第二篇:MDK+stm32+jlink利用swd方式进行printf输出
由xyzjacky补充增加
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作者:prife
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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,在这之前,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可以向控制台输出,scanf可以从控制台获取输入,这里的printf/scanf都是标准库函数,利用操作系统的这些函数,我们可以很方便的调试程序。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,自然也提供了printf/scanf函数,那么这些函数是否可以使用呢? 问题来了,printf向哪里输出呢?并且大部分情况下,也没有键盘,又如何使用scanf实现输入呢?我们都知道,嵌入式设备一般的使用仿真器,如常见Jlink/ulink,可以实现烧录,单步,下断点,查看变量,等等。仿真器将PC机和单片机连接器来。聪明的设计者们就在考虑是否可以借助仿真器,使得单片机可以借助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,如下的hello,world程序 1. #include
2. int main()
3. {
4. //硬件初始化
5. //....
6. printf("hello, world");
7. for(;;);
8. }
#include
int main()
{
//硬件初始化
//....
printf("hello, world");
for(;;);
}
这个程序烧录到单片机中后,仿真器连接接单片机与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。这就相当于,单片机借助了PC机的显示/输入设备实现了自己的输出/输入。这种方式无疑可以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之后推出的新一代调试机制。现在我们来尝试一下这种方式调试。
2. stm32使用ITM调试
MCU:stm32f207VG
仿真器:Jlink V8
IDE:MDK4.50及以上
2.1 硬件连接
ITM机制要求使用SWD方式接口,并需要连接SWO线,一般的四线SWD方式(VCC SDCLK,SDIO,GND)是不行的。标准的20针JTAG接口是可以的,只需要在MDK里设置使用SWD接口即可。
2.2 添加重定向文件
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,要知道我们的程序是在单片机上运行的,为什么printf可以输出到MDK窗口里去呢?这是因为 标准库中的printf实际上调用 fputc实现输出,所以我们需要自己编写一个fputc函数,这个函数会借助ITM(类似于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,如果你的单片机和一块LCD连接,那么你只需要重新实现fputc函数,并向LCD上输出即可,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。
1. #include
2.
3. #define ITM_Port8(n) (*((volatile unsigned char *)(0xE0000000+4*n)))
4. #define ITM_Port16(n) (*((volatile unsigned short*)(0xE0000000+4*n)))
5. #define ITM_Port32(n) (*((volatile unsigned long *)(0xE0000000+4*n)))
6. #define DEMCR (*((volatile unsigned long *)(0xE000EDFC)))
7. #define TRCENA 0x01000000
8.
9. struct __FILE { int handle; /* Add whatever you need here */ };
10. FILE __stdout;
11. FILE __stdin;
12.
13. int fputc(int ch, FILE *f)
14. {
15. if (DEMCR & TRCENA)
16. {
17. while (ITM_Port32(0) == 0);
18. ITM_Port8(0) = ch;
19. }
20. return(ch);
1. }
#include
#define ITM_Port8(n) (*((volatile unsigned char*)(0xE0000000+4*n)))
#define ITM_Port16(n) (*((volatile unsignedshort*)(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 whateveryou 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
1. /******************************************************************************/
2. /* STM32DBG.INI: STM32 Debugger Initialization File */
3. /******************************************************************************/
4. // <<< Use Configuration Wizard in Context Menu >>> //
5. /******************************************************************************/
6. /* This file is part of the uVision/ARM development tools. */
7. /* Copyright (c) 2005-2007 Keil Software. All rights reserved. */
8. /* This software may only be used under the terms of a valid, current, */
9. /* end user licence from KEIL for a compatible version of KEIL software */
10. /* development tools. Nothing else gives you the right to use this software. */
11. /******************************************************************************/
12.
13.
