Создан 13 дек.

3,33011 золотых знаков44 серебряных знака1414 бронзовых знаков

Не тот ответ, который вы ищете? Посмотрите другие вопросы с метками jtag isp swd icsp или задайте свой вопрос.

Ваша конфиденциальность

Нажимая «Принять все файлы cookie», вы соглашаетесь, что Stack Exchange может хранить файлы cookie на вашем устройстве и раскрывать информацию в соответствии с нашей Политикой в ​​отношении файлов cookie.

Принимать все файлы cookie Настроить параметры

сходств и различий .. !! — Встроенный изобретатель

Каждый на своем пути к встроенным решениям познакомится с этими двумя основными протоколами.Когда они это делают, в их голове неизбежно возникает несколько вопросов!

• Один лучше другого?
• Если да, то как?
• Если мы проектируем свою собственную плату и нам нужно выбрать одну, то какой вариант мы должны выбрать?

Эта статья посвящена ответам на вышеперечисленные вопросы! Если вы торопитесь, вот вам краткий вариант ответа!

В таблице ниже показаны основные различия между стандартами SWD и JTAG.

Теперь, когда мы увидели короткую версию, давайте посмотрим на более длинную и информативную версию и узнаем основные различия между SWD и JTAG начиная с основ!

Хорошо, приступим!

— это устройства , которые переводят команды, отправляемые с ПК (например,через протокол USB) на язык (например, протокол SWD или JTAG), который понимается микроконтроллерами (периферийное устройство внутри микроконтроллера, которое отвечает за загрузку кода и, если быть точным, управление выполнением).

Прежде чем рассматривать потребность в стандартах отладки, давайте начнем с ответа на простой вопрос.

Что такое стандарт? Стандарт, говоря простым языком, — это набор правил и протоколов, которым каждый игрок в определенной отрасли согласился следовать и внедрять.

Раньше, до появления таких протоколов, как SWD и JTAG, мир отладки был просто полон хаоса. Каждый крупный производитель придумал свой собственный способ загрузки кода в свои микроконтроллеры, и в результате пришлось страдать только таким людям, как мы, инженерам встраиваемых систем. Каждый раз, когда крупный производитель выпускает микроконтроллер, мы, разработчики встраиваемых систем, должны узнавать об их проприетарных протоколах для загрузки кода в наши микроконтроллеры.

Кроме того, адаптеры отладки были дорогими , так как производители действительно не имеют конкурентов , которые делают адаптеры отладки в соответствии со своими протоколами, поскольку протоколы были проприетарными. Другая причина, по которой они были дорогими, заключается в том, что не хватает тома , поскольку они могут продавать свои отладочные адаптеры только тем людям, которые используют микроконтроллеры, произведенные ими!

Третья проблема, которая послужила причиной появления этих стандартов, — это вопрос о производственных испытаниях электронных устройств .Рассмотрим этот сценарий: у вас есть 4 чипа от 4 разных производителей на разработанной вами плате, и вы хотите реализовать на них автоматическое тестирование, чтобы сделать производственный процесс более эффективным. Но поскольку все платы теперь имеют свой собственный протокол, вам нужно создать сверхсложный производственный код, который учитывает сложность, и вам потребуется 4 разных отладчика, установленных на контрольных точках вашей платы, что приведет к дополнительным затратам, времени производства и времени программирования.

По сути, все эти проприетарные протоколы выполняют одни и те же действия, например, загружают код и дают возможность отлаживать и тестировать эти проблемы.Просто они делают это немного по-другому.

Для борьбы с этими 3 проблемами из

• сокращает время, затрачиваемое на обучение,
• сокращает расходы и
• делает производственное тестирование более эффективным,

инженеры всех основных производителей микроконтроллеров и производителей продукции собрались вместе, обсудили и составили некоторые спецификации того, как должен работать протокол отладки . Результатом таких посиделок являются стандарты вроде JTAG.

Таким образом, все производители микроконтроллеров могут реализовать один и тот же протокол отладки, так что один и тот же адаптер отладки может использоваться со всеми микроконтроллерами, реализующими данный стандарт!

Существует два таких основных стандарта для загрузки и отладки кода на микроконтроллерах и ПЛИС. Начнем с изучения стандарта JTAG!

JTAG означает Joint Test Action Group , просто причудливое название для команды инженеров крупных производителей, которые собрались вместе и разработали стандарт, который мы теперь называем JTAG.

Эта группа начала свои обсуждения в конце 1980-х, а в 1990 году они официально выпустили документ, объясняющий стандарт IEEE. (IEEE означает Институт инженеров по электротехнике и электронике, это международная организация, в которой публикуются все стандарты, такие как WiFi, Bluetooth и т. Д.). Протокол, который они придумали, был задокументирован в IEEE 1149.1 в 1990 году. Позже этот документ был пересмотрен и улучшен, и на момент написания последнего стандарта был IEEE 1149.7.

Интересная история о JTAG заключается в том, что основная причина, по которой эта группа была сформирована, заключалась в том, чтобы помочь с производством и тестированием электронных устройств, а не фактически создать стандарт для отладки программного обеспечения! Но со временем JTAG стал очень популярным в использовании и для отладки программного обеспечения!

JTAG в основном имеет 5 контактов, а именно

• TDI (вход тестовых данных, линия последовательного ввода)
• TDO (выход тестовых данных, линия последовательного выхода)
• TCK (тестовые часы, вход синхронизации для протокола)
• TMS (тест Выбор режима, управляющий вход) и
• TRST (тестовый сброс)

Эти 5 контактов вместе известны как Test Access Port или TAP для краткости.Среди них TRST является необязательным, и мы можем сделать наши платы совместимыми с JTAG только с четырьмя другими!

