供编程过程中的多种状态指示。

进一步，所述编组插口包括4路swd接口和4路uart接口。

进一步，所述编组插口用于设置多个不同的输出电流驱动强度和输出电压标准值。

进一步，所述状态指示器包括：

连接指示灯，用于指示所述嵌入式编程器的编组插口与被烧录目标板或者器件建立电气连接，是否被正确检测；

编程指示灯，用于指示所述嵌入式编程器开始启动编程的时序，将代码写入被烧录目标板或者器件的状态；

电源指示灯，用于指示所述嵌入式编程器的供电电源是否正常接入；

蜂鸣器，用于在按键输入时、编程开始或者结束时、以及设备异常时，发出声音提示。

进一步，还包括：存储器，所述存储器与所述主控制器电路双向连接，用于存储本地的烧录程序代码。

进一步，还包括：备用电池、无线通信模块和uart-usb信息打印口，所述备用电池的供电端与所述主控制器电路的电源输入端相连，用于为所述主控制器电路提供电源；

所述无线通信模块与所述主控制器电路双向连接，用于程序的远程加载和烧录操作，远程管理设备，以及嵌入式编程核心本身的固件程序远程更新升级使用；

所述uart-usb信息打印口与所述主控制器电路双向连接，用于将所述嵌入式编程器的运行日志的输出到外部的pc机上，以提供给用户进行查询和记录。

进一步，所述编程插口在物理上采用标准的sata金手指接插件，所述烧录目标板或器件选用对应sata的插座进行适配，

其中，所述编程插口的信号含义、顺序排列、swd接口和uart接口的启用数量均可自行设置。

进一步，所述调试接口与外部的自动化流水线的控制设备或pc机进行通信。

本发明还提出一种嵌入式编程器的工装系统，包括：由下至上的工装主体底板、工装主体板、适配座基板、夹具、传动盖、嵌入式编程器，所述工装主体底板和所述工装主体板之间通过立柱支撑，在所述工装主体板的背面底部设置有底部抽屉，底部抽屉内设置有与所述夹具连接的适配编组插口，该适配编组插口与嵌入式编程器的编组插口相对应，

其中，将嵌入式编程器通过插入所述底部抽屉，所述嵌入式编程器上的编组插口与所述底部抽屉内的编组插口连接，以将所述嵌入式编程器发送的程序烧录至所述夹具上的烧录目标板或器件。

进一步，所述夹具包括固定结构和金属的信号探针，用于固定被烧录目标板或器件，并将金属探针与被烧录目标板或器件的编程引脚或者测试点通过按压或者顶针的方式接触，形成连接引脚的电气通路，所述适配座基板为凹槽形结构，用于衬托夹具。

根据本发明实施例的嵌入式编程器及其工装系统，具有以下有益效果：

(1)主控制器电路选用的是大规模可编程逻辑器件，采用专用逻辑模块，集成度高，大大缩小产品尺寸，更加紧凑的soc核心器件提供了千万倍的逻辑门密度，能够定制更多精准的专用时序功能，达到支持更多的程序烧录种类的目的

(2)集成了检验校对的输入端口设置，模块的固件烧录以及芯片的功能烧录可以根据情况通过串口uart来回读出烧录后的状态，与对应预装的检测规则进行自动对比，复杂的对比逻辑都在内部预设来实现，无须用户去手动参与对比验证过程，而只需在之后输出简单状态指示灯的显示中读到是否通过，大大提高了烧录的速度和烧录后的初检效率。

(3)调试接口提供的扩展功能，可以通过定制内部逻辑功能块来实现不同设备接口的对接。通过usb接口与pc机直接相连，将运行的日志和提示消息传送到pc端的用户生产管理软件，用于流程管理、设备查询及数据记录等都十分的便利和灵活。

