STM32

semihost/ITM机制浅析以及使用JLINK通过ITM调试stm32单片机

2019-07-20 16:33发布

站内问答 / STM32/STM8
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原子的半主机调试的例子是需要用到串口的，如果串口要与其他设备通信那么便不能将它用于调试了。下面分享一个不需要占用串口，在keil MDK下使用jlink通过ITM进行调试。附件是我在探索者上移植成功的代码。


<允许自由转载，必须包含作者信息>
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作者：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(;;);
}
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

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。

#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

/******************************************************************************/
/* 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。
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