JTAG использует топологию последовательного соединения для установления соединений между микросхемами, и, следовательно, скорость определяется самым медленным чипом в цепочке.

Что такое сканирование границ? Граничное сканирование — это функция, которая дает нам возможность проверять собранные печатные платы после производства на предмет коротких замыканий и обрывов. Это достигается с помощью специального оборудования внутри каждого чипа, известного как ячейки с граничным сканированием. Эти ячейки можно использовать для управления каждым отдельным выводом микросхем на нашей печатной плате, чтобы включать / выключать их. Таким образом, ошибки пайки могут быть легко обнаружены без необходимости использования системы контрольных точек / гвоздей!

JTAG — это стандарт, который представил эту технологию граничного сканирования, и он особенно незаменим, когда дело доходит до производственного тестирования микросхем Ball Grid Array (BGA), поскольку в случае BGA тестирование «кровати гвоздей» просто невозможно!

Если вы хотите узнать больше о сканировании границ, я предлагаю вам прочитать эту отличную статью по адресу xjtag

SWD означает Serial Wire Debug — это протокол, разработанный ARM для программирования и отладки своих микроконтроллеров.Поскольку SWD специализируется на программировании и отладке , , он поставляется со многими специальными функциями, которые обычно не доступны где-либо еще, например, отправка отладочной информации на компьютер через линию ввода-вывода. Кроме того, поскольку он специально сделан ARM для использования в своих устройствах, производительность SWD обычно является лучшей в своем классе!

Поскольку бизнес-модель ARM просто лицензирует свои разработки, многие производители делают адаптеры отладки на основе конструкций SWD, и это делает SWD столь же повсеместным, как и сами чипы на базе ARM!

SWD имеет только 2 контакта, а именно

• SWDIO (последовательный ввод данных провода, вывод: линия данных) и
• SWCLK (последовательный проводной тактовый сигнал: линия часов)

SWD поддерживает топологию звезды с точки зрения архитектуры.

Вы можете найти множество микроконтроллеров и адаптеров отладки, которые могут поддерживать протоколы SWD и JTAG. Обычно они достигают этого с помощью одного набора внешних контактов, которые внутренне мультиплексированы как с периферийным устройством SWD, так и с периферийным устройством JTAG . Обычно по умолчанию выбирается один из этих протоколов, и вы можете переключаться между двумя из них, используя специальный набор инструкций, предоставленных производителем.

Может быть, вы находитесь в процессе выбора микросхемы для своего следующего проекта, и у вас есть 2 одинаковых чипа, основная разница между которыми состоит в том, что один поддерживает только SWD, а другой поддерживает только JTAG. Как вы теперь решите?

Давайте посмотрим на ответы на вышеперечисленные вопросы в следующем разделе!

Давайте посмотрим на преимущества SWD перед JTAG

• требует только 2 строки вместо 4 на JTAG , и это упрощает часть схематического проектирования
• SWD имеет специальных функций, таких как распечатка отладочной информации по линии ввода-вывода
• SWD имеет на лучшую общую производительность дюймов с точки зрения скорости по сравнению с JTAG

Теперь давайте посмотрим, какие преимущества имеют JTAG перед SWD.

• JTAG — это , не ограниченный чипами ARM , и поддерживается вне экосистемы ARM
• JTAG является многоцелевым, поскольку его можно использовать для программирования, отладки и производственного тестирования
• JTAG является независимой группой и, как ожидается, будет развиваться как протокол

Что касается других факторов, таких как цена, адаптеры JTAG и SWD одинаково недороги и, следовательно, не важны для нас при принятии решения.

Давайте рассмотрим несколько сценариев, в которых вы можете выбрать SWD

• Если ваша схема / конструкция платы достаточно проста для тестирования без возможности сканирования границ JTAG (BGA усложняют задачу!)
• Производительность отладки более важна, чем производственное тестирование, поскольку ваше устройство ориентировано на исследования, а не на массовое производство !
• У вашего продукта есть ограничения по размерам, тогда пространство, сэкономленное за счет наличия 2 дополнительных контактов в JTAG, в отличие от SWD, может быть преимуществом
• Конструкция вашего оборудования слишком сложна, и вы не можете направить 2 дополнительных сигнала на микроконтроллер

Давайте рассмотрим несколько сценариев, в которых вы можете выбрать JTAG

• Ваша аппаратная конструкция очень сложна, и вам нужна возможность сканирования границ для запуска производственных тестов
• Ваше устройство будет серийно производиться
• Вы считаете, что производительности отладки JTAG достаточно для вашего варианта использования
• Увеличение размера из-за дополнительных контактов и маршрутов на вашей печатной плате это не имеет большого значения для вашего устройства.

Но тогда, , если обе опции доступны для вас в вашем микроконтроллере, как вы можете принять решение? Ответ прост: просто оставьте микроконтроллер в режиме SWD во время программирования и переключитесь на JTAG во время производственных испытаний!

Давайте закончим эту статью, рассмотрев таблицу различий между этими двумя стандартами отладки

И на этом я закончу эту статью!

Надеюсь, вам понравилась эта статья, и вы узнали что-то полезное.

Если вам понравился пост, не стесняйтесь поделиться им со своими друзьями и коллегами!

