بوت‌لودر ESP و حالت‌های بوت | آموزش کامل Bootloader در ESP8266 و ESP32

 چرا شناخت بوت‌لودر ESP مهم است؟

اگر حتی یک‌بار با خطاهایی مثل موارد زیر مواجه شده باشی، این مقاله دقیقاً برای تو نوشته شده:

• ESP برنامه را اجرا نمی‌کند

• پیام wrong boot mode در Serial Monitor

• ریست شدن مداوم ESP

• آپلود نشدن برنامه

• بریک شدن برد بعد از OTA

در اکثر این مشکلات، کد برنامه مشکل اصلی نیست؛ بلکه ریشهٔ خطا در بوت‌لودر (Bootloader) یا حالت‌های بوت (Boot Modes) است.

ESP برخلاف میکروکنترلرهای ساده، یک فرآیند بوت چندمرحله‌ای دارد که به حافظه فلش، پایه‌های GPIO و تنظیمات سخت‌افزاری وابسته است. درک این فرآیند، تو را یک سطح بالاتر از کاربران معمولی ESP می‌برد.

بوت‌لودر (Bootloader) چیست؟

بوت‌لودر یک برنامهٔ سطح پایین است که وظیفهٔ آن راه‌اندازی اولیه پردازنده و اجرای برنامه اصلی است.

در ESP، بوت‌لودر:

• بلافاصله بعد از روشن شدن یا ریست اجرا می‌شود

• حافظه فلش را بررسی می‌کند

• حالت بوت را تشخیص می‌دهد

• مشخص می‌کند کدام برنامه باید اجرا شود

اگر بوت‌لودر نتواند وظیفه‌اش را درست انجام دهد، ESP هرگز به اجرای کد شما نمی‌رسد.

مراحل بوت در ESP (به زبان ساده)

فرآیند بوت در ESP8266 و ESP32 به‌صورت مرحله‌ای انجام می‌شود:

1. روشن شدن یا ریست

با وصل شدن تغذیه یا فشردن کلید Reset، CPU شروع به کار می‌کند.

2. اجرای ROM Bootloader

داخل خود چیپ ESP یک بوت‌لودر سخت‌افزاری (ROM Bootloader) وجود دارد که:

• غیرقابل تغییر است

• وضعیت پایه‌های بوت را می‌خواند

• تصمیم می‌گیرد ESP در چه حالتی بوت شود

3. بارگذاری بوت‌لودر مرحله دوم

در صورت بوت عادی، ROM Bootloader:

• به سراغ حافظه فلش می‌رود

• بوت‌لودر مرحله دوم را اجرا می‌کند

4. اجرای برنامه کاربر

در نهایت:

• پارتیشن برنامه انتخاب می‌شود

• برنامه اصلی اجرا می‌گردد

📌 هر خطا در این زنجیره، باعث بوت نشدن ESP می‌شود.

نقش حافظه فلش در بوت ESP

بوت‌لودر ارتباط مستقیمی با حافظه فلش دارد:

• برنامه‌ها داخل فلش ذخیره می‌شوند

• جدول پارتیشن در فلش قرار دارد

• اطلاعات OTA از فلش خوانده می‌شود

به همین دلیل، تنظیم اشتباه اندازه فلش یا پارتیشن‌بندی نادرست، مستقیماً باعث خطای بوت می‌شود.

📌 این موضوع به‌طور کامل در مقاله
«مدیریت حافظه فلش در ESP»
بررسی شده است.

حالت‌های بوت (Boot Modes) در ESP

ESP می‌تواند در حالت‌های مختلفی بوت شود. انتخاب حالت بوت به وضعیت پایه‌های خاص GPIO در لحظه ریست بستگی دارد.

