C语言实现ARM MCU SWD离线调试器

以下是一个使用C语言实现ARM MCU SWD离线调试器的示例代码，该代码可以读取目标设备的寄存器和内存：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdint.h>
#include <string.h>

#define SWDIO_PIN 0
#define SWCLK_PIN 1

#define SWDIO_H() GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0)
#define SWDIO_L() GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0)
#define SWCLK_H() GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1)
#define SWCLK_L() GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1)

#define SWDIO_OUT() GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP
#define SWDIO_IN() GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

void SWD_Init(void);
uint8_t SWD_SendByte(uint8_t data);
void SWD_SendBit(uint8_t bit);
uint8_t SWD_ReceiveBit(void);
void SWD_SendData(uint8_t *data, uint32_t len);
void SWD_ReceiveData(uint8_t *data, uint32_t len);
void SWD_ReadReg(uint8_t addr, uint32_t *data);
void SWD_WriteReg(uint8_t addr, uint32_t data);
void SWD_ReadMem(uint32_t addr, uint8_t *data, uint32_t len);
void SWD_WriteMem(uint32_t addr, uint8_t *data, uint32_t len);

int main(void)
{
    uint32_t reg_value;
    uint8_t mem_data[256];

    // 初始化GPIO
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    // 初始化SWD接口
    SWD_Init();

    // 读取寄存器
    SWD_ReadReg(0xE000EDFC, &reg_value);
    printf("SP: 0x%08X\n", reg_value);
    SWD_ReadReg(0xE000EDF0, &reg_value);
    printf("PC: 0x%08X\n", reg_value);

    // 读取内存
    SWD_ReadMem(0x08000000, mem_data, sizeof(mem_data));
    for (int i = 0; i < sizeof(mem_data); i += 4) {
        printf("0x%08X: %02X %02X %02X %02X\n",
            0x08000000 + i,
            mem_data[i], mem_data[i+1], mem_data[i+2], mem_data[i+3]);
    }

    return 0;
}

void SWD_Init(void)
{
    // 发送复位序列
    SWDIO_OUT();
    SWDIO_H();
    for (int i = 0; i < 50; i++) {
        SWCLK_L();
        SWDIO_L();
        SWCLK_H();
    }

    // 发送SWD初始化序列
    SWD_SendByte(0x9E);
    SWD_SendByte(0xE7);
    SWD_SendByte(0x00);
    SWD_SendByte(0x00);
    SWD_SendByte(0x00);
}

uint8_t SWD_SendByte(uint8_t data)
{
    uint8_t result = 0;

    for (int i = 0; i < 8; i++) {
        if (data & (1 << i)) {
            SWD_SendBit(1);
        } else {
            SWD_SendBit(0);
        }
    }

    SWDIO_IN();
    SWD_ReceiveBit();

    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        result |= SWD_ReceiveBit() << i;
    }

    SWDIO_OUT();
    return result;
}

void SWD_SendBit(uint8_t bit)
{
    if (bit) {
        SWDIO_H();
    } else {
        SWDIO_L();
    }

    SWCLK_L();
    SWCLK_H();
}

uint8_t SWD_ReceiveBit(void)
{
    uint8_t bit;

    SWDIO_IN();
    bit = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_0);
    SWCLK_L();
    SWCLK_H();

    return bit;
}

void SWD_SendData(uint8_t *data, uint32_t len)
{
    for (int i = 0; i < len; i++) {
        SWD_SendByte(data[i]);
    }
}

void SWD_ReceiveData(uint8_t *data, uint32_t len)
{
    for (int i = 0; i < len; i++) {
        data[i] = SWD_SendByte(0xFF);
    }
}

void SWD_ReadReg(uint8_t addr, uint32_t *data)
{
    uint8_t req[3];
    uint8_t res[4];

    req[0] = 0xA3;
    req[1] = addr | 0x80;
    req[2] = 0x00;

    SWD_SendData(req, sizeof(req));
    SWD_ReceiveData(res, sizeof(res));

    *data = (res[0] << 0) | (res[1] << 8) | (res[2] << 16) | (res[3] << 24);
}

void SWD_WriteReg(uint8_t addr, uint32_t data)
{
    uint8_t req[7];

    req[0] = 0x83;
    req[1] = addr | 0x80;
    req[2] = (data >> 0) & 0xFF;
    req[3] = (data >> 8) & 0xFF;
    req[4] = (data >> 16) & 0xFF;
    req[5] = (data >> 24) & 0xFF;
    req[6] = 0x00;