Вот еще несколько моих статей, которые могут вас заинтересовать!

Аппаратное обеспечение, программное обеспечение, прошивка, промежуточное ПО, драйверы, ОС и приложения, в чем разница?

Лучшие 14 альтернатив Raspberry Pi 4B

Видео: вопросы на собеседовании инженера по встроенному программному обеспечению

Заработная плата встраиваемых инженеров в Европе

SWD — альтернатива ARM для JTAG — Kudelski Security Research

Для разработчиков встраиваемых систем и хакеров аппаратного обеспечения JTAG — это стандарт de facto для отладки и доступа к регистрам микропроцессора.Этот протокол используется уже много лет и используется до сих пор. Его главный недостаток в том, что он использует для работы множество сигналов (минимум 4 — TCK, TMS, TDI, TDO). Это стало проблемой сейчас, когда устройства становятся все меньше и меньше, а также доступны микроконтроллеры с небольшим количеством выводов.

Для решения этой проблемы ARM создала альтернативный интерфейс отладки под названием SWD (Serial Wire Debug), который использует только два сигнала (SWDCLK и SWDIO). Этот интерфейс и связанный с ним протокол теперь доступны почти во всех процессорах Cortex- [A, R, M].

Интерфейс отладки ARM

Обзор архитектуры

В отличие от JTAG, который связывает TAP вместе, SWD использует шину под названием DAP (порт доступа отладки). На этом DAP есть один мастер ( DP — порт отладки) и один или несколько ведомых устройств ( AP, — порты доступа), аналогичные TAP JTAG. DP связывается с AP, используя пакеты, содержащие адрес AP.

Подводя итог, внешний отладчик подключается к DAP через DP, используя протокол, называемый SWD.Этот технический документ от ARM показывает хороший обзор архитектуры SWD:

Порты отладки

Порт отладки — это интерфейс между хостом и DAP. Он также обрабатывает интерфейс хоста. Для доступа к DAP доступны три разных порта отладки:

• Порт отладки JTAG (JTAG-DP) . Этот порт использует стандартный интерфейс и протокол JTAG для доступа к DAP
.
• Последовательный порт отладки (SW-DP) .Этот порт использует протокол SWD для доступа к DAP.
• Последовательный провод / порт отладки JTAG (SWJ-DP) . Этот порт может использовать JTAG или SWD для доступа к DAP. Это общий интерфейс, который есть во многих микроконтроллерах. Он повторно использует сигналы TMS и TCK JTAG для передачи сигналов SWDIO и SWDCLK соответственно. Чтобы переключиться с одного интерфейса на другой, необходимо отправить определенную последовательность.

Порты доступа

В зависимости от потребностей к DAP можно добавить несколько точек доступа.ARM предоставляет спецификации для двух точек доступа:

• Порт доступа к памяти (MEM-AP) . Эта точка доступа обеспечивает доступ к основной памяти и регистрам.
• Порт доступа JTAG (JTAG-AP) . Эта AP позволяет подключать JTAG-цепочку к DAP.

Протокол SWD

Сигнализация

Как было сказано ранее, SWD использует только два сигнала:

• SWDCLK . Тактовый сигнал, отправленный хостом. Поскольку нет никакой связи между тактовой частотой процессора и тактовой частотой SWD, выбор частоты зависит от интерфейса хоста.В этой статье базы знаний максимальная тактовая частота отладки составляет около 60 МГц, но на практике она меняется.
• SWDIO . Это двунаправленный сигнал, передающий данные от / к DP. Данные устанавливаются хостом во время нарастающего фронта и дискретизируются DP во время спада сигнала SWDCLK.

Обе линии должны быть натянуты на цель.

транзакции

Каждая транзакция SWD состоит из трех этапов:

1. Фаза запроса.8 бит отправлено с хоста.
2. Фаза ACK. 3 бита отправлены от цели.
3. Фаза данных. До 32 бит, отправляемых от / к хосту, с битом нечетной четности.

Обратите внимание, что цикл Trn должен быть отправлен, когда необходимо изменить направление данных.

Запрос

Заголовок запроса содержит следующие поля:

ACK

Биты ACK содержат статус ACK заголовка запроса. Обратите внимание, что сначала нужно прочитать три бита LSB.

Данные

Данные отправляются хостом или целью. Он отправляется первым в LSB и заканчивается битом нечетной четности.

Протокол взаимодействия

Теперь, когда мы знаем больше о низкоуровневой части протокола, пришло время взаимодействовать с реальной целью. Для этого я использовал Hydrabus, но это также можно сделать с помощью Bus Pirate или любого другого подобного инструмента. Во время этого эксперимента я использовал отладочную плату STM32F103, получившую название Blue Pill .Он легко доступен и уже имеет разъем SWD.

Документ спецификации архитектуры интерфейса отладки ARM содержит все детали, необходимые для взаимодействия с интерфейсом SWD, так что приступим.

Инициализация SWD

Поскольку целевой объект использует интерфейс SWJ-DP, его необходимо переключить с режима JTAG по умолчанию на SWD. В главе 5.2.1 документа показана последовательность отправки для переключения с JTAG на SWD:

1.Отправьте не менее 50 циклов SWCLKTCK с SWDIOTMS HIGH. Это гарантирует, что текущий интерфейс находится в состоянии сброса. Интерфейс JTAG обнаруживает только 16-битную последовательность JTAG-to-SWD, начиная с состояния Test-Logic-Reset.

