Hello大家好，這里是電路?。?/span>
現在的單片機開發有多爽？在VS Code、STM32CubeIDE或者Keil里敲完代碼，點一下燒錄按鈕，通過一根SWD甚至普通的數據線，“唰”的一下，只要一兩秒鐘，程序就燒進去了。不僅能幾十萬次地隨時重寫，還能在線設斷點單步調試。
但如果穿越回40多年前的上世紀80年代，去體驗一下“上古時期”的單片機開發，可能直接會被逼瘋。
讓我們來一場“硅基考古”——看看老一輩工程師是怎么用“紫外線燈”給芯片強行洗腦、擦除數據的！
1、腦門上開著“天窗”的單片機
這是一顆上世紀的Intel D87C51FC-20單片機(大名鼎鼎的8051家族成員，型號里的D代表陶瓷封裝DIP)。
拿到這顆芯片，最先注意到的絕對是它背上的那個透明玻璃窗。透過玻璃，甚至能直接用肉眼看到里面金閃閃的硅晶片(Die)和極細的打線！
為什么要在芯片上留個窗戶？為了散熱嗎？
當然不是。這顆芯片內部存儲代碼使用的是UV-EPROM(紫外線可擦除可編程只讀存儲器)。
在那個年代，往芯片里寫數據容易(加上高壓電脈沖就能把電子強行打進去)，但是想把數據清空卻極度困難，因為不能通過電信號直接擦除。
唯一的辦法，就是讓高能量的紫外線直接照射內部的硅晶片，利用光電效應把電子“轟”出來。這個玻璃窗，就是專門留給紫外線照進去的物理通道。
這塊玻璃有多厚？
如果好奇這塊天窗玻璃的厚度和封裝工藝，暴力砸開一顆帶有同樣天窗的AMD AM27C64存儲芯片就會發現，這塊純石英玻璃的厚度大約是1毫米，并且被極其牢固地密封在陶瓷外殼上，以保證芯片內部的真空和純凈。如果是普通玻璃會大量吸收紫外線，只有高純度石英玻璃才能讓極短波長的紫外線暢通無阻。
2、微觀物理學：光子與電子的“越獄之戰”
到底為什么紫外線能擦除數據？這里面其實藏著非常硬核的物理原理。
首先，UV的全稱是Ultraviolet(紫外線)。
EPROM芯片存數據的核心叫浮柵晶體管(Floating Gate)?？梢园阉胂蟪梢粋€微小的多晶硅“孤島”，四周被厚厚的二氧化硅(SiO?)絕緣層死死包裹。燒錄代碼，就是把電子強行打進孤島；一旦進去，電子就被永遠“囚禁”了。
絕緣層就像一堵高墻，在物理學中這堵墻的勢壘高度約為3.2eV(電子伏特)。電子自己是翻不過去的。
這時候，高能量紫外線(UVC，波長通常為254nm)出場了。根據量子物理公式，這種波長的紫外線，其攜帶的每一個光子能量大約是4.9eV！
當短波紫外線穿過石英玻璃打在電子上，電子吸收了光子，瞬間獲得了4.9eV的能量(大于墻的高度3.2eV)。于是奇跡發生：電子如同插上了翅膀，直接躍過了絕緣層逃離了浮柵。
所有電子跑光，芯片內的數據就全部恢復到了FF的初始狀態！
3、用紫外線給芯片洗腦（擦除數據）
想要徹底清空芯片里的數據，需要用紫外線照射。比如這樣：
當然這顆大約5毫瓦的微型紫外LED功率太小，需要照射幾個小時。
更常規的是使用這種紫外線燈箱，上面有一個定時的旋鈕：
4、上古程序員的噩夢：改個Bug要花一整天？
這塊Intel D87C51FC-20單片機的腦子洗干凈了，接下來就是寫代碼。寫好的代碼用經典的MiniPro TL866編程器，把編譯好的Hex文件給燒錄進去。
能想象上古時代單片機工程師的調試日常嗎？
改兩行代碼->從電路板拔下芯片插到燒錄器->燒完拔下來插回電路板->發現有Bug->拔下芯片丟進紫外線燈箱烤10多分鐘->等冷卻后再插回燒錄器……
循環往復！如果沒有昂貴的硬件仿真器，當年為了不浪費時間等紫外線烤芯片，工程師通常會在手邊備上十幾片一模一樣的芯片，輪流烤、輪流燒。
5、燒錄完為什么必須“貼膏藥”？
如果見過這種老芯片，會發現它們真正在機器里服役時，玻璃窗上無一例外都貼著一張不透光的貼紙。
為什么要貼??？因為要防陽光和日光燈！
雖然穿透大氣的太陽光紫外線較弱，但如果芯片不貼貼紙暴露在直射陽光下幾周，或者在室內的日光燈下照射幾年，日積月累的微弱紫外線依然會給電子緩慢充能。只要有一個電子“越獄”導致數據位發生翻轉(Bit Flip)，哪怕只錯了一個字節，整個程序就會瞬間崩潰死機！
同時，這張“防曬貼紙”也成了早期物理形態的“版本控制系統”。當時的工程師會在貼紙上手寫VxWorks 5.1、sv40 3.0這樣的字符。每次升級固件，就得撕下舊貼紙，烤完重寫后，再鄭重地貼上一張寫著新版本號的新貼紙，滿滿的儀式感！
6、結語
看著現在的STM32、ESP32甚至各種原廠主推的現代化集成開發環境，不得不感嘆電子技術的進步速度。當年那個腦門上開著天窗、需要用紫外線洗腦的浪漫時代，已經徹底變成了半導體博物館里的回憶。
本文部分圖片來源：3.14.by博客
