STM32（Cortex-M）内核DEBUG调试接口知识

学习MCU开发过程中，DEBUG调试是不可或缺的一环。

以STM32F1系列和Cortex-M3内核为例（其他系列芯片/内核原理类似），我们来探讨一下与调试接口相关的知识。

1. 概述

在STM32系列中，有多种调试组件可供使用，它们能够执行各种调试任务，包括断点设置、数据观察点配置、闪存地址重载以及各类跟踪功能。

STM32F1系列采用Cortex™-M3内核，该内核内置了硬件调试模块，可以支持各种复杂的调试操作。

硬件调试模块允许内核在执行指令（指令断点）或访问数据（数据断点）时停止。一旦内核停止，就可以查询内核的内部状态以及系统的外部状态。在完成查询后，内核和外设可以被重新启动，程序将继续执行。

当STM32F10x微控制器连接到调试器并启动调试时，调试器会利用内核的硬件调试模块来执行调试操作。

2调试框图

STM32F1和Cortex™-M3的调试框图：

提示：Cortex™-M3内核内含的硬件调试模块是ARM CoreSight开发工具集的子集。

ARM Cortex™-M3内核提供集成的片上调试功能。它由以下部分组成：

• SWJ-DP：串行/JTAG调试端口
• AHP-AP：AHB访问端口
• ITM：执行跟踪单元
• FPB：闪存指令断点
• DWT：数据触发
• TPUI：跟踪单元接口(仅较大封装的芯片支持)
• ETM：嵌入式跟踪微单元(在较大的封装上才有支持此功能的引脚)，专用于STM32F1的调试特性
• 灵活的调试引脚分配
• MCU调试盒(支持低电源模式，控制外设时钟等)

3调试接口

STM32支持两种调试接口：

• 串行接口
• JTAG调试接口

STM32的5个普通I/O口可用作SWJ-DP（串行/JTAG调试）接口引脚：

4SWJ调试端口(serial wire and JTAG)

STM32内核集成了串行/JTAG调试接口(SWJ-DP)。这是标准的ARM CoreSight调试接口，包括JTAG-DP接口(5个引脚)和SW-DP接口(2个引脚)。

**1.JTAG调试接口(JTAG-DP)**为AHP-AP模块提供5针标准JTAG接口。

**2. 串行调试接口(SW-DP)**为AHP-AP模块提供2针(时钟＋数据)接口。

在SWJ-DP接口中， SW-DP接口的2个引脚和JTAG接口的5个引脚中的一些是复用的。

SWJ调试端口：

上面的图显示异步跟踪输出脚(TRACESWO)和TDO是复用的。因此异步跟踪功能只能在SWDP调试接口上实现，不能在JTAG-DP调试接口上实现。

JTAG-DP和SW-DP切换的机制

JTAG调试接口是默认的调试接口。如果调试器想要切换到SW-DP，必须在TMS/TCK上输出一指定的JTAG序列(分别映射到SWDIO和SWCLK)，该序列禁止JTAG-DP，并激活SW-DP。该方法可以只通过SWCLK和SWDIO两个引脚来激活SW-DP接口。

指定的序列是：

\1. 输出超过50个TCK周期的TMS(SWDIO)＝ 1信号

\2. 输出16个TMS(SWDIO)信号 0111100111100111 (MSB)

\3. 输出超过50个TCK周期的TMS(SWDIO)＝ 1信号

5JTAG脚上的内部上拉和下拉

保证JTAG的输入引脚不是悬空的是非常必要的，因为他们直接连接到D触发器控制着调试模式。必须特别注意SWCLK/TCK引脚，因为他们直接连接到一些D触发器的时钟端。

为了避免任何未受控制的I/O电平， STM32在JTAG输入脚上嵌入了内部上拉和下拉。

• JINTRST：内部上拉
• JTDI：内部上拉
• JTMS/SWDIO:内部上拉
• TCK/SWCLK:内部下拉

一旦JTAG I/O被用户代码释放， GPIO控制器再次取得控制。这些I/O口的状态将恢复到复位时的状态。

• JNTRST：带上拉的输入
• JTDI：带上拉的输入
• JTMS/SWDIO：带上拉的输入
• JICK/SWCLK：带下拉的输入
• JTDO：浮动输入

软件可以把这些I/O口作为普通的I/O口使用。

6利用串行接口并释放不用的调试脚作为普通I/O口

为了利用串行调试接口来释放一些普通I/O口，用户软件必须在复位后设置SWJ_CFG=010，从而释放PA15， PB3和PB4用做普通I/O口。

在调试时，调试器进行以下操作：

• 在系统复位时，所有SWJ引脚被分配为专用引脚(JTAG-DP + SW-DP)。
• 在系统复位状态下，调试器发送指定JTAG序列，从JTAG-DP切换到SW-DP。
• 仍然在系统复位状态下，调试器在复位地址处设置断点
• 释放复位信号，内核停止在复位地址处。
• 从这里开始，所有的调试通信将使用SW-DP接口，其他JTAG引脚可以由用户代码改配为普通I/O口。

提示：这个地方就是需要大家配置相关的引脚。

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