(4)除了大型的自动化流水线的嵌入应用，从通用性角度，嵌入式的编程器与更多工装结构设计的适配考虑，满足更多中小客户的中小批量生产需求，同时也是为诸多擅长工装结构的产业带来创新的发展思路，为传统机械芯片烧录工装带来智能化的改进。

(5)嵌入式编程器功能高度集约，是精简的控制核心，大小比2.5寸移动硬盘还小，去除了冗余外设，将显示和按键都做到工装结构上，通过标准化的编组插口统一进行操作，方便快捷。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的嵌入式编程器的结构图；

图2为根据本发明实施例的嵌入式编程器的示意图；

图3为根据本发明实施例的嵌入式编程器的工装系统的工装顶视图；

图4a至图4d为根据本发明实施例的嵌入式编程器的工装系统的工装左侧、右侧、前、后视图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本发明实施例的嵌入式编程器，包括：主控制器电路100、编组插口200、调试接口300和状态指示器400。

具体地，参考图2，编组插口200包括：swd接口和uart接口、gpio上电/置高低接口、显示输出口和按键输入口。

具体地，swd接口和uart接口，用于实现程序烧录。swd接口和urat接口的输入端与主控制器电路100的输出端相连，用于接收来自主控制器电路100的烧录数据，并烧录至烧录目标板或器件。并且，编组插口200可以设置多个不同的输出电流驱动强度和输出电压标准值。

编组插口200也可以自定义设置不同的输出电流驱动强度和输出电压标准，从而达到灵活适配不同场合的目的。具体地，自定义的输出电流驱动强度和电压标准，几乎涵盖被烧录目标一般通用的标准，包括通用3.3v、2.5v、1.8v的ttl、lvcmos等。通用的嵌入式mcu处理器芯片的编程接口都是通过swd接口。

优选的，本发明设置了4组swd编程接口，可以同时支持4片烧录目标的swd编程，且可以设置不同速率和驱动能力等参数。参考图2编组插口200包括4路swd接口(swd1～swd4)和4路uart接口(uart1～uart4)。

通用的嵌入式mcu处理器芯片基本也会提供isp方式(基于uart)的编程接入。优选的，本发明设置了4组uart用于同时支持4路烧录目标的isp编程，可以设置不同速率和驱动能力等参数。

在本发明的一个实施例中，编程插口在物理上采用标准的sata金手指接插件，烧录目标板或器件选用对应sata的插座进行适配。即，用户的烧录工装或者流水线控制器可以选用对应sata的插座，适配稳定可靠。而传统的编程器产品都是杜邦线或者跳线的方式接插，易损耗并且插接不便。

编程插口的信号含义、顺序排列、swd接口和uart接口、gpio上电/置高低接口、按键输入口、显示输出口的启用数量均可自行设置，并可根据实际需求自定义启用或停用。具体地，swd接口、uart接口、gpio上电/置高低接口、按键输入口、显示输出口的排序根据实际需求进行选择和设置。例如，客户需要6路swd，是可以通过设置实现的。相比传统的编程器接口都是固定功能的，在使用灵活性上受限。本发明的编程插口具有较好的灵活性，可以灵活按需重排和定义功能。其中，上述实际需求包括根据被测板卡的端口数量或设置等。需要说明的是，该实际需求的内容仅是出于示例的目的，本发明不限于此，还可以包括其他内容，不再赘述。

在本发明的一个实施例中，对编程插口的各个端口的数量根据使用要求进行设置，可以增加使用场合的适用性。例如，同时支持8路swd的烧录方式或者同时支持8路isp烧录方式的场合，或者根据需要2中下载模式混合使用的场合，都是可以适配的。在swd和isp的烧录方式中，每路的信号的通信速率也是可以设定的，从而在加快烧录效率的同时，最佳适配被烧目标的性能。

gpio上电/置高低接口，用于烧录后功能检测。gpio上电/置高低接口的输入端与主控制器电路100的输出端相连，用于gpio为烧录目标板提供编程所需的电源，并根据被烧录目标的需要，对烧录功能引脚的电平状态进行置高或置低的设置。在烧录后，配合检测功能的需要，gpio上电/置高低端口从被烧录目标的状态输出引脚读取信息，用于检测烧录的效果。

