keil+stm32+jlink利用swd ITM 方式进行printf输出

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

  1.  
    #include <stdio.h>
  2.  
    int main()
  3.  
    {
  4.  
    //硬件初始化
  5.  
    //....
  6.  
    printf("hello, world");
  7.  
    for(;;);
  8.  
    }


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。

  1.  
    #include <stdio.h>
  2.  
     
  3.  
    #define ITM_Port8(n) (*((volatile unsigned char *)(0xE0000000+4*n)))
  4.  
    #define ITM_Port16(n) (*((volatile unsigned short*)(0xE0000000+4*n)))
  5.  
    #define ITM_Port32(n) (*((volatile unsigned long *)(0xE0000000+4*n)))
  6.  
    #define DEMCR (*((volatile unsigned long *)(0xE000EDFC)))
  7.  
    #define TRCENA 0x01000000
  8.  
     
  9.  
    struct __FILE { int handle; /* Add whatever you need here */ };
  10.  
    FILE __stdout;
  11.  
    FILE __stdin;
  12.  
     
  13.  
    int fputc(int ch, FILE *f)
  14.  
    {
  15.  
    if (DEMCR & TRCENA)
  16.  
    {
  17.  
    while (ITM_Port32(0) == 0);
  18.  
    ITM_Port8(0) = ch;
  19.  
    }
  20.  
    return(ch);
  21.  
    }


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

  1.  
    /******************************************************************************/
  2.  
    /* STM32DBG.INI: STM32 Debugger Initialization File */
  3.  
    /******************************************************************************/
  4.  
    // <<< Use Configuration Wizard in Context Menu >>> //
  5.  
    /******************************************************************************/
  6.  
    /* This file is part of the uVision/ARM development tools. */
  7.  
    /* Copyright (c) 2005-2007 Keil Software. All rights reserved. */
  8.  
    /* This software may only be used under the terms of a valid, current, */
  9.  
    /* end user licence from KEIL for a compatible version of KEIL software */
  10.  
    /* development tools. Nothing else gives you the right to use this software. */
  11.  
    /******************************************************************************/
  12.  
     
  13.  
     
  14.  
    FUNC void DebugSetup (void) {
  15.  
    // <h> Debug MCU Configuration
  16.  
    // <o1.0> DBG_SLEEP <i> Debug Sleep Mode
  17.  
    // <o1.1> DBG_STOP <i> Debug Stop Mode
  18.  
    // <o1.2> DBG_STANDBY <i> Debug Standby Mode
  19.  
    // <o1.5> TRACE_IOEN <i> Trace I/O Enable
  20.  
    // <o1.6..7> TRACE_MODE <i> Trace Mode
  21.  
    // <0=> Asynchronous
  22.  
    // <1=> Synchronous: TRACEDATA Size 1
  23.  
    // <2=> Synchronous: TRACEDATA Size 2
  24.  
    // <3=> Synchronous: TRACEDATA Size 4
  25.  
    // <o1.8> DBG_IWDG_STOP <i> Independant Watchdog Stopped when Core is halted
  26.  
    // <o1.9> DBG_WWDG_STOP <i> Window Watchdog Stopped when Core is halted
  27.  
    // <o1.10> DBG_TIM1_STOP <i> Timer 1 Stopped when Core is halted
  28.  
    // <o1.11> DBG_TIM2_STOP <i> Timer 2 Stopped when Core is halted
  29.  
    // <o1.12> DBG_TIM3_STOP <i> Timer 3 Stopped when Core is halted
  30.  
    // <o1.13> DBG_TIM4_STOP <i> Timer 4 Stopped when Core is halted
  31.  
    // <o1.14> DBG_CAN_STOP <i> CAN Stopped when Core is halted
  32.  
    // </h>
  33.  
    _WDWORD(0xE0042004, 0x00000027); // DBGMCU_CR
  34.  
    _WDWORD(0xE000ED08, 0x20000000); // Setup Vector Table Offset Register
  35.  
    }
  36.  
     
  37.  
    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。

2.3 MDK中对JLINK的配置

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。

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。

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。

  1.  
    #pragma import(__use_no_semihosting_swi)
  2.  
     
  3.  
    struct __FILE { int handle; /* Add whatever you need here */ };
  4.  
    FILE __stdout;
  5.  
    FILE __stdin;
  6.  
     
  7.  
    int fputc(int ch, FILE *f)
  8.  
    {
  9.  
    return ITM_SendChar(ch);
  10.  
    }
  11.  
     
  12.  
    volatile int32_t ITM_RxBuffer;
  13.  
    int fgetc(FILE *f)
  14.  
    {
  15.  
    while (ITM_CheckChar() != 1) __NOP();
  16.  
    return (ITM_ReceiveChar());
  17.  
    }
  18.  
     
  19.  
    int ferror(FILE *f)
  20.  
    {
  21.  
    /* Your implementation of ferror */
  22.  
    return EOF;
  23.  
    }
  24.  
     
  25.  
    void _ttywrch(int c)
  26.  
    {
  27.  
    fputc(c, 0);
  28.  
    }
  29.  
     
  30.  
    int __backspace()
  31.  
    {
  32.  
    return 0;
  33.  
    }
  34.  
    void _sys_exit(int return_code)
  35.  
    {
  36.  
    label:
  37.  
    goto label; /* endless loop */
  38.  
    }


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

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

参考文献
[1] MDK help. Indirect semihosting C library function dependencies
[2] MDK help ARM Development Tools.
         Debugger Adapter User's Guides
             J-Link/J-Trace User's Guide
         Libraries and Floating Point Support Referencee
         Libraries and Floating Point Support Guide

         Linker Reference Guide

posted @ 2019-07-18 17:09  wuhh123  阅读(1102)  评论(0编辑  收藏  举报