14. FUNC void DebugSetup (void) {
15. // Debug MCU Configuration
16. // DBG_SLEEP Debug Sleep Mode
17. // DBG_STOP Debug Stop Mode
18. // DBG_STANDBY Debug Standby Mode
19. // TRACE_IOEN Trace I/O Enable
20. // TRACE_MODE Trace Mode
21. // <0=> Asynchronous
22. // <1=> Synchronous: TRACEDATA Size 1
23. // <2=> Synchronous: TRACEDATA Size 2
24. // <3=> Synchronous: TRACEDATA Size 4
25. // DBG_IWDG_STOP Independant Watchdog Stopped when Core is halted
26. // DBG_WWDG_STOP Window Watchdog Stopped when Core is halted
27. // DBG_TIM1_STOP Timer 1 Stopped when Core is halted
28. // DBG_TIM2_STOP Timer 2 Stopped when Core is halted
29. // DBG_TIM3_STOP Timer 3 Stopped when Core is halted
30. // DBG_TIM4_STOP Timer 4 Stopped when Core is halted
31. // DBG_CAN_STOP CAN Stopped when Core is halted
32. //
33. _WDWORD(0xE0042004, 0x00000027); // DBGMCU_CR
34. _WDWORD(0xE000ED08, 0x20000000); // Setup Vector Table Offset Register
35. }
36.
37. DebugSetup(); // Debugger Setup
/******************************************************************************/
/* STM32DBG.INI: STM32 DebuggerInitialization File */
/******************************************************************************/
// <<< Use Configuration Wizard inContext Menu >>> //
/******************************************************************************/
/* This file is part of the uVision/ARMdevelopment tools. */
/* Copyright (c) 2005-2007 Keil Software.All rights reserved. */
/* This software may only be used under theterms of a valid, current, */
/* end user licence from KEIL for acompatible version of KEIL software */
/* development tools. Nothing else gives youthe right to use this software. */
/******************************************************************************/
FUNC void DebugSetup (void) {
// Debug MCU Configuration
// DBG_SLEEP Debug Sleep Mode
// DBG_STOP Debug Stop Mode
// DBG_STANDBY Debug Standby Mode
// TRACE_IOEN Trace I/O Enable
// TRACE_MODE Trace Mode
// <0=> Asynchronous
// <1=> Synchronous: TRACEDATASize 1
// <2=> Synchronous: TRACEDATASize 2
// <3=> Synchronous: TRACEDATASize 4
// DBG_IWDG_STOP Independant Watchdog Stopped when Core is halted
// DBG_WWDG_STOP Window Watchdog Stopped when Core is halted
// DBG_TIM1_STOP Timer 1 Stopped when Core is halted
// DBG_TIM2_STOP Timer 2 Stopped when Core is halted
// DBG_TIM3_STOP Timer 3 Stopped when Core is halted
// DBG_TIM4_STOP Timer 4 Stopped when Core is halted
// DBG_CAN_STOP CAN Stopped when Core is halted
//
_WDWORD(0xE0042004, 0x00000027); // DBGMCU_CR
_WDWORD(0xE000ED08, 0x20000000); // Setup Vector Table Offset Register
}
DebugSetup(); // Debugger Setup
这里对这个文件做简单的解释,
_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:
BIT0DBG_SLEEP
BIT1DBG_STOP
BIT2DBG_STANDBY
BIT5TRACE_IOEN
注意,要使用ITM机制,必须要打开BIT5。打开MDK工程,按照下图修改。
2.3 MDK中对JLINK的配置
下图中注意两点
1). 这里的CoreClock是120M,因为笔者使用的是stm32F207VG这款芯片,并且时钟配置为120M,所以这里填入120M,如果你使用stm32F10x,时钟配置成72M,那么这里需要填入72M。即需要跟实际情况保持一致。
2). 最后一定要将 0处打勾,并将其他bit位上的勾去掉,最好与此图保持一致,除CoreClock外。
2.4 烧录程序,并启动调试。可以看到,笔者在程序源码中插入了一句printf语句输出,然后按照下图,就可以看到程序的输出了。
3. 综合版本使用scanf和printf
3.1 添加retarget文件
将如下代码保存成retarget.c,然后加入到工程中。
1. #pragma import(__use_no_semihosting_swi)
2.
3. struct __FILE { int handle; /* Add whatever you need here */ };
4. FILE __stdout;
5. FILE __stdin;
6.
7. int fputc(int ch, FILE *f)
8. {
9. return ITM_SendChar(ch);
10. }
11.
