學習STM32開發，肯定少不了DEBUG除錯這一步驟。那麼，本文帶你瞭解一下這個除錯相關的知識。

本文以STM32F1、Cortex-M3為例，其它系列晶片或核心，原理相同或類似。

1概況

在STM32中，有很多除錯元件。使用它們可以執行各種除錯功能，包括斷點、資料觀察點、 快閃記憶體地址過載以及各種跟蹤。

STM32F1使用Cortex-M3核心，該核心內含硬體除錯模組，支援複雜的除錯操作。

硬體除錯模組允許核心在取指(指令斷點)或訪問資料(資料斷點)時停止。核心停止時，核心的內部狀態和系統的外部狀態都是可以查詢的。完成查詢後，核心和外設可以被複原，程式將繼續執行。

當STM32F10x微控制器連線到偵錯程式並開始除錯時，偵錯程式將使用核心的硬體除錯模組進行除錯操作。

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除錯框圖

STM32F1和Cortex-M3的除錯框圖：

提示：Cortex-M3核心內含的硬體除錯模組是ARM CoreSight開發工具集的子集。

ARM Cortex-M3核心提供整合的片上除錯功能。它由以下部分組成：

• SWJ-DP：序列/JTAG除錯埠

• AHP-AP： AHB訪問埠

• ITM：執行跟蹤單元

• FPB：快閃記憶體指令斷點

• DWT：資料觸發

• TPUI：跟蹤單元介面(僅較大封裝的晶片支援)

• ETM：嵌入式跟蹤微單元(在較大的封裝上才有支援此功能的引腳)，專用於STM32F1的除錯特性

• 靈活的除錯引腳分配

• MCU除錯盒(支援低電源模式，控制外設時鐘等)

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除錯介面

STM32支援兩種除錯介面：

• 序列介面

• JTAG除錯介面

STM32的5個普通I/O口可用作SWJ-DP（序列/JTAG除錯）介面引腳：

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SWJ除錯埠(serial wire and JTAG)

STM32核心集成了序列/JTAG除錯介面(SWJ-DP)。這是標準的ARM CoreSight除錯介面，包括JTAG-DP介面(5個引腳)和SW-DP介面(2個引腳)。

1.JTAG除錯介面(JTAG-DP)為AHP-AP模組提供5針標準JTAG介面。

2. 序列除錯介面(SW-DP)為AHP-AP模組提供2針(時鐘＋資料)介面。

在SWJ-DP介面中， SW-DP介面的2個引腳和JTAG介面的5個引腳中的一些是複用的。

SWJ除錯埠：

上面的圖顯示非同步跟蹤輸出腳(TRACESWO)和TDO是複用的。因此非同步跟蹤功能只能在SWDP除錯介面上實現，不能在JTAG-DP除錯介面上實現。

JTAG-DP和SW-DP切換的機制

JTAG除錯介面是預設的除錯介面。如果偵錯程式想要切換到SW-DP，必須在TMS/TCK上輸出一指定的JTAG序列(分別對映到SWDIO和SWCLK)，該序列禁止JTAG-DP，並激活SW-DP。該方法可以只通過SWCLK和SWDIO兩個引腳來啟用SW-DP介面。

指定的序列是：

1. 輸出超過50個TCK週期的TMS(SWDIO)＝ 1訊號

2. 輸出16個TMS(SWDIO)訊號 0111100111100111 (MSB)

3. 輸出超過50個TCK週期的TMS(SWDIO)＝ 1訊號

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JTAG腳上的內部上拉和下拉

保證JTAG的輸入引腳不是懸空的非常必要，因為他們直接連線到D觸發器控制著除錯模式。必須特別注意SWCLK/TCK引腳，因為他們直接連線到一些D觸發器的時鐘端。

為了避免任何未受控制的I/O電平， STM32在JTAG輸入腳上嵌入了內部上拉和下拉。

• JINTRST：內部上拉

• JTDI：內部上拉

• JTMS/SWDIO:內部上拉

• TCK/SWCLK:內部下拉

一旦JTAG I/O被使用者程式碼釋放， GPIO控制器再次取得控制。這些I/O口的狀態將恢復到復位時的狀態。

• JNTRST：帶上拉的輸入

• JTDI：帶上拉的輸入

• JTMS/SWDIO：帶上拉的輸入

• JICK/SWCLK：帶下拉的輸入

• JTDO：浮動輸入

軟體可以把這些I/O口作為普通的I/O口使用。

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利用序列介面並釋放不用的除錯腳作為普通I/O口

為了利用序列除錯介面來釋放一些普通I/O口，使用者軟體必須在復位後設置SWJ_CFG=010，從而釋放PA15， PB3和PB4用做普通I/O口。

在除錯時，偵錯程式進行以下操作：

• 在系統復位時，所有SWJ引腳被分配為專用引腳(JTAG-DP + SW-DP)。

• 在系統復位狀態下，偵錯程式傳送指定JTAG序列，從JTAG-DP切換到SW-DP。

• 仍然在系統復位狀態下，偵錯程式在復位地址處設定斷點

• 釋放復位訊號，核心停止在復位地址處。

• 從這裡開始，所有的除錯通訊將使用SW-DP介面，其他JTAG引腳可以由使用者程式碼改配為普通I/O口。

提示：這個地方就是需要大家配置相關的引腳。

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參看文獻

1.Cortex-M3(r1p1版)技術參考手冊(TRM)

2.ARM除錯介面V5

3.ARM CoreSight 開發工具集(r1p0版)技術參考手冊

說明：本文參考《STM32F1參考手冊》和《CM3技術手冊》。

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