嵌入式程序的下载与调试

注：本例为:正点原子附带例程：实验 0-2 Template 工程模板- 调试章节使用

一. STM32 软件仿真

MDK 的一个强大的功能就是提供软件仿真，通过软件仿真，我们可以发现很多将要出现的问题，避免了下载到 STM32 里面来查这些错误，这样最大的好处是能很方便的检查程序存在的问题，因为在 MDK 的仿真下面，你可以查看很多硬件相关的寄存器，通过观察这些寄存器，你可以知道代码是不是真正有效。另外一个优点是不必频繁的刷机，从而延长了 STM32的 FLASH 寿命（STM32 的 FLASH 寿命≥1W 次）。当然，软件仿真不是万能的，很多问题还是要到在线调试才能发现。废话不多说了，接下来我们开始进行软件仿真。
在开始软件仿真之前，先检查一下配置是不是正确，在 IDE 里面点击 。确定 Target 选项卡内容如图 所示（主要检查芯片型号和晶振频率，其他的一般默认就可以）：

确认了芯片以及外部晶振频率（8.0Mhz）之后，基本上就确定了 MDK5.14 软件仿真的硬件环境了，接下来，我们再点击 Debug 选项卡，设置为如图 所示：

在图中，选择：Use Simulator，即使用软件仿真。选择：Run to main()，即跳过汇编代码，直接跳转到 main 函数开始仿真。 设置下方的：Dialog DLL 分别为：DARMSTM.DLL和 和 TARMSTM.DLL ，Parameter 均为：
-pSTM32F103RC ，用于设置支持 STM32F103RC 的软过 硬件仿真（即可以通过 Peripherals ） 选择对应外设的对话框观察仿真结果）。最后点OK，完成设置。接下来，我们点击 （开始/停止仿真按钮），开始仿真（这里大家要注意，仿真之前，请先编译一下工程），出现如图 所示界面：

可以发现，多出了一个工具条，这就是 Debug 工具条，这个工具条在我们仿真的时候是非常有用的，下面简单介绍一下 Debug 工具条相关按钮的功能。Debug 工具条部分按钮的功能如图所示：

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。
执行到断点处：该按钮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。
挂起：此按钮在程序一直执行的时候会变为有效，通过按该按钮，就可以使程序停止下来，进入到单步调试状态。
执行进去：该按钮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。
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。
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。
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。
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。
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，也是很常用的一个调试窗口。
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。
内存查看窗口：该按钮按下，会弹出一个内存查看窗口，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。是很常用的一个调试窗口
性能分析窗口：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。
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，比较直观。
Debug 工具条上的其他几个按钮用的比较少，我们这里就不介绍了。以上介绍的是比较常用的，当然也不是每次都用得着这么多，具体看你程序调试的时候有没有必要观看这些东西，来决定要不要看。这样，我们在上面的仿真界面里面 选内存查看窗口、串口打印窗口。然后调节一下这两个窗口的位置，如图 所示：这个是用来查看UART的。

我们现在先不忙着往下执行，点击菜单栏的 Peripherals->USARTs->USART 1。可以看到，有很多外设可以查看，这里我们查看的是串口 1 的情况。如图 所示：

单击 USART1 后会在 IDE 之外出现一个如图 （a）所示的界面：

图 （a）是 STM32 的串口 1 的默认设置状态，从中可以看到所有与串口相关的寄存器全部在这上面表示出来了，而且有当前串口的波特率等信息的显示。我们接着单击一下 ，执行完串口初始化函数，得到了如图 （b）所示的串口信息。大家可以对比一下这两个图的区别，就知道在 uart_init(9600)这个函数里面大概执行了哪些操作。通过图 （b），我们可以查看串口 1 的各个寄存器设置状态，从而判断我们写的代码是否有问题，只有这里的设置正确了之后，才有可能在硬件上正确的执行。同样这样的方法也可以适用于很多其他外设，这个读者慢慢体会吧！这一方法不论是在排错还是在编写代码的时候，都是非常有用的。然后我们继续单击 按钮，一步步执行，最后就会看到在 USART #1 中打印出相关的信息，如图 所示：

图中红色方框内的数据是串口 1 打印出来的，证明我们的仿真是通过的，代码运行时会在串口 1 不停的输出 t 的值，每 0.5s 执行一次。软件仿真的时间可以在 IDE 的最下面（右下角）观看到，如图 3.4.1.10 所示。并且 t 自增，与我们预期的一致。接下来，我们再点击 即可退出调试。