2. Отправьте 16-битную последовательность выбора JTAG-to-SWD на SWDIOTMS.

3. Отправьте не менее 50 циклов SWCLKTCK с SWDIOTMS HIGH. Это гарантирует, что если SWJ-DP уже находился в режиме SWD перед отправкой последовательности выбора, интерфейс SWD переходит в состояние сброса линии.

Последовательность 0b0111 1001 1110 0111 (0x79e7) Сначала MSB, нам нужно использовать 0x7b 0x9e в формате LSB-first.

импорт pyHydrabus

r = pyHydrabus.RawWire ('/ dev / ttyACM0')
r._config = 0xa # Сначала установить GPIO с открытым стоком / LSB
r._configure_port ()

r.write (b '\ xff \ xff \ xff \ xff \ xff \ xff \ x7b \ x9e \ xff \ xff \ xff \ xff \ xff \ xff)
 

Теперь, когда DP находится в состоянии сброса, мы можем выполнить команду чтения DPIDR , чтобы определить порт отладки.Для этого нам нужно прочитать регистр DP по адресу 0x00

 | Старт | APnDP | RnW | A [2: 3] | Четность | Стоп | Парк |
| ------- | ------- | ----- | -------- | -------- | ------ | - ---- |
| 1 | 0 | 1 | 0 0 | 1 | 0 | 1 | = 0xa5 

r.write (b '\ x0f \ x00 \ xa5')
статус = 0
для i в диапазоне (3):
    status + = ord (r.read_bit ()) << i
print ("Статус:", шестнадцатеричное (статус))
print ("DPIDR", шестнадцатеричное (int.from_bytes (r.read (4), byteorder = "little")))
 

Следующим шагом является включение домена отладки.В главе 2.4.5 говорится, что нам нужно установить CDBGRSTREQ и CDBGRSTACK (биты 28 и 29) в регистре CTRL / STAT (адрес 0x4) DP:

r.write (b '\ x81') # Записать запрос на адрес регистра DP 0x4
для _ в диапазоне (5):
    r.read_bit () # Не заботиться об ответе

# Записать 0x00000078-MSB в регистр CTRL / STAT
r.write (b '\ x1e \ x00 \ x00 \ x00 \ x00')

# Отправьте несколько тактов для синхронизации линии
r.write (b '\ x00')
 

Использование SWD

Теперь, когда домен отладки включен, DAP полностью доступен.В качестве первого процесса обнаружения мы запросим AP, а затем просканируем все AP в DAP.

Чтение с AP

Чтение из AP всегда выполняется через DP. Чтобы запросить AP, хост должен сказать DP, чтобы он записал в AP, указанный адресом на DAP. Для чтения данных из предыдущей транзакции DP использует специальный регистр RDBUFF (адрес 0xc). Это означает, что правильный метод запроса следующий:

1. Запись в регистр DP SELECT , установка полей APSEL и APBANKSEL .
2. Прочтите регистр DP RDBUFF один раз, чтобы «зафиксировать» последнюю транзакцию.
3. Прочтите регистр RDBUFF еще раз, чтобы прочитать его фактическое значение.

Регистр SELECT описан в главе 2.3.9, интересные поля отмечены здесь:

Интересным для чтения регистром AP является регистр IDR (адрес 0xf), который содержит идентификационную информацию для этой AP. В приведенном ниже коде резюмируется процедура чтения IDR точки доступа по адресу 0x0.

ap = 0 # адрес точки доступа

r.write (b '\ xb1') # Запись в регистр DR SELECT
для _ в диапазоне (5):
    r.read_bit () # Не читать биты статуса
r.write (b '\ xf0 \ x00 \ x00') # Заполняем APBANKSEL 0xf
r.write (ap.to_bytes (1, byteorder = "little")) # Заполняем APSEL адресом точки доступа

# Это вычисляет бит четности, который будет отправлен после фазы данных
если (bin (ap) .count ('1')% 2) == 0:
    r.write (b '\ x00')
еще:
    р.написать (b '\ x01')


r.write (b '\ x9f') # Чтение RDBUFF из DP
статус = 0
для i в диапазоне (3):
    status + = ord (r.read_bit ()) << i # Прочитать статус транзакции
print ("Статус:", шестнадцатеричное (статус))
#Dummy read
#print ("пустышка", шестнадцатеричное (int.from_bytes (r.read (4), byteorder = "little")))
r.read (4)
r.write (b '\ x00')

r.write (b '\ x9f') # Чтение RDBUFF из DP, на этот раз по-настоящему
статус = 0
для i в диапазоне (3):
    status + = ord (r.read_bit ()) << i
print ("Статус:", шестнадцатеричное (статус))
idcode = шестнадцатеричный (int.from_bytes (r.read (4), byteorder = "little")) # Считать фактическое значение
if idcode! = '0x0': # Если AP отсутствует, значение будет 0
    print ("AP", шестнадцатеричное (ap), idcode)
r.write (b '\ x00')
 

Поиск точек доступа

С тем же кодом мы можем перебрать все адресное пространство и посмотреть, есть ли другие точки доступа на DAP:

