（转）jLink使用ITM机制实现调试stm32单片机

时间 2019-11-10

标签 jlink 使用 itm 机制实现调试 stm32 stm 单片机繁體版

原文原文链接

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做者：prife
感谢：hexlog@gmail.com
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使用ITM机制实现调试stm32单片机，实现printf与scanf。
1. ITM简介
ITM机制是一种调试机制，是新一代调试方式，在这以前，有一种比较出名的调试方式，称为半主机（semihosting）方式。
在pc上编写过C语言的人都知道，printf能够向控制台输出，scanf能够从控制台获取输入，这里的printf/scanf都是标准库函数，利用操做系统的这些函数，咱们能够很方便的调试程序。在嵌入式设备上（如stm32单片机平台上）开发工具（如MDK/IAR）也都提供了标准库函，天然也提供了printf/scanf函数，那么这些函数是否可使用呢？问题来了，printf向哪里输出呢？而且大部分状况下，也没有键盘，又如何使用scanf实现输入呢？
咱们都知道，嵌入式设备通常的使用仿真器，如常见Jlink/ulink，能够实现烧录，单步，下断点，查看变量，等等。仿真器将PC机和单片机链接器来。聪明的设计者们就在考虑是否能够借助仿真器，使得单片机能够借助PC机的屏幕以及PC机的键盘实现printf的输出和scanf的按键获取。
也就是说，以下的hello，world程序less

#include <stdio.h>
int main()
{
        //硬件初始化
        //....
        printf("hello, world");
        for(;;);
}

这个程序烧录到单片机中后，仿真器链接接单片机与PC，开始在线调试后，那么这个程序会将"Hello, world"输出到PC机上，在开发工具（MDK/IAR等）的某个窗口中显示。
这就至关于，单片机借助了PC机的显示/输入设备实现了本身的输出/输入。这种方式无疑能够方便程序开发者调试。
这种机制有多种实现方式，比较著名的就是semihosting（半主机机制）和ITM机制。
ITM是ARM在推出semihosting以后推出的新一代调试机制。如今咱们来尝试一下这种方式调试。ide

2. stm32使用ITM调试
MCU：stm32f207VG
仿真器：Jlink V8
IDE：MDK4.50
2.1 硬件链接
ITM机制要求使用SWD方式接口，并须要链接SWO线，通常的四线SWD方式（VCC SDCLK，SDIO，GND）是不行的。标准的20针JTAG接口是能够的，只须要在MDK里设置使用SWD接口便可。
2.2 添加剧定向文件
将下面的文件保存成任意C文件，并添加到工程中。这里对这个文件简单说明一下，要知道咱们的程序是在单片机上运行的，为何printf能够输出到MDK窗口里去呢？这是由于标准库中的printf实际上调用 fputc实现输出，因此咱们须要本身编写一个fputc函数，这个函数会借助ITM（相似于USART）提供的寄存器，实现数据的发送，仿真器会收到这些数据，并发往PC机。
实际上，若是你的单片机和一块LCD链接，那么你只须要从新实现fputc函数，并向LCD上输出便可，那么你调用printf时就会输出到LCD上了。这中机制，就是所谓的重定向机制。函数

#include <stdio.h>
#define ITM_Port8(n) (*((volatile unsigned char *)(0xE0000000+4*n)))
#define ITM_Port16(n) (*((volatile unsigned short*)(0xE0000000+4*n)))
#define ITM_Port32(n) (*((volatile unsigned long *)(0xE0000000+4*n)))
#define DEMCR (*((volatile unsigned long *)(0xE000EDFC)))
#define TRCENA 0x01000000
struct __FILE { int handle; /* Add whatever you need here */ };
    FILE __stdout;
    FILE __stdin;
int fputc(int ch, FILE *f) 
{
    if (DEMCR & TRCENA) 
    {
        while (ITM_Port32(0) == 0);
        ITM_Port8(0) = ch;
    }
    return(ch);
}