    SWD_SendData(req, sizeof(req));
}

void SWD_ReadMem(uint32_t addr, uint8_t *data, uint32_t len)
{
    uint8_t req[5];
    uint8_t res[4];

    req[0] = 0xA3;
    req[1] = (addr >> 0) & 0xFF;
    req[2] = (addr >> 8) & 0xFF;
    req[3] = (addr >> 16) & 0xFF;
    req[4] = (addr >> 24) & 0xFF;

    SWD_SendData(req, sizeof(req));

    for (int i = 0; i < len; i += 4) {
        SWD_ReceiveData(res, sizeof(res));
        data[i] = res[0];
        data[i+1] = res[1];
        data[i+2] = res[2];
        data[i+3] = res[3];
    }
}

void SWD_WriteMem(uint32_t addr, uint8_t *data, uint32_t len)
{
    uint8_t req[5];

    req[0] = 0x83;
    req[1] = (addr >> 0) & 0xFF;
    req[2] = (addr >> 8) & 0xFF;
    req[3] = (addr >> 16) & 0xFF;
    req[4] = (addr >> 24) & 0xFF;

    SWD_SendData(req, sizeof(req));
    SWD_SendData(data, len);
}

该代码使用STM32F103C8T6作为调试器，通过SWD接口连接目标设备。调试器通过GPIO控制SWD接口的时钟和数据线，实现SWD协议的相关功能。该代码实现了读取寄存器和读取内存的功能，可以用于基本的ARM MCU离线调试。需要注意的是，该代码仅供参考，实际应用需要根据具体的需求进行修改和优化。

ARM SWD（Serial Wire Debug）协议是一种用于ARM Cortex-M系列微控制器的调试协议。SWD协议使用两根线（SWDIO和SWCLK）实现调试功能，相比于JTAG协议而言，SWD协议的引脚数量更少，因此更加适合于成本和空间有限的应用场景。

SWD协议通过SWCLK线提供时钟信号，通过SWDIO线实现数据传输。SWD协议支持两种传输方式：请求-响应方式和数据-响应方式。

在请求-响应方式中，调试器向目标设备发送请求，目标设备接收到请求后回复响应。请求和响应都包含一个8位的操作码和一个32位的数据。请求和响应的操作码定义如下：

在数据-响应方式中，调试器向目标设备发送数据，目标设备接收到数据后回复响应。数据和响应都包含一个8位的操作码和一个可变长度的数据。操作码定义如下：

SWD协议的数据传输使用了一种称为“Manchester编码”的技术，即将每个位拆分成两个相邻的位，用高电平和低电平分别表示0和1。这样做的好处是可以减少传输过程中的电平变化次数，提高传输速率和抗干扰能力。

SWD协议还支持调试器与目标设备之间的断电模式。在断电模式下，目标设备进入低功耗模式，调试器可以控制目标设备的电源，从而实现远程调试的功能。

总之，ARM SWD协议是一种简单、高效、低成本的调试协议，被广泛应用于ARM Cortex-M系列微控制器的调试和开发中。

分析 ARM JTAG 协议

ARM JTAG（Joint Test Action Group）协议是一种用于测试和调试电子设备的标准协议。JTAG协议可以用于测试电路板上的连线、测试器件的电气特性、下载程序到设备等。

在ARM Cortex-M系列微控制器中，JTAG协议被用作调试协议。JTAG协议使用4根线（TCK、TMS、TDI和TDO）实现调试功能。其中，TCK是时钟线，TMS是状态控制线，TDI是数据输入线，TDO是数据输出线。

JTAG协议使用“Test Access Port”（TAP）连接到目标设备的JTAG接口。TAP是一个状态机，包含多个状态。JTAG协议使用TMS线控制TAP的状态转换。TAP的状态转换如下：

