Так понимаю, что измерители и вычислитель на одной плате стоят, потому и есть резонное желание прошить всё одним махом...
В общем-то, если присмотреться к схеме ST-Link, SWIM - однопроводный только со стороны целевого контроллера, и развязку можно делать по двум проводам - SWIM и SWIM_IN... но стоит ли разбираться с этим довольно замороченным протоколом, чтобы поддержать в контроллере-мастере - сложно сказать.
Бутлоадер по UART есть таки вроде у всех STM8L151, в прошлом посте я ошибся - но они не могут питаться от 5 В. Если этот момент не самый главный и нужен корпус меньше, чем TSSOP-20, то вырисовывается STM8L151F2U6 (QFN-20, 3х3 мм) или же, если 4 килобайт Flash мало, а 8 хватит, то STM8L151G3U6 (QFN28, 4х4 мм).
Попутно, от задержки встроенного бутлоадера в Вашей системе легко уйти - если прошивать контроллер измерителя не нужно, то сразу после включения дать ему по UART команду на старт приложения.
(Небольшой оффтоп). Если бы в вычислителе стоял STM32, можно устроить так, что и кнопок в программе нажимать не нужно. Только задать STM32 ST-Link Utility необходимую последовательность действий, которые она будет выполнять с каждым контроллером сразу после подключения по SWD, а после выполнения подскажет, что можно отключать и подключать следующий... даже не ожидал от ST такой приятности

).