для ap в диапазоне (0x100):
    r.write (b '\ x00')

    r.write (b '\ xb1')
    для _ в диапазоне (5):
        р.read_bit ()
    # r.write (b '\ xf0 \ x00 \ x00 \ x00 \ x00')
    r.write (b '\ xf0 \ x00 \ x00')
    r.write (ap.to_bytes (1, byteorder = "маленький"))
    если (bin (ap) .count ('1')% 2) == 0:
        r.write (b '\ x00')
    еще:
        r.write (b '\ x01')
    r.write (b '\ x9f')
    статус = 0
    для i в диапазоне (3):
        status + = ord (r.read_bit ()) << i
    #print ("Статус:", шестнадцатеричный (статус))
    #print ("пустышка", шестнадцатеричное (int.from_bytes (r.read (4), byteorder = "little")))
    р.читать (4)
    r.write (b '\ x00')
    r.write (b '\ x9f')
    статус = 0
    для i в диапазоне (3):
        status + = ord (r.read_bit ()) << i
    #print ("Статус:", шестнадцатеричный (статус))
    idcode = hex (int.from_bytes (r.read (4), byteorder = "little"))
    если idcode! = '0x0':
        print ("AP", шестнадцатеричное (ap), idcode)
 

Запуск сценария показывает, что на шине только одна точка доступа. По документации это MEM-AP:

 > python3 / tmp / swd.ру
Статус: 0x1
DPIDR 0x2ba01477
ТД 0x0 0x24770011  

Отсюда можно отправлять команды на MEM-AP для запроса памяти процессора.

Обнаружение контактов SWD

На реальных устройствах не всегда легко определить, какие выводы или контрольные точки используются для интерфейса отладки. Это также верно и для JTAG, поэтому существуют такие инструменты, как JTAGulator. Его цель - обнаружить интерфейсы JTAG, пробуя каждую комбинацию контактов, пока комбинация не вернет действительный IDCODE.

Теперь, когда мы лучше знаем, как инициализируется интерфейс SWD, мы можем сделать то же самое, но для интерфейсов SWD. Идея такая:

1. Возьмите несколько интересных контактов на целевой плате
2. Подключите их к устройству обнаружения SWD
3. Выберите два контакта на устройстве обнаружения SWD как SWDCLK и SWDIO
4. Отправить последовательность инициализации SWD.
5. Прочитать ответ о состоянии и регистр DPIDR
6. Если результаты верны, распечатайте решение
7. Если нет правильных результатов, перейдите к шагу 3 и выберите два новых контакта

Этот метод реализован для прошивки Hydrabus и пока приносит положительные результаты.Здесь показан пример сеанса:

 > 2-х проводный
Устройство: twowire1
Резистор GPIO: плавающий
Частота: 1000000 Гц
Порядок битов: сначала MSB
twowire1> перебор 8
Брутфорс на 8 пинах.
Обнаружено устройство. IDCODE: 2BA01477
CLK: PB5
IO: PB6
twowire1>  

Операция занимает менее двух секунд, и пока надежно обнаружены интерфейсы SWD на всех протестированных платах.

Выводы

В этом посте мы показали, как разработан интерфейс отладки ARM и как протокол SWD работает на очень низком уровне.Имея эту информацию, можно отправлять запросы к MEM-AP с помощью простого микроконтроллера. Эта часть выходит далеко за рамки данной публикации и здесь не рассматривается. Библиотека PySWD - полезный ресурс для начала взаимодействия с MEM-AP.

Мы также показали, как реализовать инструмент обнаружения SWD, чтобы помочь найти порты SWD, аналогичные существующим инструментам, используемым для обнаружения JTAG.

JTAG / SWD против загрузчика - libtungsten

Есть два способа записать программу в микроконтроллер для ее выполнения: либо с помощью адаптера JTAG / SWD, либо с помощью загрузчика библиотеки.На этой странице обсуждаются плюсы и минусы каждого метода.

JTAG / SWD

JTAG - это стандарт, изначально разработанный для проведения электрических испытаний компонентов и плат, выходящих с заводов, путем контроля их входных / выходных контактов («граничное сканирование»). Оттуда он превратился в общий интерфейс, используемый для управления всем микроконтроллером и позволяющий, среди прочего, программировать его внутреннюю флэш-память, управлять потоком выполнения с помощью точек останова и выгружать содержимое регистров в реальном времени.

SWD - это альтернативный протокол, специфичный для чипов ARM, который совместим по выводам с JTAG, но использует меньше проводов. Большую часть времени при работе с микроконтроллерами ARM вы будете использовать микроконтроллер и адаптер, совместимые как с JTAG, так и с SWD, поэтому вам все равно, какой протокол используется на самом деле. Вот почему мы будем называть их все вместе как JTAG / SWD .

Для использования JTAG / SWD требуется адаптер , т.е.е. внешняя плата, соединяющая микроконтроллер с компьютером. Это что-то вроде «переходника USB на JTAG». Доступно множество моделей, но вот две из них были протестированы и, как известно, работают:

Вам также понадобится программное обеспечение для связи с этим адаптером. libtungsten использует для этого отличный OpenOCD с открытым исходным кодом, большинство адаптеров и микроконтроллеров поддерживаются прямо из коробки.

JTAG / SWD - это «классический» метод программирования микроконтроллера. Он предоставляет вам самые мощные функции (такие как возможности внутрисистемной отладки) и «всегда работает», поскольку реализован на аппаратном уровне. Однако это немного сложнее и дороже, потому что вам понадобится внешний адаптер.

Плюсы

• Если микроконтроллер не поврежден, вы всегда сможете его запрограммировать с помощью адаптера
• Это предлагает вам мощные функции, такие как пошаговая отладка, проверка памяти в реальном времени и многое другое.