مهم‌ترین حالت‌های بوت:

1. بوت عادی (Normal Boot)

2. حالت دانلود (UART Download Mode)

3. بوت از فلش

4. بوت OTA (در ESP32)

پایه‌های تعیین‌کننده حالت بوت

پایه‌های بوت در ESP8266

سه پایهٔ اصلی نقش تعیین‌کننده دارند:

• GPIO0

• GPIO2

• GPIO15

ترکیب منطقی این پایه‌ها مشخص می‌کند ESP در چه حالتی بوت شود.

پایه‌های بوت در ESP32

در ESP32 پایه‌های بیشتری نقش دارند:

• GPIO0 : ورود به حالت دانلود

• EN : فعال‌سازی چیپ

• GPIO2 ، GPIO12 : پایه‌های Strapping

اتصال اشتباه قطعات به این پایه‌ها یکی از دلایل اصلی بوت نشدن ESP32 است.

بوت عادی (Normal Boot)

در این حالت:

• ESP برنامه ذخیره‌شده در فلش را اجرا می‌کند

• حالت پیش‌فرض برای کار عادی دستگاه است

شرایط:

• GPIO0 در وضعیت HIGH

• فلش سالم

• پارتیشن معتبر

حالت دانلود (UART Download Mode)

این حالت برای آپلود برنامه استفاده می‌شود.

ویژگی‌ها:

• ESP منتظر فرمان از پورت سریال می‌ماند

• توسط Arduino IDE و PlatformIO استفاده می‌شود

• در صورت ماندن ESP در این حالت، برنامه اجرا نمی‌شود

اگر ESP همیشه در این حالت باشد، معمولاً GPIO0 به زمین متصل مانده است.

بوت OTA در ESP32

ESP32 از بوت دوگانه (Dual App) پشتیبانی می‌کند:

• یک برنامه فعال

• یک برنامه پشتیبان

در هنگام بوت:

• بوت‌لودر بررسی می‌کند کدام نسخه سالم است

• در صورت خطا، به نسخه قبلی بازمی‌گردد

این قابلیت پایهٔ اصلی آپدیت بی‌سیم (OTA) است.

📌 آموزش کامل در مقاله
«OTA Update و آپلود برنامه از طریق WiFi»

خطاهای رایج مرتبط با بوت‌لودر

❌ wrong boot mode

دلایل:

• اتصال اشتباه GPIO0

• استفاده از پایه‌های بوت برای سنسور یا رله

• طراحی سخت‌افزار نامناسب

❌ invalid header

دلایل:

• انتخاب اشتباه Flash Size در IDE

• خراب شدن فلش

• عدم تطابق پارتیشن

❌ ریست شدن مداوم

دلایل:

• تغذیه ضعیف

• Brownout

• اجرای کد سنگین در ابتدای بوت

📌 مقاله مکمل:
«رفع خطای Brownout در ESP32»

تفاوت بوت در ESP8266 و ESP32

ESP32 گزینه مناسب پروژه‌های بزرگ و صنعتی است.

نکات حرفه‌ای برای جلوگیری از مشکل بوت

✔ از پایه‌های بوت برای رله و سنسور استفاده نکن
✔ Pull-up و Pull-down مناسب بگذار
✔ تغذیه پایدار تأمین کن
✔ تنظیم Flash Size را بررسی کن
✔ لاگ بوت را از Serial Monitor بخوان

ارتباط بوت‌لودر با ESP-IDF

در فریم‌ورک ESP-IDF:

• بوت‌لودر قابل پیکربندی است

• جدول پارتیشن کاملاً سفارشی می‌شود

• امنیت بوت قابل فعال‌سازی است

📌 آموزش کامل در مقاله
«آموزش فریم‌ورک ESP-IDF»

جمع‌بندی

بوت‌لودر قلب فرآیند راه‌اندازی ESP است.
درک درست آن باعث می‌شود:

• ESP بریک نشود

• OTA مطمئن اجرا شود

• خطاهای عجیب سریع تشخیص داده شوند

• پروژه‌ها حرفه‌ای و پایدار باشند

اگر بوت‌لودر را خوب بفهمی، نصف مشکلات ESP برای همیشه حل می‌شود.