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转:keil+stm32+jlink 用swd方式printf输出

2016-7-17 16:23:50  2246 STM32
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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

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

[color=rgb(51, 102, 153) !important]复制代码




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。
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· 2016-7-17 17:05:20
这个好厉害。      
· 2016-7-18 10:07:12
共同进步,,,,,,,,,,,,,
· 2016-7-18 10:07:35
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

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。
· 2016-7-18 10:07:54
#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);  
}  
· 2016-7-18 10:08:17
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
/******************************************************************************/  
/* 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
· 2016-7-18 10:08:34
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
        BIT0 DBG_SLEEP
        BIT1 DBG_STOP
        BIT2 DBG_STANDBY
        BIT5 TRACE_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。

· 2016-7-18 10:08:54
2.3 MDK中对JLINK的配置

· 2016-7-18 10:09:05
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。

· 2016-7-18 10:09:18
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。

· 2016-7-18 10:09:40
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。
#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 */  
}  
· 2016-7-18 10:09:52
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

· 2016-7-18 10:10:05
这里对retarget.c文件做几点说明.
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CMSIS\Include\core_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
· 2016-7-18 10:10:22
分享完成,,,,,,,,,,,,,
· 2016-7-19 10:44:40
谢谢支持,,,,,,,,,,,,,,
· 2016-7-19 10:49:16
有点意思,看看
· 2020-9-17 15:35:36
非常感谢,讲解的很详细,能够将来源公开一下就好了。
· 2020-9-17 20:14:46
客气
· 2020-9-17 20:14:51
谢谢支持
· 2020-9-17 20:14:55
加油

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