Минусы

• Требуется покупка адаптера (~ 30 $)

Как к

• убедитесь, что параметр BOOTLOADER в вашем файле Makefile либо не установлен, либо установлен на false (и не забудьте выдавать make clean каждый раз, когда вы меняете Makefile)
• подключите адаптер JTAG к плате через 10-контактный разъем справа
• для записи вашей программы в память микроконтроллера, либо используйте make autoflash , либо запустите make openocd в фоновом терминале и используйте make flash

Загрузчик

Загрузчик (в контексте встроенной системы, такой как микроконтроллер) - это небольшая программа, которая записывается в начале памяти микроконтроллера и имеет две основные цели:

• получение скомпилированной программы из порта связи (например, USB или последовательный порт) и запись ее в память микроконтроллера (при этом, разумеется, не перезаписывая себя)
• , выполняя эту программу, которую мы будем называть кодом пользователя

libtungsten предоставляет настраиваемый загрузчик, который может получать код с USB или последовательного порта.Это позволяет вам программировать микроконтроллер без адаптера, однако он никогда не будет таким мощным, как адаптер JTAG / SWD (например, вы не сможете выполнять пошаговую отладку). Сам загрузчик также необходимо однократно прошить в микроконтроллер, используя адаптер, хотя вы можете купить плату с предустановленным загрузчиком. На самом деле так работает Arduino: в микроконтроллер с завода встроен загрузчик, и IDE подключается к нему через последовательный порт.

libtungsten также предоставляет инструмент, необходимый для отправки кода в загрузчик, который называется codeuploader . Этот инструмент командной строки поддерживает как USB, так и последовательный режим.

Плюсы

• Если установлен загрузчик, прошивка кода выполняется по принципу plug-and-play, быстро и легко
• Адаптер не нужен
• В коммерческой системе загрузчик позволяет пользователю обновлять прошивку устройства

Минусы

• Если загрузчик не установлен (или поврежден), вы не сможете программировать микроконтроллер без адаптера
• У вас не будет доступа к расширенным функциям отладки, которые могут быть чрезвычайно полезны при создании прототипа.

Как к

• убедитесь, что параметр BOOTLOADER = true установлен в вашем файле Makefile (и не забудьте выдавать make clean каждый раз, когда вы меняете Makefile)
• подключите плату напрямую через USB
• , если текущая программа может автоматически обнаружить запрос загрузчика (см. Параметр autoBootloaderReset для Carbide :: init () ), вы можете перейти непосредственно к следующему шагу; в противном случае вам необходимо перезагрузить микроконтроллер в режиме загрузчика (например, перезагрузив плату, нажав кнопку на Carbide, но это зависит от конфигурации загрузчика)
• для записи вашей программы в память микроконтроллера используйте make upload

Для получения более подробной информации, например, о том, как настроить загрузчик и взаимодействовать с ним, см. Специальную страницу «В загрузчике».

Итог

Если вы планируете создавать сложные проекты и можете позволить себе адаптер JTAG / SWD, дерзайте. Для простых проектов и для конечных продуктов может быть достаточно загрузчика, который предоставляет интересную функцию обновления.

Два режима программирования на основе эмулятора: JTAG и SWD

О протоколе JTAG

JTAG (Joint Test Action Group, Joint Test Action Group) - это международный стандартный протокол тестирования (IEEE 1149.1), в основном используется для внутреннего тестирования микросхем.

В настоящее время большинство современных устройств поддерживают протокол JTAG, например, устройства ARM, DSP, FPGA и так далее.

Стандартный интерфейс JTAG состоит из 4 проводов: TMS, TCK, TDI, TDO, которые являются линиями выбора режима, синхронизации, ввода и вывода данных соответственно. Соответствующие выводы JTAG определены следующим образом:
TMS: выбор тестового режима, TMS используется для установки интерфейса JTAG в определенный тестовый режим; Сигнал TMS действителен на переднем фронте TCK.TMS является обязательной в стандарте IEEE1149.1. Сигнал TMS используется для управления переходом конечного автомата TAP. Посредством сигнала TMS можно управлять переключением TAP между различными состояниями.

TCK: вход тестового тактового сигнала; TCK обеспечивает независимый основной тактовый сигнал для работы TAP, и все операции TAP управляются этим тактовым сигналом.

TDI: интерфейс ввода тестовых данных, данные вводятся в интерфейс JTAG через вывод TDI; все данные, которые должны быть введены в конкретный регистр, вводятся бит за битом через интерфейс TDI (управляемый TCK).

TDO: Интерфейс вывода тестовых данных. Данные выводятся из интерфейса JTAG через вывод TDO; все данные, которые должны быть выведены из определенного регистра, выводятся побитно через интерфейс TDO (управляемый TCK).

Два метода программирования stm32:

1. Режим JTAG

Обычно бывает 10, 14 и 20 контактов. Хотя количество выводов и порядок выводов различаются, некоторые выводы одинаковы. Стоит отметить, что разные компании, занимающиеся интегральными схемами, будут определять свои собственные заголовки Jtag для своих продуктов для загрузки или отладки программ.

JTAG часто использует подключение через плоский кабель. Чтобы повысить помехоустойчивость, появляется 20-контактный интерфейс путем добавления провода заземления между каждой сигнальной линией. Но на самом деле RTCK, USER IN и USER OUT обычно не используются, поэтому имеется 14-контактный интерфейс. Для фактической разработки и применения, благодаря стабильному источнику питания в лаборатории, электромагнитная среда лучше, а помехи невелики.

