一、什么是Bootloader？

大家都知道，Arduino的本質(zhì)就是“ATmega單片機(jī)最小系統(tǒng)板+USB轉(zhuǎn)串口芯片”。所有單片機(jī)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)中，均涉及到將編譯好的程序上傳（燒錄）到單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器（一種ROM）中的過(guò)程。當(dāng)前主流的單片機(jī)都支持ISP（In System Programing，在系統(tǒng)編程），即無(wú)需將單片機(jī)芯片從電路板（系統(tǒng)）上取下，即可對(duì)其上傳（燒錄）程序，其基本原理主要是通過(guò)串行通信端口或SPI（Serial Peripheral Interface，串行外設(shè)接口）端口來(lái)將程序從電腦傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)的。為了在通用的通信接口上實(shí)現(xiàn)這種專(zhuān)用目的的數(shù)據(jù)傳輸，需要在單片機(jī)的ROM中事先燒錄一段代碼，這段代碼在每次加電時(shí)自動(dòng)運(yùn)行，主要用于檢測(cè)來(lái)自電腦端的程序傳輸信號(hào)，如果檢測(cè)到特定信號(hào)，則啟動(dòng)程序上傳（燒錄）過(guò)程，否則就轉(zhuǎn)去執(zhí)行常規(guī)程序。這段代碼就叫做Bootloader。
總之，Bootloader本質(zhì)上與單片機(jī)程序存儲(chǔ)器里存儲(chǔ)的常規(guī)程序并無(wú)二致，可以將其理解為一種專(zhuān)用功能的程序，因而B(niǎo)ootloader本身也是可以向上傳（燒錄）程序一樣進(jìn)行修改的。
Arduino為配合IDE實(shí)現(xiàn)一鍵上傳（燒錄）程序，為各型號(hào)的Arduino板定制了專(zhuān)用的Bootloader，IDE會(huì)根據(jù)工具-處理器和工具-開(kāi)發(fā)板中的設(shè)置配合特定型號(hào)Arduino板的Bootloader來(lái)進(jìn)行程序上傳（燒錄）。如果上述菜單中的設(shè)置與目標(biāo)Arduino板中的Bootloader不匹配，則會(huì)出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間停留在上傳中……最后提示上傳失敗的情況。一個(gè)具體的例子可參見(jiàn)：Arduino IDE的安裝、測(cè)試與相關(guān)設(shè)置。

二、如何讓Arduino變身編程器（燒錄器）

由于Arduino所采用的單片機(jī)支持SPI通信協(xié)議以及通過(guò)該協(xié)議上傳（燒錄）程序，因而Arduino本身通過(guò)編程即可變身基于SPI協(xié)議的編程器。
操作過(guò)程非常簡(jiǎn)單，打開(kāi)文件-示例-11.ArduinoISP，將其上傳到Arduino板，此時(shí)的Arduino板就成為了一個(gè)編程器。使用這個(gè)編程器，通過(guò)Arduino板上的6針I(yè)CSP（ in-circuit serial programming）接口（各型號(hào)Arduino板均提供的基于SPI協(xié)議的編程接口），就可以對(duì)目標(biāo)Arduino板進(jìn)行更新Bootloader和上傳（燒錄）程序的操作了。

三、用NANO更新NANO Bootloader

NANO編程器用作編程器

1. 如圖連接兩個(gè)NANO；
2. 將作為編程器的NANO（左）用USB線(xiàn)連接到電腦；
3. 在工具-開(kāi)發(fā)板中選擇目標(biāo)板的型號(hào)，此處為Arduino NANO；
4. 在工具-處理器中選擇ATmega328P，這就是2018年1月后新官方NANO的Bootloader；
5. 在工具-端口中選擇作為編程器的NANO所連接的端口（作為目標(biāo)的NANO無(wú)需接USB線(xiàn)，由作為編程器的NANO為其供電）；
6. 在工具-編程器中選擇Arduino as ISP；
7. 單擊工具-燒錄引導(dǎo)程序，將Bootloader燒錄至目標(biāo)NANO。

如果使用UNO作為目標(biāo)板或編程器，操作過(guò)程與連接方式完全同上?？蓞⒖嘉暮髤⒖假Y料。

四、將NANO用作編程器（燒錄器）

利用上面的連接方式，除了向目標(biāo)板燒錄Bootloader外，也可以向目標(biāo)板燒錄用戶(hù)編寫(xiě)的程序，這一點(diǎn)佐證了Bootloader與用戶(hù)程序沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別。具體操作過(guò)程是：

1. 如上圖連接兩個(gè)NANO；
2. 將作為編程器的NANO（左）用USB線(xiàn)連接到電腦；
3. 在工具-開(kāi)發(fā)板中選擇目標(biāo)板的型號(hào)，此處為Arduino NANO；
4. 在工具-處理器中選擇ATmega328P，這就是2018年1月后新官方NANO的Bootloader，若沒(méi)有更新，則需要選擇ATmega328P (Old Bootloader)，總之3、4兩項(xiàng)要與目標(biāo)板相匹配；
5. 在工具-端口中選擇作為編程器的NANO所連接的端口（作為目標(biāo)的NANO無(wú)需接USB線(xiàn)，由作為編程器的NANO為其供電）；
6. 在工具-編程器中選擇Arduino as ISP；
7. **使用項(xiàng)目-使用編程器上傳菜單項(xiàng)啟動(dòng)“編譯+上傳”的過(guò)程，這一步須注意，不能使用工具欄中的右向箭頭（上傳）圖標(biāo)。

五、在面包板上搭建自己的Arduino

通過(guò)上述原理可知，對(duì)于一個(gè)ATmega328P的最小系統(tǒng)，只要燒錄進(jìn)相應(yīng)Arduino型號(hào)的Bootloader，即可將其“變成”一個(gè)Arduino板，即能夠使用Arduino IDE為之編寫(xiě)并上傳程序。
因此，我們可以參照Arduino NANO或UNO的電路圖搭建ATmega328P的最小系統(tǒng)，然后利用另外一塊作為編程器的NANO為之燒錄Bootloader，燒錄完成之后，即可利用第四節(jié)介紹的方法，在Arduino IDE中向其上傳我們編寫(xiě)的程序了。

DIYduino電路圖

ATmega328P最小系統(tǒng)的參考電路圖如上圖所示。所需原件如下：

1. 晶振 16MHz 1個(gè)
2. 瓷片電容 22pF 2個(gè)
3. 瓷片電容 100nF 2個(gè)
4. 電解電容 47uF 1個(gè)
5. 電阻 10K 1個(gè)
6. 電阻 1M 1個(gè)
7. 集成電路 ATmega328PU（DIP28封裝） 1個(gè)

ATmega328P引腳與作為編程器的NANO或UNO端口連接的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：

需要注意的是：這個(gè)DIYduino可以通過(guò)作為編程器的NANO下載程序，但是無(wú)法像標(biāo)準(zhǔn)Arduino那樣直接與電腦進(jìn)行串口通信， 因?yàn)檫@里上傳程序使用的是SPI通信方式而非串口通信方式，若要使用串口與電腦通信，仍需外接USB到串口（TTL）的轉(zhuǎn)接器。

參考資料：

Arduino - ArduinoISP https://www.arduino.cc/en/tutorial/arduinoISP