12. volatile int32_t ITM_RxBuffer;
13. int fgetc(FILE *f)
14. {
15. while (ITM_CheckChar() != 1) __NOP();
16. return (ITM_ReceiveChar());
17. }
18.
19. int ferror(FILE *f)
20. {
21. /* Your implementation of ferror */
22. return EOF;
23. }
24.
25. void _ttywrch(int c)
26. {
27. fputc(c, 0);
28. }
29.
30. int __backspace()
31. {
32. return 0;
33. }
34. void _sys_exit(int return_code)
35. {
36. label:
37. goto label; /* endless loop */
38. }
#pragma import(__use_no_semihosting_swi)
struct __FILE { int handle; /* Add whateveryou 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,就可以看到输入,参看下图
这里对retarget.c文件做几点说明.
1). 上面的代码实际是在X:KeilARMStartupRetarget.c上修改而成的,scanf依赖的函数共有两个,fgetc和__backspace都需要实现,如果缺少__backespace函数,则scanf胡无法从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CMSISIncludecore_cm3.h中。
3) 查看函数的符号引用关系,可以通过生成详细的map文件来查看。命令行增加 --verbose --list rtt.map选项即可生成名为rtt.map的文件。
4. ITM与RTT结合(待实现)
grissiom 写道:
忽然想到,或许可以把这个半主机做成 device,然后rt_console_set_device("semi") 就可以直接用半主机做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。如果是中断才有意义。这样可以把ITM设备做成一个 rtt 的device了,让finsh跑在 Debug printf Viewer窗口上。以后只要接一个jtag/SWD口就可以调试了,不用再接串口线了。
参考文献
[1] MDK help. Indirect semihosting C library functiondependencies
[2] MDK help ARM Development Tools.
DebuggerAdapter User's Guides
J-Link/J-TraceUser's Guide
Librariesand Floating Point Support Referencee
Librariesand Floating Point Support Guide
LinkerReference Guide
5. 另附由xyzjacky亲测过的代码
1). 上文中所写的retarget.c,本人定义为debug.c,代码如下:
1. /*******************************************************************************
2. * 功能描述:调试相关设置(重定向fputc、实现printf输出)
3. * 修改日期 版本号 修改人 修改内容
4. *-----------------------------------------------------------------------
6. ********************************************************************************/
7.
8. #include "stdio.h"
9. #include "stm32f10x.h"
10.
11. #pragma import(__use_no_semihosting_swi)
12.
13. #define ITM_Port8(n) (*((volatileunsigned char *)(0xE0000000 + 4*n)))
14. #define ITM_Port16(n) (*((volatileunsigned short*)(0xE0000000 + 4*n)))
15. #define ITM_Port32(n) (*((volatileunsigned long *)(0xE0000000 + 4*n)))
16. #define DEMCR (*((volatileunsigned long *)0xE000EDFC))
17.
18. #define TRCENA 0x01000000
19.
20. struct __FILE {
21. int handle;
22. };
23.
24. FILE __stdout;
25. FILE __stdin;
26.
27. /**********************************************************************
28. * 功能描述: 实现字节输出
29. * 参数:
30. * ch: 待发送的数据
31. * f: 句柄
32. * 返回值:
33. * 发送的数据
34. ***********************************************************************/
35. int fputc(int ch, FILE *f)
36. {
37. /*USART_SendData(USART1,(u8)ch);
38.
39. while(RESET ==USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC));
40.
41. return ch;*/
42.
43. if(DEMCR & TRCENA){
44. while(0 == ITM_Port32(0));
45.
46. ITM_Port8(0) = ch;
47. }
48.
49. return ch;
50. }
51.
52.
53. volatile int32_t ITM_RxBuffer;
54. int fgetc(FILE *f)
55. {
56. int cnt = 0;
57. while (ITM_CheckChar() != 1)
58. {
59. cnt ++;
60. if(cnt > 100)
61. {
62. return 0;
63. }
64. __NOP();
65. }
66. return (ITM_ReceiveChar());
67. }
68.