1. Test-Logic-Reset（TLR）状态：将TAP重置为初始状态。

2. Run-Test/Idle（RTI）状态：TAP进入空闲状态，等待下一个命令。

3. Select-DR-Scan（SDR）状态：TAP选择数据寄存器扫描。

4. Capture-DR（CDR）状态：TAP捕获数据寄存器。

5. Shift-DR（SDR）状态：TAP移位数据寄存器。

6. Exit-1-DR（EDR1）状态：TAP退出数据寄存器1。

7. Pause-DR（PDR）状态：TAP暂停数据寄存器。

8. Exit-2-DR（EDR2）状态：TAP退出数据寄存器2。

9. Update-DR（UDR）状态：TAP更新数据寄存器。

JTAG协议支持两种数据传输方式：串行方式和并行方式。在串行方式下，数据从TDI线输入，从TDO线输出。在并行方式下，数据在多个数据线上同时传输，速度更快。

JTAG协议还支持调试器与目标设备之间的断电模式。在断电模式下，目标设备进入低功耗模式，调试器可以控制目标设备的电源，从而实现远程调试的功能。

总之，ARM JTAG协议是一种广泛应用于测试和调试电子设备的标准协议，被用作ARM Cortex-M系列微控制器的调试协议。JTAG协议使用简单，但是引脚数量较多，因此不太适合于成本和空间有限的应用场景。

实现ARM MCU SWD 离线调试器

实现ARM MCU SWD离线调试器的步骤如下：

1. 准备硬件：需要一块支持SWD协议的ARM Cortex-M系列微控制器，例如STM32F103C8T6等，以及一个USB转串口模块。

2. 搭建开发环境：使用Keil或者其他ARM开发工具搭建开发环境，编写C程序实现SWD协议的相关功能。

3. 实现SWD协议：根据SWD协议的规范，实现SWD协议的相关功能，例如初始化SWD接口、读写寄存器、读写内存等。

4. 实现命令解析器：编写命令解析器，支持通过串口发送命令，实现读写寄存器、读写内存、执行指令等功能。

5. 实现USB转串口功能：使用USB转串口模块，将调试器与PC连接起来，实现命令的收发功能。

6. 测试调试器：编写测试程序，使用调试器调试目标设备，检查调试器的功能是否正常。

需要注意的是，实现SWD离线调试器需要具备一定的硬件和软件开发能力，需要熟悉SWD协议的规范和相关开发工具的使用。另外，SWD离线调试器的功能相对有限，仅能实现基本的调试功能，对于复杂的调试任务可能不够满足需求。

PyOCD是一个Python库，用于控制和调试ARM Cortex-M设备。要使用PyOCD编写ARM调试器，需要安装PyOCD库和Python环境。

以下是一个使用PyOCD编写的ARM调试器示例程序，该程序使用STM32F4 Discovery开发板的板载LED灯：

import pyocd.core.helpers as helpers import time # 创建调试器对象 with helpers.session_with_chosen_probe(unique_id=None, **{}) as session: # 连接目标板 board = session.board board.target.reset() print("Target connected") # 初始化板载LED灯 leds = [board.target.aps[0].dap.read_reg(0x40020C14), board.target.aps[0].dap.read_reg(0x40020C14) + 0x04, board.target.aps[0].dap.read_reg(0x40020C14) + 0x08, board.target.aps[0].dap.read_reg(0x40020C14) + 0x0C] for led in leds: board.target.write_memory(led, 0x00000000) # 使用ARM指令循环控制LED灯闪烁 while True: for i in range(1000000): pass board.target.write_memory(0x20000000, 0x1000) reg_value = board.target.read_memory(0x20000000) board.target.write_memory(0x20000000, reg_value | 0xF000) for led in leds: board.target.write_memory(led, board.target.read_memory(0x20000000)) # 断开连接 board.target.reset() session.probe.close() print("Target disconnected")

该程序使用PyOCD库创建了一个调试器对象，然后连接了STM32F4 Discovery开发板。接着，程序初始化了板载LED灯，然后使用ARM指令循环控制LED灯闪烁。在循环中，使用PyOCD库读写内存和寄存器，控制LED灯的状态。

将程序保存为.py文件后，使用命令行运行该文件即可启动调试器。程序运行时，会连接目标板并控制LED灯闪烁。如果程序正常运行，LED灯应该会不断闪烁。

int main(void)
{
  int a = 1;
  int b = 2;
  int c = a + b;
  __asm volatile ("bkpt #0");
  int d = c * 2;
  while (1);
}