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键盘固件刷写详解：Bootloader

news 来源：原创 2025/8/13 20:33:39

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
  1. 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
  2. 等待操作系统检测到设备
  3. 擦除闪存（使用Toolbox或CLI/make命令时会自动完成）
  4. 刷写.hex文件
  5. 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
  1. 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
  2. 等待操作系统检测到设备
  3. 刷写.hex文件
  4. 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
  1. 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
  2. 等待操作系统检测到设备
  3. 将.uf2文件复制到新出现的USB磁盘
  4. 等待键盘变为可用状态

或者使用CLI刷写：

  1. 使用上述任一方法进入引导加载模式
  2. 等待操作系统检测到设备
  3. 通过QMK CLI刷写，例如：qmk flash --keyboard handwired/onekey/rpi_pico --keymap default
  4. 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

  1. 软件重置：按下映射到QK_BOOT的按键
  2. 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

  1. 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

  2. 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

  3. 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

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编程日记 2025/8/11 13:26:19

【C++】手搓一个STL风格的string容器

C string类的解析式高效实现 GitHub地址 有梦想的电信狗 1. 引言&#xff1a;字符串处理的复杂性 ​ 在C标准库中&#xff0c;string类作为最常用的容器之一&#xff0c;其内部实现复杂度远超表面认知。本文将通过一个简易仿照STL的string类的完整实现&#xff0c;揭示其设…...

编程日记 2025/6/29 4:30:35

无实体对话式社交机器人 拟人化印象形成机制：基于多模态交互与文化适配的拓展研究

《如何感知AI对话者：无实体对话式社交机器人拟人化对其印象形成效果影响机制的实验研究》解析 一、研究背景与核心问题 （一）技术背景与研究动机 随着生成式AI技术发展，以ChatGPT、文心一言为代表的无实体对话式社交机器人兴起，用户对其高度拟人化特征有显著需求，如扮演…...

编程日记 2025/6/29 5:01:09

存储器：DDR和独立显卡的GDDR有什么区别？

本文来简要对比DDR&#xff08;Double Data Rate SDRAM&#xff09;和GDDR&#xff08;Graphics Double Data Rate SDRAM&#xff09;的区别&#xff0c;重点说明它们在设计、性能和应用上的差异&#xff1a; 1. 设计目标与架构 DDR&#xff1a;通用型DRAM&#xff0c;设计为…...

编程日记 2025/6/29 3:19:14

viewDesign里的table内嵌套select动态添加表格行绑定内容丢失

问题 描述 viewDesign里的table内嵌套select&#xff0c;表格的行数是手动点击按钮添加的&#xff0c;添加第一行选择select的内容能正常展示&#xff0c;添加第二行第一行的select的内容消失 代码 <FormItem label"内饰颜色"><Tableclass"mt_10&q…...

编程日记 2025/6/29 2:19:00

vue v-html无法解析＜

vue v-html无法解析字符串的小于号 方法一&#xff1a;可以替换成转义符 (实际还是会报错) let str 12345<445667 str.replaceAll(<, <)方法二&#xff1a;可以替换成中文小于号 let str 12345<445667 str.replaceAll(<, &#xff1c;)...

编程日记 2025/6/29 4:22:19

COLT_CMDB_linux_userInfo_20250508.sh修复历史脚本输出指标信息中userName与输出信息不一致问题

#!/bin/bash #IT_BEGIN #IT_TYPE3 #IT SYSTEM_LINUX_AGENTUSERDISCOVER|discovery.user[disc] #原型指标 #IT_RULE SYSTEM_LINUX_AGENTUSERGROUPID|groupId[{#USERNAME}] #IT_RULE SYSTEM_LINUX_AGENTUSERHOME|userHome[{#USERNAME}] #IT_RULE SYSTEM_LINUX_AGENTUSERNAME|user…...

编程日记 2025/8/9 17:21:01

A. Row GCD(gcd的基本性质）

Problem - 1458A - Codeforces 思路&#xff1a; 首先得知道gcd的两个基本性质&#xff1a; (1) gcd(a,b)gcd(a,|b-a|) (2) gcd(a,b,c)gcd(a,gcd(b,c)) 结合题目所给的a1bj&#xff0c;a2bj...... anbj 根据第一条性质得到&#xff1a; gcd(a1bj&#xff0c;a2bj)gcd(…...

编程日记 2025/6/29 2:19:03