键盘固件刷写详解：Bootloader
键盘固件刷写详解：从入门到精通
引言
作为一名机械键盘爱好者，相信大家都曾经面临过刷写固件的问题。无论是想要自定义按键功能，还是升级键盘的固件，掌握刷写技巧都是非常必要的。本文将全面介绍不同类型的引导加载程序（Bootloader）以及如何正确刷写固件。
基础知识
什么是引导加载程序（Bootloader）？
引导加载程序是预装在微控制器中的一段特殊程序，它允许我们通过USB接口更新键盘的固件，而无需使用专业的硬件编程器。不同厂商和芯片使用的引导加载程序各不相同，所以刷写方法也有所区别。
QMK计算固件大小
对于基于AVR的键盘，QMK会根据rules.mk中设置的BOOTLOADER值自动计算.hex文件的大小是否适合刷写到设备，并输出总大小（以字节为单位）及最大限制。
使用CLI刷写键盘
最简单的方法是通过QMK命令行工具：
qmk flash -kb <keyboard> -km <keymap>
更多详情请参考QMK flash文档。
各类引导加载程序详解
1. Atmel DFU
默认情况下，所有USB AVR芯片（16/32U4RC除外）都预装了Atmel的DFU引导加载程序。许多键盘PCB上有自己的微控制器（如旧版OLKB板、Clueboards）都使用该引导加载程序。一些键盘可能使用LUFA的DFU引导加载程序或QMK的分支版本（如新版OLKB板），它们增加了一些特定硬件功能。
配置方法
确保在rules.mk中有以下设置（或使用lufa-dfu或qmk-dfu替代）：
# Bootloader selection
BOOTLOADER = atmel-dfu
兼容的刷写工具
- QMK Toolbox（推荐的图形界面工具）
- dfu-programmer / QMK中的
dfu目标（推荐命令行方式）
命令行指令：
dfu-programmer <mcu> erase --force
dfu-programmer <mcu> flash --force <filename>
dfu-programmer <mcu> reset
刷写步骤
- 使用以下任一方法进入引导加载模式：
- 按下键码
QK_BOOT - 按下PCB上的
RESET按钮（如果有） - 快速短接
RST至GND
- 按下键码
- 等待操作系统检测到设备
- 擦除闪存（使用Toolbox或CLI/make命令时会自动完成）
- 刷写.hex文件
- 将设备重置到应用模式（如上所述会自动完成）
2. QMK DFU
QMK维护了LUFA DFU引导加载程序的分支版本，它能执行简单的矩阵扫描以退出引导加载程序并返回应用程序，还能在操作过程中闪烁LED或通过扬声器发出提示音。
启用特殊功能
要启用这些功能，请将以下定义添加到config.h：
#define QMK_ESC_OUTPUT F1 // COL2ROW模式下的COL引脚
#define QMK_ESC_INPUT D5 // COL2ROW模式下的ROW引脚
// 可选功能:
//#define QMK_LED E6
//#define QMK_SPEAKER C6
注意：不建议使用与Bootmagic指定键相同的
QMK_ESC键，因为按住它会导致MCU在进入和退出引导加载程序之间循环往复。
字符串自动生成
制造商和产品字符串会从config.h中自动提取，并在产品字符串后附加"Bootloader"。
生成引导加载程序
使用bootloader目标生成引导加载程序，例如：make planck/rev4:default:bootloader
要生成包含QMK和引导加载程序的完整生产文件，使用production目标，例如：make planck/rev4:default:production
make目标
:dfu：每5秒检查一次，直到DFU设备可用，然后刷写固件。:dfu-split-left和:dfu-split-right：与:dfu类似，但会在EEPROM中设置左右手配置，特别适合基于Elite-C的分体式键盘。
3. Caterina (Arduino)
Arduino板及其克隆版使用Caterina引导加载程序或其变体（使用Pro Micro或克隆版构建的任何键盘，以及Pololu A-Star），它们通过虚拟串口使用AVR109协议通信。
配置方法
确保在rules.mk中有以下设置：
# Bootloader selection
BOOTLOADER = caterina
兼容的刷写工具
- QMK Toolbox（推荐的图形界面工具）
- Avrdude
- avrdude 与QMK中的程序员/目标