二.STM32 串口 程序下载

STM32 的程序下载有多种方法：USB、串口、JTAG、SWD 等，这几种方式，都可以用来给 STM32 下载代码。不过，我们最常用的，最经济的，就是通过串口给 STM32 下载代码。为了让下下载完后可以按复位执行程序，我们建议大家把 BOOT1 和 BOOT0 都设置为 0。
其实USB下载也是通过USB转串口下载的，只不过不用串口线了。串口即UART。（前提是电脑上装好了串口驱动 CH340G）
在安装了 USB 串口驱动之后，我们就可以开始串口下载代码了，这里我们的串口下载软件选择的是flymcu，该软件是 mcuisp 的升级版本（flymcu 新增对 STM32F4 的支持），由ALIENTEK提供部分赞助，mcuisp 作者开发，该软件可以在 www.mcuisp.com 免费下载。
然后我们选择要下载的 Hex 文件，以前面我们新建的工程为例，因为我们前面在工程建立的时候，就已经设置了生成 Hex 文件，所以编译的时候已经生成了 Hex 文件，我们只需要找到这个 Hex 文件下载即可。如图注意红色位置：

三.JLINK下载与调试程序

如果代码工程比较大，难免存在一些 bug，这时，就有必要通过硬件调
试来解决问题了。串口只能下载代码，并不能实时跟踪调试，而利用调试工具，比如 JLINK、ULINK、STLINK等就可以实时跟踪程序，从而找到程序中的 bug，使开发事半功倍。这里我们以 JLINKV8 为例，说说如何在线调试 STM32。JLINK V8 支持 JTAG 和 SWD，同时 STM32 也支持 JTAG 和 SWD。所以，我们有 2 种方式可以用来调试，JTAG 调试的时候，占用的 IO 线比较多，而 SWD 调试的时候占用的 IO 线很少，只需要两根即可。首先，用 JLINK 进行下载与调试，大家要在硬件上，把 JLINK 用 USB 线连接到电脑 usb和板子的 JTAG 接口上。JLINK V8 的驱动安装比较简单，我们在这里就不说了。在安装了 JLINK V8 的驱动之后，我们接上 JLINK V8，并把 JTAG 口插到 ALIENTEK miniSTM32 开发板上，打开工程点击 。打开 Options for Target 选项卡，在 Debug 栏选择仿真工具为 Cortex-M3J-LINK，如图 所示：

上图中我们还勾选了 Run to main()，该选项选中后，只要点击仿真就会直接运行到 main 函数，如果没选择这个选项，则会先执startup_stm32f10x_hd.s 文件的 Reset_Handler，再跳到main 函数。然后我们点击 Settings，设置 J-LINK 的一些参数，如图所示：

我们使用 J-LINK V8 的 SW 模式调试，因为我们 JTAG 需要占用比 SW 模式多很多的 IO 口，而在 ALIENTEK miniSTM32 开发板上这些 IO 口可能被其他外设用到，可能造成部分外设无法使用。所以，我们建议大家在调试的时候，一定要选择 SW 模式。Max Clock，可以点击 Auto Clk 来自动设置，图 中我们设置 SWD 的调试速度为 10Mhz，这里，如果你的 USB 数据线比较差，那么可能会出问题，此时，你可以通过降低这里的速率来试试。单击 OK，完成此部分设置，接下来我们还需要在 Utilities 选项卡里面设置下载时的目标编程器，如图所示：

图 中，我们直接勾选 Use Debug Driver，即和调试一样，选择 JLINK 来给目标器件的 FLASH 编程，然后点击 Settings 按钮，进入 FLASH 算法设置，设置如图 所示：

上图中我们还勾选了 Run to main()，该选项选中后，只要点击仿真就会直接运行到 main 函数，如果没选择这个选项，则会先执startup_stm32f10x_hd.s 文件的 Reset_Handler，再跳到main 函数。然后我们点击 Settings，设置 J-LINK 的一些参数，如图 所示：

这里 MDK5 会根据我们新建工程时选择的目标器件，自动设置 flash 算法。我们使用的是STM32F103RCT6，FLASH 容量为 256K 字节，属于高容量系列，所以 Programming Algorithm里面默认会有 512K 型号的 STM32F10x High-density Flash 算法（注意：256K 和 512K 共用）。另外，如果这里没有 flash 算法，大家可以点击 Add 按钮，自行添加即可。最后选中 Reset and Run选项，以实现在编程后自动启动，其他默认设置即可。设置完成之后，如图 所示：

在设置完之后，点击 OK，然后再点击 OK，回到 IDE 界面，编译一下工程。接下来我们就可以通过 JLINK 下载代码和调试代码。配置好 JLINK 之后，使用 JLINK 下载代码就非常简单，大家只需要点击 LOAD 按钮就可以进行程序下载。下载完成之后程序就可以直接在开发板执行。
硬件调试：和 软件仿真一样的方法操作，不过这是真正的在硬件上的运行，而不是软件仿真，其结果更可信。