keil+stm32+jlink利用swd方式进行printf输出

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yuchengze发表于 2016-12-22 20:09 | 只看该作者

keil+stm32+jlink利用swd方式进行printf输出

单片机, 控制台, 嵌入式, 操作系统, C语言

本帖最后由 yuchengze 于 2016-12-27 12:21 编辑

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
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
#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. */
/* 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) {
// 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: TRACEDATA Size 1
// <2=> Synchronous: TRACEDATA Size 2
// <3=> Synchronous: TRACEDATA Size 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
      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。

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