69. int ferror(FILE *f)
70. {
71. return EOF;
72. }
73.
74. void _ttywrch(int c)
75. {
76.
77. }
78.
79. int __backspace()
80. {
81. return 0;
82. }
83.
84. void _sys_exit(int return_code)
85. {
86. label:
87. goto label;
88. }
89.
2). STM32DBG.ini文件内容
1. /******************************************************************************/
2. /* STM32DBG.INI: STM32 Debugger Initialization File */
3. /******************************************************************************/
4. // <<< Use Configuration Wizard in Context Menu >>> //
5. /******************************************************************************/
6. /* This file is part of the uVision/ARM development tools. */
7. /* Copyright (c) 2005-2007 Keil Software. All rights reserved. */
8. /* This software may only be used under the terms of a valid, current, */
9. /* end user licence from KEIL for a compatible version of KEIL software */
10. /* development tools. Nothing else gives you the right to use thissoftware. */
11. /******************************************************************************/
12. FUNC void DebugSetup (void) {
13. // Debug MCU Configuration
14. // DBG_SLEEP Debug Sleep Mode
15. // DBG_STOP Debug Stop Mode
16. // DBG_STANDBY Debug Standby Mode
17. // TRACE_IOEN Trace I/O Enable
18. // TRACE_MODE Trace Mode
19. // <0=> Asynchronous
20. // <1=> Synchronous: TRACEDATA Size 1
21. // <2=> Synchronous: TRACEDATA Size 2
22. // <3=> Synchronous: TRACEDATA Size 4
23. // DBG_IWDG_STOP Independant Watchdog Stopped whenCore is halted
24. // DBG_WWDG_STOP Window Watchdog Stopped when Coreis halted
25. // DBG_TIM1_STOP Timer 1 Stopped when Core is halted
26. // DBG_TIM2_STOP Timer 2 Stopped when Core ishalted
27. // DBG_TIM3_STOP Timer 3 Stopped when Core ishalted
28. // DBG_TIM4_STOP Timer 4 Stopped when Core ishalted
29. // DBG_CAN_STOP CAN Stopped when Core is halted
30. //
31. _WDWORD(0xE0042004, 0x00000027); // DBGMCU_CR
32. _WDWORD(0xE000ED08, 0x20000000); // Setup Vector Table Offset Register
33. }
34. DebugSetup(); // Debugger Setup
35.
36. /**********************************************************************************************/
STM32DBG.ini文件可直接保存在工程的任意文件夹中,本人一般保存在工程的顶层文件夹中。
附:实现printf打印信息功能的接线方式
要实现printf信息,就要按照以下方式接线(限STM32F1系列)
TDI – PA15
TMS,SWIO –PA13
TCK,SWCLK----PA14
TDO—PB3
GND----GND(不可忽略)
下面为ST-Link/V2 JTAG/SWD接口定义:
仿真器端口 | 连接目标板 | 功能 |
1. TVCC | | 连接STM32目标板的电源VCC |
2. TVCC | MCU电源VCC | 连接STM32目标板的电源VCC |
3. TRST | GND | GROUND |
4. UART-RX | GND | GROUND |
5. TDI | TDI | 连接STM32的JTAG TDI |
6. UART-TX | GND | GROUND |
7. TMS, SWIO | TMS, SWIO | 连接STM32的JTAG的TMS, SWD的SW IO |
8. BOOT0 | GND | GROUND |
9. TCK, SWCLK | TCK, SWCLK | 连接STM32的JTAG的TCK, SWD的SW CLK |
10. SWIM | GND | GROUND |
11. NC | NC | Unused |
12. GND | GND | GROUND |
13. TDO | TDO | 连接STM32的JTAG TDO |
14. SWIM-RST | GND | GROUND |
15. STM32-RESET | RESET | 连接STM32目标板的RESET端口 |
16. KEY | NC | GROUND |
17. NC | NC | Unused |
18. GND | GND | GROUND |
19. VDD | NC | VDD (3.3V) |
20. GND | GND | GROUND |
下面是ST-Link/V2JTAG/SWD标准的接口排列:
ST-Link/V2JTAG/SWD指定的标准接口