Интерфейсы, которые необходимо подключить в режиме JTAG, следующие:

Вход тестовых часов (TCK) ----- Обязательный 1
Вход выбора тестового режима (TMS) ----- Обязательный 2
Вход тестовых данных (TDI) ----- Обязательный 3
Выход тестовых данных (TDO) ----- Обязательный 4

Вход тестового сброса (TRST) ---- Вариант 1: Этот сигнальный интерфейс не является обязательным в IEEE 1149.1 и не является обязательным. TRST можно использовать для сброса (инициализации) TAPController. Потому что TAP Controll также можно сбросить (инициализировать) через TMS. Итак, есть четырехпроводной JTAG и пятипроводной JTAG.

(VTREF) ----- Обязательное требование 5: Опорное напряжение уровня сигнала интерфейса обычно напрямую подключается к Vsupply. Это можно использовать для определения логического уровня, используемого интерфейсом JTAG ARM (например, 3,3 В или 5,0 В?)

Return Test Clock (RTCK) ---- Вариант 2: Необязательно.Тактовый сигнал, возвращаемый от цели к эмулятору, используется для синхронизации генерации сигнала TCK. Когда он не используется, он напрямую заземлен.

Сброс системы (nSRST) ---- Вариант 3: Дополнительно, связанный с сигналом сброса системы на целевой плате, вы можете напрямую сбросить целевую систему. В то же время может быть обнаружена ситуация сброса целевой системы. Чтобы предотвратить ложное срабатывание, к целевой клемме следует добавить соответствующий подтягивающий резистор.

USER IN: ввод, определяемый пользователем. Его можно подключить к IO, чтобы принять управление с главного компьютера.

USER OUT: определяемый пользователем выход. Может быть подключен к IO, используется для передачи статуса на главный компьютер

Имя вывода вышеуказанного заголовка Jtag предназначено для IC. Фактически для 10-контактного разъема требуется всего 4 провода. № 4 представляет собой самоподключающуюся цепь и не требует подключения. 1 и 2 подключены к контакту 1 ; а 8 и 10 подключены к GND или не подключены 。

в заключение ： Режим подключения JTAG: 1 (питание), 3 (сброс TRST), 4 (земля), 5 (TDI), 7 (TMS), 9 (TCK), 13 (TDO), 15 (nSRST / Сброс)

2.SWD режим

При использовании режима SWD Jlink (эмулятора на основе JTAG) для связи с целевой платой требуется только три провода, которые могут выполнять загрузку программ, пошаговую отладку и другие функции, за исключением того, что он не может определять напряжение целевой платы и не может подавать питание на целевую плату. За исключением снижения скорости, функция аналогична полной версии JLink.

в заключение ： 20-контактная база JTAG, необходимы только три провода SWDIO (TMS), SWCLK (TCK) и GND, а именно любой из No.7, № 9 и GND. Схема подключения режима SWD: 1 (питание), 4 (земля), 7 (SWDIO) и 9 (SWCLK).

О jlink:

J-Link - это эмулятор на основе JTAG, выпущенный немецкой компанией SEGGER. Проще говоря, это блок преобразования протокола JTAG, то есть небольшой блок преобразования USB в JTAG, который подключается к компьютеру через интерфейс USB, а протокол jtag используется внутри целевой платы. Он завершил преобразование программного обеспечения в аппаратное.

Для полнофункциональной JLink модель No.1 контакт (источник питания) выполняет две функции: для определения напряжения целевой платы; для обеспечения выходного опорного напряжения для микросхемы преобразования внутреннего уровня.

Другими словами, если напряжение целевой платы составляет 3,3 В, то здесь необходимо подать напряжение 3,3 В на контакт 1, чтобы обеспечить нормальный выход. Как видно из приведенного выше рисунка, вывод № 2 20-контактного JTAG может обеспечивать питание VCC. Когда я включаю J-Link Commander и подаю питание, обнаруживается, что контакт 2 выдает напряжение 5 В, и проблема не может быть решена путем прямого замыкания контактов 1 и 2.Следовательно, необходимо подать напряжение 3,3 В на контакт № 1 разъема Jlink на целевой плате, которое можно получить от Jlink или платы, которую нужно запрограммировать, что не имеет ничего общего с трехпроводной загрузкой SWD. режим.

Сравнение между режимами JTAG и SWD:

Проводка SWD и проводка JTAG:

Последовательность подключения программы программирования: подключите заголовок DuPont, включите исходный JLink, дождитесь программирования и включите записывающее устройство (USB).При отключении шаги меняются в обратном порядке, и их нельзя переворачивать! Особенно не отключайте соединение на рисунке выше при включенном питании, иначе устройство сгорит!

Научно-популярная информация о различных отладочных интерфейсах:

1. Интерфейс JTAG

2. интерфейс SWD

Serial Wire Debug. По сравнению с 20 контактами JTAG, SWD требует только 4 (или 5) контактов. Структура проста, но сфера использования не такая широкая, как JTAG. Основные отладчики были добавлены позже в режиме отладки SWD.

SWD более надежен, чем JTAG в высокоскоростном режиме. Если ваш эмулятор поддерживает его, рекомендуется использовать этот режим.

Если вам не хватает одного GPIO, вы можете использовать эмуляцию SWD. Этот режим поддерживает меньшее количество контактов.

Рекомендуется использовать режим SWD, когда размер вашей платы ограничен. Для этого требуется меньше контактов, и, конечно же, на печатной плате требуется мало места! Например, вы можете выбрать небольшой 5-жильный терминал с шагом 2,54 шага в качестве интерфейса моделирования.