avr109:avrdude（推荐命令行方式）
命令行指令：
avrdude -p <mcu> -c avr109 -P <serialport> -U flash:w:<filename>:i
刷写步骤
- 使用以下任一方法进入引导加载模式（进入后只有7秒时间刷写；某些变体可能需要在750毫秒内重置两次）：
- 按下键码
QK_BOOT - 按下PCB上的
RESET按钮（如果有） - 快速短接
RST至GND
- 按下键码
- 等待操作系统检测到设备
- 刷写.hex文件
- 等待设备自动重置
make目标
:avrdude：每5秒检查一次，直到Caterina设备可用（通过检测新的COM端口），然后刷写固件。:avrdude-loop：类似:avrdude，但在刷写每个设备后，会尝试再次刷写，适合批量刷写，按Ctrl+C可退出循环。:avrdude-split-left和:avrdude-split-right：类似:avrdude，但会在EEPROM中设置左右手配置，特别适合基于Pro Micro的分体式键盘。
4. HalfKay
HalfKay是由PJRC开发的超轻量级引导加载程序，它表现为HID设备（无需额外驱动），预装在所有Teensy（特别是2.0）上。它目前是闭源的，一旦被覆盖（例如通过ISP刷写其他引导加载程序），就无法恢复。
5. USBasploader
USBasploader最初由Objective Development开发，它模拟USBasp ISP编程器，用于一些非USB AVR芯片，如运行V-USB的ATmega328P。
6. BootloadHID
BootloadHID是为AVR微控制器设计的USB引导加载程序。它像HID输入设备一样工作，与HalfKay非常相似，因此在Windows上无需安装任何驱动即可运行。
7. STM32/APM32 DFU
所有具有USB功能的STM32和APM32微控制器（少数例外，如STM32F103）都预装了无法修改或删除的工厂引导加载程序。
8. STM32duino
此引导加载程序几乎专门用于STM32F103板，因为它们没有预装USB DFU引导加载程序。源代码和预编译二进制文件可在GitHub上找到。
9. 树莓派RP2040 UF2
配置方法
确保在rules.mk中有以下设置：
# Bootloader selection
BOOTLOADER = rp2040
兼容的刷写工具
任何能够将文件从一个位置复制到另一个位置的应用程序，如macOS Finder或Windows资源管理器。
刷写步骤
- 使用以下任一方法进入引导加载模式：
- 按下键码
QK_BOOT - 插入USB数据线时按住PCB上的
BOOTSEL按钮 - 双击PCB上的
RESET按钮¹
- 按下键码
- 等待操作系统检测到设备
- 将.uf2文件复制到新出现的USB磁盘
- 等待键盘变为可用状态
或者使用CLI刷写：
- 使用上述任一方法进入引导加载模式
- 等待操作系统检测到设备
- 通过QMK CLI刷写，例如：
qmk flash --keyboard handwired/onekey/rpi_pico --keymap default - 等待键盘变为可用状态
¹注意：仅当控制器已使用定义了
RP2040_BOOTLOADER_DOUBLE_TAP_RESET的QMK固件进行刷写时，此选项才有效。
高级技巧与注意事项
重置键盘的方法总结
- 软件重置：按下映射到
QK_BOOT的按键 - 硬件重置：
- 按下PCB上的RESET按钮（如果有）
- 短接RST和GND针脚
- 特定引导加载程序可能有特殊方法（如RP2040的BOOTSEL按钮）
常见问题与解决方案
-
设备未被识别：
- 检查USB连接
- 确认是否正确进入引导加载模式
- 某些引导加载程序只有几秒钟的识别窗口期
-
刷写失败：
- 确认使用了正确的刷写工具
- 确认固件与键盘兼容
- 检查固件大小是否超过限制
-
键盘进入引导加载模式后无响应：
- 某些引导加载程序有超时设置，超时后会自动退出
- 确认引导加载程序的工作方式是否需要特殊步骤
总结
本文详细介绍了各种引导加载程序的特性和刷写方法，希望能帮助各位键盘爱好者更好地理解和掌握固件刷写技术。无论您是刚接触QMK固件的新手，还是经验丰富的DIY键盘玩家，了解这些知识都能让您的定制之路更加顺畅。
掌握了这些知识，您就能够自由定制键盘的功能，实现个性化的使用体验。如果您有任何问题或经验分享，欢迎在评论区交流！
延伸阅读：
- QMK固件编译指南
- 自定义键映射完全教程
- 机械键盘RGB灯效配置方法
- 分体式键盘同步设置技巧