DAPLINK 之仿真调试器介绍

前言

本文算是 DAPLINK 学习的一个引子，主要介绍一下各类调试器及其使用。
接下来我会首先使用合宙 AIR32F103 进行复刻，然后是分析 DAPLINK 源码，最后根据学习情况来自制 DAPLINK。

烧录方式：

• 1）<font color="red">ISP（In-System Preogramming，在系统编程）</font>：通过 MCU 片内 BootROM 完成在板 Flash 烧写操作

  • （1）要求芯片出厂时带有 ISP 固件程序
  • （2）一般通过串行方式烧写，速度较慢，不适合烧写容量大的代码
  • （3）如：LPC1700 系列芯片，通过串口使用上位机软件 FlashMagic 即可烧写

• 2）<font color="red">IAP（In-Application Programming，在应用编程）</font>：支持用户程序运行时烧写 Flash

  • （1）要求部分用户程序已经烧写至 MCU 片内 Flash

• 3）<font color="red">调试接口（JTAG、SWD 等）烧写</font>：借助仿真器 MCU 的调试接口控制 MCU 完成片内 Flash，甚至外扩的 Flash 烧写

  • （1）适合前期开发调试阶段，量产后一般不同保留这种接口，除非是开发板

1 协议

1.1 JTAG 协议

• JTAG（Joint Test Action Group，联合测试工作组）是一种国际标准测试协议，主要用于芯片测试。

• 多数芯片都支持 JTAG 协议，并提供以下引脚来实现：

  • TCK：测试时钟输入
  • TDI：测试数据输入，数据通过 TDI 输入 JTAG 口
  • TDO：测试数据输出，数据通过 TDO 从 JTAG 口输出
  • TMS：测试模式选择，TMS 用来设置 JTAG 口处于某种特定的测试模式
  • TRST：可选引脚，测试复位输入引脚，低电平有效

一个 IEEE 小组专注于硅芯片测试方法。 许多调试和编程工具都使用联合测试
动作组(JTAG)接口端口， 用于与处理器通信。

参见 IEEE Std 1149.1-1990《IEEE 标准测试访问端口和边界扫描体系结构规范》 ，
来自 IEEE 标准协会。—— 出自创芯工坊《用户手册》。

1.2 SWD 协议

• SWD（Serial Wire Debug，串行调试），也是 ARM 内核调试器的一种通信协议。相比 JTAG 协议，占用更少的端口资源。
• JTAG 协议与 SWD 协议端口对比：
  

使用 SOC 和调试器之间的串行连接的调试实现。 这个连接正常需要一个双向数据信号和一个单独的时钟信号， 而不是 JTAG 所需的 4 到 6 个信号连接。—— 出自创芯工坊《用户手册》。

2 调试仿真器

• 嵌入式开发时，连接电脑与单片机，用于调试、仿真、下载程序的设备。

2.1 ST-Link 仿真器

• ST（意法半导体）官方发布了 3 种仿真器：ST-LINK、ST-LINK/V2、STLINK-V3SET，用于 STM8 和 STM32 系列芯片仿真。
• ST-Link 仿真器支持 SWIM / JTAG / SWD 协议下载，其中 SWIM 协议是一种用于 STM8 微控制器的调试编程协议。

ST-LINK/V2 实物及引脚说明：

2.2 ULink 仿真器

• ULink 是 ARM/Keil 公司的仿真器，因此仅可在 Keil 上使用，支持 JTAG / SWD 下载。

• ULink 仿真器实物图：

2.3 J-Link 仿真器

• J-Link 是德国 SEGGER 公司的仿真器，得到所有主流 IDE 的支持，支持 SWIM / JTAG / SWD 下载下载。

J-Link 仿真器实物图：

2.4 DAPLINK 仿真器

DAPLINK 仿真器是一类基于 ARM 开源的 DAPLINK（https://github.com/ARMmbed/DAPLink.git）实现，并修改优化的仿真器。

• 如手头的 PWLINK2 是创芯工坊推出的 PowerWriter 系列中的产品，集成了调试器（Debugger）+ 烧录工具（Programmer）

PWLINK 仿真器实物图片：

3 LINKer 搭配 CLion 的使用

以下方式均基于 OpenOCD 实现烧录

3.1 ST-Link + CLion + STM32F103RCT6

• （1）使用 STM32CubeMX 初始化工程，并编写完成代码

• （2）创建 ./config/stlink.cfg 文件，并添加：

  # choose st-link/j-link/dap-link etc.
  # adapter driver cmsis-dap
  # transport select swd
  source [find interface/stlink.cfg]
  transport select hla_swd
  source [find target/stm32f1x.cfg]
  # download speed = 10MHz
  adapter speed 10000

  从上述配置文件中注意到：接口配置文件为 stlink.cfg，目标配置文件为 stm32f1x.cfg，且传输方式选择 hla_swd。

• （3）选择上面添加的文件（当然最好是选择 OpenOCD 自带的安装目录下的 board/st\_nucleo\_f103rb.cfg 文件）：

3.2 DAPLINK + CLion + STM32F103RCT6

• （1）使用 STM32CubeMX 初始化工程，并编写完成代码

• （2）创建 ./config/daplink.cfg 文件，并添加：

  # choose st-link/j-link/dap-link etc.
  adapter driver cmsis-dap
  
  transport select swd
  
  source [find target/stm32f1x.cfg]

  从上述配置文件中注意到：虽然未使用接口配置文件，但手动设置适配驱动器选择 cmsis-dap，传输方式选择 swd，目标配置文件为 stm32f1x.cfg。
  由此可知，interface 文件中一般配置烧录器支持的驱动协议。

• （3）选择上面添加的文件：

• （4）PWLINK 与 JTAG 接口接法：

参考

• 调试/仿真器：https://blog.csdn.net/m0_46511220/article/details/120615692
• 知乎稚晖君：https://zhuanlan.zhihu.com/p/145801160
• ARM 代码烧录方案与原理详解：https://blog.csdn.net/m0_37621078/article/details/106798909