嵌入式調試器原理和各種調試器集錦（JLINK、STLINK、CCDEBUG）

　　工欲善其事，必先善其器。調試器在嵌入式開發調試中的重要性不言而喻，單步、斷點和監察的效率遠高於串口打印。可是，調試器對於通常開發人員每每是一個黑匣子。今天咱們就來談談調試器的原理，順便把本身的幾類調試器接線和注意事項記錄下來，以便查找。我經常要面對幾個方案，而各個方案的調試器都不同，接線有時連本身都記不住。因此這個帖子應值得嵌入式開發工程師收藏。

 

1、嵌入式調試多樣性

　　咱們先來回想調試的場景，思考一下這幾個問題：

1. ARM開發環境有Keil、IAR、ADS等等，咱們發現這幾個平臺都能用同一個調試器去調試ARM。

2.一個調試器能夠調試多種不一樣型號的CPU，包括STM32控制器和高端的處理器。

3.一個調試器有時接20個pin的JTAG接口，有時接4個pin的SWD接口。

4.開發環境KEIL不只支持ARM調試，還支持51單片機調試。

5.若是本身研發了一顆SOC芯片，並在JTAG的基礎上增長一些定製的功能，又該如何實現？

 

2、JLink調試原理

　　OK，咱們來分析一下JLINK的調試架構。咱們都知道，JLINK是調試ARM體系的。

網上的資料有時舊了，有時抄來抄去出錯了。咱們就以官方的版本爲例來講明。咱們安裝了JLINK驅動後，會在Doc\Manuals目錄有一個文件《UM08001_JLink.pdf》，這個文件就是Jlink的官方文檔資料。

咱們用這個架構圖來一一解釋上一節的問題，解開疑惑。

　　1.    對於第一個問題，JLINK定義了一個軟件調試層面的RDI接口標準，即Remote debug interface. Keil、IAR、ADS這些開發環境按照RDI標準進行定製，便可以支持JLINK調試。RDI底層使用USB傳輸，固然，其餘硬件接口也是能夠的。

　　2.    對於第三個問題，ARM體系原先是支持JTAG硬件調試接口的，隨着cortex系列增長SWD調試規範，如今愈來愈多的調試器選擇SWD接口。其接線少，速率高，也比較穩定。JTAG 20個口太佔用pin資源了。JLINK V6開始支持SWD，如今V8支持已經足夠好了。

　　3.    對於第二個問題，不論是低端控制器，仍是高端處理器，調試接口規範都是ARM體系的標準內容。ARM CPU原生支持JTAG/SWD調試協議接口。

　　OK，那JLINK這個角色是作什麼的？

　　-----將RDI接口協議轉換爲JTAG/SWD接口協議！！！

　　例如，IDE上能夠設置一個斷點，那IDE會使用RDI的設置斷點的API，而JLINK在實現這個API裏面，就轉化爲JTAG/SWD標準規範裏面的設置斷點功能，並經過JTAG/SWD硬件接口輸出到ARM CPU上。

 

3、IDE的調試開發

       第四個和第五個問題都涉及到IDE。如何回答這兩個問題？

　　1.    從JLINK架構來看，調試包括：IDE->遠程調試接口->調試器->硬件調試接口->CPU。

　　2.    對於KEIL支持51單片機，調試器必需要支持51CPU的ISP調試規範。51單片機的調試彷佛沒有一家像JLINK那麼有影響力的調試廠商。也許是由於51調試器至關簡單吧，淘寶30塊左右就能買到。

　　那如今就剩下遠程調試接口這個環節了，這個問題解決了，就把第五個問題也解決了，由於不論是通用的SOC，仍是定製的SOC，CPU核心都是一致的，要麼是ARM，要麼是MIPS，要麼51等等。每種CPU在其體系標準裏面就決定了硬件調試規範了。要想調試CPU，其調試器必需要將上層的要求轉化爲符合其支持的硬件調試規範。

 

　　那麼，咱們來從新思考IDE的設計。IDE在立項研發的時候顯然但願能支持到不一樣體系的CPU，不然不是做死本身嗎？因此，咱們能夠想象，IDE其實也面向第三方調試廠商開放本身的接口。這樣各大廠商才能利用已經成熟的IDE。

 

因此，咱們來從新回答第四和第五個問題：

　　3.    IDE->第三方廠商實現KEIL的接口->第三方廠商的遠程調試接口->第三方調試器->硬件調試接口->CPU. 因此，咱們在JLINK架構圖中看到，RDI接口實際上是JLINK廠商定義的接口，而不是IDE廠商定義的。

　　4.    第四個問題：KEIL->第三方廠商實現KEIL的接口->第三方廠商的遠程調試接口->第三方調試器->51調試規範->51 CPU

　　5.    第五個問題：從以上看來，其實第三方調試器廠商是能夠在實現硬件調試規範的基礎上，對於遠程調試接口作靈活的定製的。甚至能夠，在一款調試器的基礎上，實現支持多種CPU。通常集成電路設計公司，都有本身的調試器，其要開發多種CPU體系的芯片，因此本身研發的調試器確定可以多種不一樣的CPU的。

　　Ok，原理就說到這裏，你們應該對調試器有較爲深刻的理解了吧。對於硬件調試規範，之後有時間再細談吧。

 

4、ARM各種調試彙總

1.JLINK

       1. JLINK有不一樣的軟件版本。不一樣版本的pin腳定義可能不同，尤爲是VCC. 這點，我卻是記憶猶新。

2.jlinkV6開始支持SWD模式。

JLINK的JTAG/SWD調試接口。VTref是輸入，接目標板的VDD.

       3. 國內賣JLINK的廠商基本上都是抄人家的，因此本身在使用JLINK時也要以實測爲準。我手上兩個JLINK就大相徑庭。下圖左邊的JLINK,第19腳說是5v輸出，實測是0。對於右邊的JLINK的，1腳的VTref竟然會輸出V3.3，因此目標板能夠直接以這個爲電源來調試。對於左邊的JLINK，目標板必需要提供電源給JLINK的1腳。

       4. JLINK能夠支持STM32等cortexM3系列等等，A8等高級CPU也能夠。藍牙DA14580和NRF51822都是基於cortexM0，也能夠。

2.STLINK

       STLINK是ST公司研發的，專門針對ST公司的產品，通常支持SWD模式。原理跟上面接收的相仿。ST意法半導體還研發了STM8微控制器，其還有一種調試模式是SWIM單總線調試接口。即只須要一個口來調試，固然還要VCC,GND和RST口。

3.TI的CC254X調試器

以上介紹的JTAG是20pin，其實JTAG還有10pin標準接口的，TI的CC254X調試器便是此種。

4.51調試器

　　一時找不到，不知道放到哪裏了。

5. 其餘調試，未完待續，這個帖子隨時更新。

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