优选的，gpio上电/置高低接口默认数量是24路，已经覆盖大部分被烧录目标的测试需求。需要说明的是，上述数量仅是出于示例的目的。在实际中，用户可以定制开发和扩展此部分的数量。

显示输出口用于与外部显示设备通信。显示输出口的输入端与主控制器电路100的输出端相连，用于将主控制器电路100发送至烧录状态数据，发送至外部的显示设备，并通过显示设备呈现给用户。其中，外部显示设备可以为常见的段式lcd显示屏或led数码管，用于显示嵌入式编程器的操作次数、故障代码等数字，为用户提供直观的交互。

按键输入口用于与外部的人机交互设备通信。按键输入口的输出端与主控制器电路100的输入端相连，用于将用户通过外部的人机交互设备输入的指令，发送至主控制器电路100。

具体地，按键输入口可以接入用户的控制按钮，例如普通单线按键、矩阵键盘。按键的输入值不同，可以实现对嵌入式编程器的启动和/或停用以及功能的控制。

在本发明的一个实施例中，按键输入口端口的默认数量是8个单线按键或者4*4矩阵按键输入，已经覆盖大部分被烧录目标的测试需求。需要说明的是，上述数量仅是出于示例的目的。在实际中，可以定制开发和扩展此部分能够支持的按键的数量。

调试接口300与主控制器双向连接，用于为嵌入式编程器扩展通信接口。

在本发明的一个实施例中，调试接口300与外部的自动化流水线的控制设备或pc机进行通信。即，调试接口300可与pc机互联，也可以与用户的已有的自动化流水线的工控机相连，为整体无缝融入到生产线的流程提供了功能延伸。这里制定的通信协议为开放性的指令集，提供给用户二次开发用的api函数供用户嵌入到已有设备中调用，这就扩大了使用灵活性。

利用调试接口300提供的扩展功能，用于对接和集成到更高一级的自动化设备中，延续大规模可编程逻辑器件的优势。相比传统的单片机处理器，本发明可以通过定制内部逻辑功能块来实现不同设备接口的对接。例如，随着工业4.0的来临，电子制造流程中的元器件烧录环节是关键操作，嵌入式编程器核心的调试接口300可以已有的机械手臂或传送带的操作协议相互配合，无缝的集成为自动烧录流水线。

除了大型的自动化流水线的嵌入应用，从通用性角度，嵌入式的编程器与更多工装结构设计的适配考虑，满足更多中小客户的中小批量生产需求，同时也是为诸多擅长工装结构的产业带来创新的发展思路，为传统机械芯片烧录工装带来智能化的改进。嵌入式编程器功能高度集约，是精简的控制核心，大小比2.5寸移动硬盘还小，去除了冗余外设，将显示和按键都做到工装结构上，通过标准化的编组插口200统一进行操作，方便快捷。

状态指示器400的输入端与主控制器的输出端相连，用于提供编程过程中的多种状态指示。

具体地，状态指示器400包括：连接指示灯、编程指示灯、电源指示灯和蜂鸣器，实现将烧录状态以及检验对比的结果全部通过最简单的指示灯来表示，降低了操作工的职业要求。

具体地，连接指示灯用于指示嵌入式编程器的编组插口200与被烧录目标板或者器件建立电气连接，是否被正确检测。即，连接指示灯用于当嵌入式编程器的编组插口200与被烧录目标板或者器件建立电气连接能够被正确检测到时，指示灯点亮绿色表示正常，否则点亮红色表示异常。

编程指示灯用于指示嵌入式编程器开始启动编程的时序，将代码写入被烧录目标板或者器件的状态。即，编程指示灯用于当嵌入式编程器开始启动编程的时序，将代码写入被烧录目标板或者器件时，编程指示灯会通过闪烁的方式来指示出下述状态--“正在写入程序”的过程。

