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 
#include 
#include 
#include 

#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, ®_value);
    printf("SP: 0x%08X\n", reg_value);
    SWD_ReadReg(0xE000EDF0, ®_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：

操作码	描述
0x00	保留
0x01	读取DP寄存器
0x02	写入DP寄存器
0x03	读取AP寄存器
0x04	写入AP寄存器
0x05	读取寄存器
0x06	写入寄存器
0x07	读取内存
0x08	写入内存
0x09	读取Debug寄存器
0x0A	写入Debug寄存器
0x0B	读取Core寄存器
0x0C	写入Core寄存器
0x0D	读取Core寄存器
0x0E	写入Core寄存器
0x0F	保留

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：

操作码	描述
0x10	保留
0x11	读取DP寄存器
0x12	写入DP寄存器
0x13	读取AP寄存器
0x14	写入AP寄存器
0x15	读取寄存器
0x16	写入寄存器
0x17	读取内存
0x18	写入内存
0x19	读取Debug寄存器
0x1A	写入Debug寄存器
0x1B	读取Core寄存器
0x1C	写入Core寄存器
0x1D	读取Core寄存器
0x1E	写入Core寄存器
0x1F	保留

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);
}