STM32心得：ST-LINK调试原理+软硬件仿真调试方法

2万 · 2022-11-21 09:28

主要内容：
1） JTAG/SWD调试原理；
2）软件仿真调试；
3） ST-LINK硬件仿真调试。

1. JTAG/SWD调试原理简析
1.1 STM32F10xxx使用Cortex™-M3内核，该内核内含硬件调试模块，支持复杂的调试操作。硬件调试模块允许内核在取指(指令断点)或访问数据(数据断点)时停止。内核停止时，内核的内部状态和系统的外部状态都是可以查询的。完成查询后，内核和外设可以被复原，程序将继续执行。当STM32F10x微控制器连接到调试器并开始调试时，调试器将使用内核的硬件调试模块进行调试操作。支持两种调试接口：1）串行接口（SWD，2根数据线）；2）JTAG调试接口（5根数据线）。
2. SWJ调试端口(serial wire and JTAG)
2.1 STM32F10xxx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)；
2.2 JTAG调试接口(JTAG-DP)为AHP-AP模块提供5针标准JTAG接口。串行调试接口(SW-DP)为AHP-AP模块提供2针(时钟＋数据)接口；
2.3 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。

3. SWJ调试端口脚
3.1 STM32F10xxx的5个普通I/O口可用作SWJ-DP接口引脚。这些引脚在所有的封装里都存在。

4. 灵活的SWJ_DP引脚分配

2万 · 2022-11-21 09:29

5. JTAG/SWD接口硬件图

6. 软件仿真调试
6.1 在开始软件仿真前，单击魔术棒，在Target界面，确认芯片型号和晶振频率；

6.2 在Debug界面，选择Use Simulator，勾选Run to main()，同时在最后一行的两组Dialog DLL和Parameter分别输入DARMSTM.DLL，-pSTM32F103ZE和TRAMSTM.DLL，-pSTM32F103ZE；

6.3 先编译下工程，然后单击Start/Stop Debug Session开始仿真（退出仿真也是单击Start/Stop Debug Session）。

2万 · 2022-11-21 09:30

7. 软件仿真调试界面工具栏解读

7.1 复位：其功能等同于硬件上按复位按钮。相当于实现了一次硬复位。按下该按钮之后，代码会重新从头开始执行；
7.2 执行到断点处（Run）：用来快速执行到断点处，有时候你并不需要观看每步是怎么执行的，而是想快速的执行到程序的某个地方看结果，这个按钮就可以实现这样的功能，前提是你在查看的地方设置了断点；
7.3 停止运行：此按钮在程序一直执行的时候会变为有效，该按钮可以使程序停止下来，进入到单步调试状态；
7.4 执行进去：用来实现执行到某个函数里面去的功能，在没有函数的情况下，是等同于执行过去按钮的；
7.5 执行过去：在碰到有函数的地方，通过该按钮就可以单步执行过这个函数，而不进入这个函数单步执行；
7.6 执行出去：该按钮是在进入了函数单步调试的时候，有时候你可能不必再执行该函数的剩余部分了，通过该按钮就直接一步执行完函数余下的部分，并跳出函数，回到函数被调用的位置；
7.7 执行到光标处：该按钮可以迅速的使程序运行到光标处，其实是挺像执行到断点处按钮功能，但是两者是有区别的，断点可以有多个，但是光标所在处只有一个；
7.8 汇编窗口：通过该按钮，就可以查看汇编代码，这对分析程序很有用；
7.9 观看变量/堆栈窗口：该按钮按下，会弹出一个显示变量的窗口，在里面可以查看各种你想要看的变量值；
7.10 内存查看窗口：内存查看窗口，可以在里面输入你要查看的内存地址，然后观察这一片内存的变化情况；
7.11 串口打印窗口：该按钮按下，会弹出一个类似串口调试助手界面的窗口，用来显示从串口打印出来的内容；
7.12 逻辑分析窗口：按下该按钮会弹出一个逻辑分析窗口，通过 SETUP 按钮新建一些 IO 口，就可以观察这些 IO 口的电平变化情况，以多种形式显示出来；
7.13 系统查看窗口：按下该按钮，会弹出一个观看各个函数执行时间和所占百分比的窗口，用来分析函数的性能是比较有用的。

8. ST-LINK硬件仿真调试
8.1 硬件连接：ST-LINK仿真器一端连接在开发版上，另一端通过USB数据线连接到电脑上（用于下载程序至开发版）；另用一根USB连接线一端连接在开发版串口上，另一端连接在电脑上（用于串口调试数据查看）；
8.2 在Debug界面，选择Use ST-LINK Debugger，其他同软件仿真设置一样；

8.3 在MDK软件中，单击Download将程序下载到开发版中，单击Start/Stop Debug Session开始仿真调试；
8.4 打开串口调试助手，单击执行到断点处（若没有设置断点，则程序一直运行），此时可以在串口调试助手上观察到相应数据。

9. 仿真仿真中的逻辑分析模块
9.1 逻辑分析模块只对软件仿真有效，对硬件仿真无效；
9.2 若在程序中定义了一些GPIO引脚，可在逻辑分析窗口中设置，观察该引脚的高低电平，以跑马灯为例，在设置逻辑分析窗口中，新建逻辑分析信号，输入PORTB.5，回车后如下图所示，则可以观察PB5的高低电平运行情况。