3.Интерфейс RDI

Remote Debug Interface (Интерфейс удаленной отладки), стандартный интерфейс отладки, предложенный ARM, в основном используется для моделирования микросхем ARM. Поскольку отладочные интерфейсы, используемые каждым производителем IDE, независимы, оборудование не может выполнять кроссплатформенную отладку.

Многие производители IDE в настоящее время постепенно принимают стандартный RDI в качестве интерфейса отладки эмулятора ARM, что делает возможной кроссплатформенную аппаратную отладку.

EasyJTAG использует стандартный интерфейс отладки RDI, поэтому его можно использовать в любой среде отладки IDE, которая использует стандартный интерфейс RDI, например ADS1 от ARM.2 / EWARM от IAR 3.30.

4. эмулятор JLINK

JLINK - это общий инструмент разработки, который можно использовать на таких платформах, как KEIL, IAR и ADS. Скорость, эффективность и функции очень хороши. Он считается самым мощным среди многих эмуляторов.

5. Эмулятор ULINK

ULINK - эмулятор, выпущенный компанией ARM / KEIL. Обновленную версию, эмуляторы ULINK2 и ULINK Pro, можно найти в Интернете. ULINK / ULINK2 может взаимодействовать с программным обеспечением Keil для реализации функции моделирования и может использоваться только в программном обеспечении Keil, добавляя поддержку последовательной отладки (SWD), поддержку часов возврата и функции прокси в реальном времени.

могут легко выполнять отладку на кристалле (с использованием встроенных JTAG, SWD и OCDS) и программирование Flash на целевом оборудовании, комбинируя отладчик RealView MDK и ULINK2.

Но следует отметить, что ULINK - это эмулятор, разработанный компанией KEIL, предназначенный для использования на платформе KEIL, и не может использоваться в ADS и IAR.

6. Эмулятор ST-LINK

ST-LINK - эмулятор микросхем серий STMicroelectronics STM8 и STM32. Основные функции стандартного интерфейса SWIM и стандартного интерфейса JTAG / SWD, указанного в ST-LINK / V2:

Функция программирования: может записывать и записывать FLASH ROM, EEPROM, AFR и т. Д.; Функция моделирования
: поддерживает различные методы отладки, такие как работа на полной скорости, пошаговая отладка, отладка точки останова и т. Д., А также может просматривать статус ввода-вывода, переменные данные и т. Д .;
Производительность моделирования: используйте интерфейс USB2.0 для отладки моделирования, пошаговой отладки, отладки точки останова, высокой скорости отклика;
Производительность программирования: используйте интерфейс USB2.0 для загрузки SWIM / JTAG / SWD, скорость загрузки высокая;

Подключение отладчика JTAG / SWD к устройству

Отладчики JTAG и SWD - предпочтительный способ взаимодействия с устройствами в SJSU-Dev2, поскольку они предоставляют два основных преимущества.

1. Может использоваться для программирования / прошивки устройств, которые обычно работают быстрее, чем последовательные программирование.
2. Может использоваться для построчной отладки кода на устройстве, что является мощным инструментом в отладка состояния и поведения программы по операторам печати.

SJSU-Dev2 использует программы OpenOCD и GDB для вышеуказанных целей, но у этой комбинации есть одно предостережение: у GDB нет чистого способа принять STDIN с клавиатуры.

Необходимые знания

SWD расшифровывается как Serial Wire Debug и является предпочтительным решением для SJSU-Dev2 из-за из-за меньшего количества выводов по сравнению с JTAG.SWD использует два контакта для отладки, SWCLK , опорный вывод тактовой частоты и SWDIO , вывод ввода / вывода данных. Некоторый платы разработки будут опускать префикс SW для экономии места и будут просто отображать CLK и DIO .

JTAG также может использоваться в SJSU-Dev2, но имеет гораздо больше контактов, таких как следующие TDI , TMS , TCK и TDO .

При использовании обоих стандартов вам потребуется подключить перемычку между Контакты SWD на устройстве отладчика и отладочной плате.

Шаг 0: Получение деталей

В этом примере в качестве примера используется синяя таблетка STM32F10x, но это руководство также может использоваться для любой другой платы разработки, пока отладочные контакты доступны как соединения.

Если у вас нет деталей, вы можете купить их на Amazon по этим ссылкам:

Примечание

Существуют и другие типы отладчиков, например отладчики Segger. отладчики. Они также будут работать с SJSU-Dev2, но они, как правило, более дорого.

Шаг 1. Подключение отладчика

Заземление ( GND ) должно быть выполнено между отладчиком и Совет по развитию, чтобы устройства могли обмениваться данными.

Опасность

ДВОЙНОЙ И ТРОЙНОЙ ПРОВЕРЬТЕ СОЕДИНЕНИЯ! Неправильные подключения могут привести к сломать плату, отладчик или, возможно, ваш компьютер.

Шаг 1.1: Подключение JTAG

Подключите перемычки от контактов GND , TDI , TMS , TCK и TDO к JTAG отладчик в заголовки на одноименной плате разработки.

Шаг 1.2: Подключение SWD

Подключите перемычки от GND , SWDIO и SWDCLK к контактам на плате. Если плата поддерживает как SWD , так и JTAG , как это делают многие платы для рук, тогда соедините штифты следующим образом:

• SWDIO -> TMS
• SWDCLK -> TCK

MCU Link JTAG / SWD Debug Probe

Процессоры и микроконтроллеры