Может есть метод например залить прошивку отдельно а управлять периферией микроконтроллера отдельно на лету записывая только обращения к регистрам и их состояния во флеш память? Что для такого надо? Микроконтроллеры avr, arm, stm более менее знакомы и приемлимы как пример в ответе