Искам да знам защо някои микроконтролери могат да се препрограмират директно в схемата само с ЮСБ кабел както е при Ардуино,а други изискват да бъдат поставяни на програматор?От какво зависи това как може да бъде програмиран един микроконтролер?Тези,които се програмират директно без програматор трябва ли задължително да имат вградена операционна система?

Почти всички могат директно, дали е през USB или не зависи от много неща. И не, не е нужно да имат ОС, не е нужно да имат нищо ак изпозлваш incircuit programing, ако вижираш конкретно USB, или сериен порт, тогава трябва да имат бутлоадер.

Първоначално паментта на контролера е празна - няма програма, bootloader... Та за да го програмираш имаш два избора, както Тони ти спомена - да използваш програматор или да направиш някаква схемичка на платката, която да ти позволи да го програмираш през компютър. Във вторият случай интерфейсът зависи изцяло от схемата, която използваш - може да е USB, COM, LAN ... Тези неща обикновено са описани от производителя на контролера, който си избрал. Отделно, когато вече успееш да го програмираш, можеш да заредиш bootloader, който да ти позволи да презаписваш програмата, без наличието на специална схема или програматор - директно през избран интерфейс!

Онзи ден стана въпрос за едни STM дето имат вграден в ROM bootloader. А на ESP8266 процесора също има вграден бутлоадер, за запис през UART. Отделно пък има PIC18F14K50, на който data и clock съвпадат с USB и може от там да се направи записа, но пак с програматор. Просто за удобство се ползва буксата.

Не само STM, всички ARM контролери си имат ROM с някакъв фабричен буутлоадер. Условието да се стартира тоя буутлоадер е различно. При STM обикновено е pin (BOOTx) който ако е еди какво си ниво стартира фабричния буутлоадер. Има и по-интелигентни, примерно такива дето проверяват дали има нещо във флаша и ако има го стартират, иначе стартират от ROM-a.
Има и съществени разлики какво да се случва ако чипът е заключен и т.н.
В общия случай фабричния буутлоадер ако бъде стартиран слухти на няколко интерфейса за определени протоколи по които може да програмираш, изтриваш и евентуално четеш (ако не е заключен). Това е удобство, примерно ако платката е с USB - директно си се произвежда, чипа се запоява, няма нужда от други конектори и т.н. Просто след производство през USB се налива фърмуера, заключва се и готово.
За ъпдейт на полето това не е много препоръчително тъй като няма защита и фърмуера много лесно може да изтече, да ти клонират устройството и т.н.

Това, не знам колко трябва да си тъп, за да го правиш... Имаше едни край Търново, които се занимаваха с подобни глупости. Разбира се само ракетни технологии клонираха! Първо, че тази работа не е баница. Второ нямаш никакъв контрол над у-вото - не можеш да променяш кода.... До колко има смисъл всеки си решава сам.

За тези цели има secure boot - пак е бутлоадър но има механизми да оторизира дали ще се флашим или не. Обикновено работи чрез еднократно програмируеми (OTP) ключове.
Това решава проблема как хем да му е удобно на производителя, хем да не може да качва друг освен официалния (подписан) код.
Старото ESP8266 имаше проблем че беше тотално отворено и нямаше защита, в ESP32 вече има такъв secure boot.
Това може да се постигне и със собствен бутлоадър на чипове с вътрешен флаш - но иска пак еднократно зареждане на бутлоадъра при производството.