电源指示灯用于指示嵌入式编程器的供电电源是否正常接入。即，电源指示灯用于当嵌入式编程器的供电电源正常接入时，电源指示灯会以点亮的绿色状态表示正常。

蜂鸣器用于在按键输入时、编程开始或者结束时、以及设备异常时，发出声音提示。需要说明的是，用户也可以禁用声音报警功能。

进一步，本发明实施例的嵌入式编程器，还包括：存储器，与主控制器电路100双向连接，用于存储本地的烧录程序代码。

优选的，本发明选用非易失性存储器掉电或者碰撞异常时，数据不丢失。存储器与主控制器电路100的连接采用同步高速串行通信接口。

此外，本发明实施例的嵌入式编程器，还包括：备用电池、无线通信模块和uart-usb信息打印口。

具体地，备用电池的供电端与主控制器电路100的电源输入端相连，用于为主控制器电路100提供电源，保证烧录的稳定可靠，同时在应急情况下，可以独立使用，内部电池可保持设备功能并使设备的便携性特点突出，灵活切换应用场合。

无线通信模块与主控制器电路100双向连接，用于程序的远程加载和烧录操作，远程管理设备，以及嵌入式编程核心本身的固件程序远程更新升级使用。无线通信模块可以配合云端的服务器，实现“云烧录、云管理”功能。

在本发明的一个实施例中，无线通信模块可以选用wifi模块，接入wifi网络能够以无线的方式加载待烧录的代码程序，以及用于远程量产控制和管理。

uart-usb信息打印口与主控制器电路100双向连接，用于将嵌入式编程器的运行日志的输出到外部的pc机上，配合pc端软件作为记录和查询的功能，用于流程管理、设备查询及

数据记录等，具有灵活便利的特点。

主控制电路作为核心器件，用于控制整个嵌入式编程器。其中，程序代码可以存储在“嵌入式编程核心”本地的存储器中，同时带有电池为被烧录目标供电，能够达到脱机使用功能，即可以脱离pc独立使用。现有的编程器还需要搭配pc来操作和实现，本发明克服了这一点，实现脱离pc机，独立工作。

本发明针对嵌入式mcu的编程从硬件形式上有板载、适配座工装这两大分类，而其中的共性是基本都swd、uart1-4等的物理接口协议进行连接，建立程序烧录的通路，这是主要硬件功能。同时，兼顾检测板卡的功能接口，包括gpio上电/置高低、按键输入口、显示输出口等。

现有市面上的编程器，通常采用低端小规模分离逻辑门来搭建的产品，虽然成本下降了很多，但集成度不够高使得编程器的小型化难以实现，同时固定的电路决定了固定的功能，仅能支持固定的几款烧录程序，几乎没有灵活性可言。同时电路充分暴露，同质化和安全性威胁比较严重。

本发明的主控制器电路100用于实现整个设备的核心功能，可以选用大规模可编程逻辑器件，专用的编程时序采用专用逻辑模块，集成度高，可以大大缩小产品尺寸，更加紧凑的soc核心器件提供了千万倍的逻辑门密度，能够定制更多精准的专用时序功能，达到支持更多的程序烧录种类的目的，同时保证了核心的知识产权价值，克服了现有技术中的问题。

此外，本发明在带来最大程度的适配不同结构接口定义之外，还集成了检验校对的输入端口设置，模块的固件烧录以及芯片的功能烧录可以根据情况通过串口uart来回读出烧录后的状态，与对应预装的检测规则进行自动对比，复杂的对比逻辑都在内部预设来实现，无须用户去手动参与对比验证过程，而只需在之后输出简单状态指示灯的显示中读到是否通过。