2.2 配置JLINK的初始化配置文件
将下面文件放置在你的工程下，并取任意名称，这里笔者取名为 STM32DBG.ini工具

/******************************************************************************/
/* STM32DBG.INI: STM32 Debugger Initialization File */
/******************************************************************************/
// <<< Use Configuration Wizard in Context Menu >>> // 
/******************************************************************************/
/* This file is part of the uVision/ARM development tools. */
/* Copyright (c) 2005-2007 Keil Software. All rights reserved. */
/* This software may only be used under the terms of a valid, current, */
/* end user licence from KEIL for a compatible version of KEIL software */
/* development tools. Nothing else gives you the right to use this software. */
/******************************************************************************/
FUNC void DebugSetup (void) {
// <h> Debug MCU Configuration
// <o1.0> DBG_SLEEP <i> Debug Sleep Mode
// <o1.1> DBG_STOP <i> Debug Stop Mode
// <o1.2> DBG_STANDBY <i> Debug Standby Mode
// <o1.5> TRACE_IOEN <i> Trace I/O Enable 
// <o1.6..7> TRACE_MODE <i> Trace Mode
// <0=> Asynchronous
// <1=> Synchronous: TRACEDATA Size 1
// <2=> Synchronous: TRACEDATA Size 2
// <3=> Synchronous: TRACEDATA Size 4
// <o1.8> DBG_IWDG_STOP <i> Independant Watchdog Stopped when Core is halted
// <o1.9> DBG_WWDG_STOP <i> Window Watchdog Stopped when Core is halted
// <o1.10> DBG_TIM1_STOP <i> Timer 1 Stopped when Core is halted
// <o1.11> DBG_TIM2_STOP <i> Timer 2 Stopped when Core is halted
// <o1.12> DBG_TIM3_STOP <i> Timer 3 Stopped when Core is halted
// <o1.13> DBG_TIM4_STOP <i> Timer 4 Stopped when Core is halted
// <o1.14> DBG_CAN_STOP <i> CAN Stopped when Core is halted
// </h>
_WDWORD(0xE0042004, 0x00000027); // DBGMCU_CR
_WDWORD(0xE000ED08, 0x20000000); // Setup Vector Table Offset Register
}
DebugSetup(); // Debugger Setup

这里对这个文件作简单的解释，
_WDWORD(0xE0042004, 0x00000027); // DBGMCU_CR
这一句表示想 0xE0042004地址处写入 0x000000027，这个寄存器是各个位表示的含义在注释中给出了详细的解释。 0x27即表示
        BIT0 DBG_SLEEP
        BIT1 DBG_STOP
        BIT2 DBG_STANDBY
        BIT5 TRACE_IOEN
注意，要使用ITM机制，必需要打开BIT5。
打开MDK工程，按照下图修改。oop

2.3 MDK中对JLINK的配置开发工具

下图中注意两点
1). 这里的CoreClock是120M，由于笔者使用的是stm32F207VG这款芯片，而且时钟配置为120M，因此这里填入120M，若是你使用stm32F10x，时钟配置成72M，那么这里须要填入72M。即须要跟实际状况保持一致。
2). 最后必定要将 0处打勾，并将其余bit位上的勾去掉，最好与此图保持一致，除CoreClock外。ui

2.4 烧录程序，并启动调试。能够看到，笔者在程序源码中插入了一句printf语句输出，而后按照下图，就能够看到程序的输出了。this

3. 综合版本使用scanf和printf
3.1 添加retarget文件
将以下代码保存成retarget.c，而后加入到工程中。spa

#pragma import(__use_no_semihosting_swi)
struct __FILE { int handle; /* Add whatever you need here */ };
    FILE __stdout;
    FILE __stdin;
int fputc(int ch, FILE *f) 
{
    return ITM_SendChar(ch);
}
volatile int32_t ITM_RxBuffer;
int fgetc(FILE *f)
{
  while (ITM_CheckChar() != 1) __NOP();
  return (ITM_ReceiveChar());
}
int ferror(FILE *f)
{
    /* Your implementation of ferror */
    return EOF;
}
void _ttywrch(int c)
{
    fputc(c, 0);
}
int __backspace()
{
    return 0;
}
void _sys_exit(int return_code)
{
label:
    goto label; /* endless loop */
}

3.2 编译运行
编译，烧录，运行，打开Debug (printf) viewer，就能够看到输入，参看下图

这里对retarget.c文件作几点说明.
1). 上面的代码实际是在X:\Keil\ARM\Startup\Retarget.c上修改而成的，scanf依赖的函数共有两个，fgetc和__backspace都须要实现，若是缺乏__backespace函数，则scanf胡没法从Debug Viewer Dialog 窗口获取输入。另外上面提供的代码只是个demo，用于演示效果，用于生产时应该处理的更完善一些。见参考文献[1]
2). 函数ITM_SendChar，ITM_CheckChar，ITM_ReceiveChar在库文件CMSIS\Include\core_cm3.h中。
3) 查看函数的符号引用关系，能够经过生成详细的map文件来查看。命令行增长 --verbose --list rtt.map选项便可生成名为rtt.map的文件。

4. ITM与RTT结合(待实现)
grissiom 写道:
突然想到，或许能够把这个半主机作成 device，而后 rt_console_set_device("semi") 就能够直接用半主机作 finsh/rt_kprintf 了…… 不知可行不可行……
prife: ITM的接收不知道是否支持中断，目前接收字符使用是轮询方式。若是是中断才有意义。这样能够把ITM设备作成一个 rtt 的device了，让finsh跑在 Debug printf Viewer窗口上。之后只要接一个jtag/SWD口就能够调试了，不用再接串口线了

参考文献[1] MDK help. Indirect semihosting C library function dependencies[2] MDK help ARM Development Tools. Debugger Adapter User's Guides J-Link/J-Trace User's Guide Libraries and Floating Point Support Referencee Libraries and Floating Point Support Guide Linker Reference Guide