例如，无线通信模块中的wifi联网模块，在烧录正确的情况下，wifi联网模块会通过uart接收到相应代表正确的字符串，嵌入式编程器对于读取到的字符串直接与内部预存的正确码进行对比，完全一致则点亮编程指示灯，操作员见到点亮为“绿色”即可认为是通过。相对于传统方式，将字符串输出到pc显示屏幕，之后又认为的对比下字符串的正确与否的方式，本发明可以大大提高了烧录的速度和烧录后的初检效率。

参考图3、图4a至4d，本发明实施例还提出一种嵌入式编程器的工装系统，包括：由下至上的工装主体底板、工装主体板、适配座基板、夹具、传动盖、上述实施例提供的嵌入式编程器，工装主体底板和工装主体板之间通过立柱支撑，在工装主体板的背面底部设置有底部抽屉，底部抽屉内设置有与夹具连接的适配编组插口，该适配编组插口与嵌入式编程器的编组插口相对应。

在本发明的一个实施例中，夹具包括固定结构和金属的信号探针，用于固定被烧录目标板或器件，并将金属探针与被烧录目标板或器件的编程引脚或者测试点通过按压或者顶针的方式接触，形成可靠的连接引脚的电气通路。本发明提供的夹具结构可以同时支持多路芯片或器件烧录。在实际应用中，用户可以实际中可以根据需求设置路数。

适配座基板是直接衬托夹具的结构，为凹槽形结构，形状做成与被烧录目标(芯片或者目标电路板)的结构外形相同以便嵌入摆放和适配固定。

具体地，将嵌入式编程器通过放入底部抽屉，嵌入式编程器上的编组插口与底部抽屉内的编组插口连接，以将嵌入式编程器发送的程序烧录至夹具上的烧录目标板或器件。

工装主体板是整个工装结构的基础结构，适配座基板和夹具都建立在主体板之上。同时，主体板面向操作者会内嵌有按键、lcd或led的显示部件、以及状态指示灯(连接指示灯、编程指示灯、电源指示灯)和蜂鸣器等。工装主体板背面的底部抽屉引出排线到夹具，这个部分属于传统工装的结构，而嵌入式编程核心替代了原本需要pc来提供的编程时序。根据要求不同，连接指示灯、编程指示灯、电源指示灯也可引出到工装的主体板，显示更加明显，使得整体形成一台独立的脱机编程器，便携并且易用。

根据本发明实施例的嵌入式编程器及其工装系统，具有以下有益效果：

(1)主控制器电路选用的是大规模可编程逻辑器件，采用专用逻辑模块，集成度高，大大缩小产品尺寸，更加紧凑的soc核心器件提供了千万倍的逻辑门密度，能够定制更多精准的专用时序功能，达到支持更多的程序烧录种类的目的

(2)集成了检验校对的输入端口设置，模块的固件烧录以及芯片的功能烧录可以根据情况通过串口uart来回读出烧录后的状态，与对应预装的检测规则进行自动对比，复杂的对比逻辑都在内部预设来实现，无须用户去手动参与对比验证过程，而只需在之后输出简单状态指示灯的显示中读到是否通过，大大提高了烧录的速度和烧录后的初检效率。

(3)调试接口提供的扩展功能，可以通过定制内部逻辑功能块来实现不同设备接口的对接。通过usb接口与pc机直接相连，将运行的日志和提示消息传送到pc端的用户生产管理软件，用于流程管理、设备查询及数据记录等都十分的便利和灵活。

(4)除了大型的自动化流水线的嵌入应用，从通用性角度，嵌入式的编程器与更多工装结构设计的适配考虑，满足更多中小客户的中小批量生产需求，同时也是为诸多擅长工装结构的产业带来创新的发展思路，为传统机械芯片烧录工装带来智能化的改进。

(5)嵌入式编程器功能高度集约，是精简的控制核心，大小比2.5寸移动硬盘还小，去除了冗余外设，将显示和按键都做到工装结构上，通过标准化的编组插口统一进行操作，方便快捷。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。