1、日常聊一聊

jlink調(diào)試器需要講得東西真的非常多，可能大部分的小伙伴在日常的開(kāi)發(fā)中只是用它來(lái)輔助我們的目標(biāo)芯片的開(kāi)發(fā)，基本上是把手中的調(diào)試器當(dāng)做一個(gè)"黑匣子"，不過(guò)在使用過(guò)程中也會(huì)遇到一些與我們思路相悖的現(xiàn)象，所以作者這里用一篇文章帶大家了解一下調(diào)試器的一般處理過(guò)程以便在了解調(diào)試器的原理上來(lái)解釋相關(guān)現(xiàn)象。

2、JTAG接口

我們平時(shí)使用的jlink調(diào)試器就是使用JTAG接口，JTAG以前是用于測(cè)試芯片的一種通信方式，現(xiàn)在部分ARM或者DSP等都存在JTAG接口，這樣我們就可以通過(guò)JTAG接口訪問(wèn)CPU以及其內(nèi)部狀態(tài)信息等，JTAG接口其通信信號(hào)為JTAG信號(hào)，JTAG信號(hào)在IEEE相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中必須要有TCK、TMS、TDI，TDO四個(gè)信號(hào)，TRST和STCK不做強(qiáng)制要求。說(shuō)實(shí)在的這幾個(gè)信號(hào)非常類似于SPI信號(hào)，而且其JTAG數(shù)據(jù)傳輸也是通過(guò)數(shù)據(jù)移位的方式。

如上圖所示芯片的的JTAG接口為了提高訪問(wèn)效率設(shè)計(jì)了轉(zhuǎn)移狀態(tài)機(jī)，這樣就能快速訪問(wèn)到芯片內(nèi)部相應(yīng)的寄存器，完成調(diào)試數(shù)據(jù)的傳輸，從而我們的KEIL或者IAR就能通過(guò)界面上看到相應(yīng)狀態(tài)寄存器及數(shù)據(jù)等。

3、邊界掃描鏈

我們1)小節(jié)說(shuō)的狀態(tài)機(jī)需要與芯片內(nèi)部交互，那么實(shí)際上是通過(guò)邊界掃描鏈進(jìn)行物理上的串行移位的方式輸入或者輸出相應(yīng)的內(nèi)部狀態(tài)信息。如下圖所示處理器的周圍紅色區(qū)域即為邊界掃描鏈，邊界掃描鏈?zhǔn)怯梢粋€(gè)個(gè)移位寄存器連接而成，并且一般芯片中存在多條，不同的掃描鏈對(duì)應(yīng)著不同的功能，比如說(shuō)一些掃描鏈用于訪問(wèn)內(nèi)存或者處理器中的數(shù)據(jù)，有些掃描鏈用于設(shè)置或者訪問(wèn)內(nèi)部debug模塊等。

由于我們掃描鏈只能訪問(wèn)CPU外圍的相關(guān)狀態(tài)信息，對(duì)于CPU內(nèi)部信息需要用另外一種方式，通過(guò)JTAG接口傳輸相關(guān)命令讓CPU執(zhí)行相關(guān)命令把內(nèi)部寄存器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到TAP可以直接訪問(wèn)的位置，然后傳遞出來(lái)，同時(shí)也可以通過(guò)相關(guān)指令把相應(yīng)數(shù)據(jù)寫入到CPU寄存器中。我們平時(shí)在IDE中調(diào)試界面看到的全局變量的數(shù)據(jù)，就是通過(guò)在TAP可以訪問(wèn)的位置放置內(nèi)存的地址，然后讓CPU執(zhí)行相關(guān)命令讀取地址訪問(wèn)內(nèi)存并把數(shù)據(jù)放到TAP可以訪問(wèn)的位置后傳輸出來(lái)直到IDE中顯示。

4、調(diào)試器進(jìn)行程序調(diào)試過(guò)程

我們的程序一般分為在RAM和FLASH上調(diào)試運(yùn)行，然后調(diào)試器的下載程序過(guò)程是不同的，我們都知道對(duì)于內(nèi)部RAM我們的CPU是可以直接訪問(wèn)的，其RAM直接連接在數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線上，并且其接口都是標(biāo)準(zhǔn)化的，那么如果我們把程序放在RAM上運(yùn)行通過(guò)JTAG直接下載程序到RAM運(yùn)行，然后復(fù)位CPU進(jìn)行調(diào)試運(yùn)行即可，可是由于芯片中的FLASH型號(hào)等差異較大，并且對(duì)于FLASH的讀、寫擦除都需要特殊的命令，不同型號(hào)存在著較大的差異，所以如果進(jìn)行FLASH上運(yùn)行調(diào)試程序還不能像RAM上運(yùn)行一樣處理。

那么目前的KEIL，IAR等等IDE工具是如何下載并在FLASH中調(diào)試程序的呢?我們熟悉KEIL、IAR進(jìn)行開(kāi)發(fā)的小伙伴應(yīng)該知道，我們?cè)谶M(jìn)行JLink調(diào)試的時(shí)候會(huì)有一個(gè)選擇FLASH類型的對(duì)話框，(如下圖所示)。

那么我們可以大致猜想一下，由于FLASH的驅(qū)動(dòng)不一樣，我們進(jìn)行把對(duì)應(yīng)的FLASH驅(qū)動(dòng)下載到芯片中，然后根據(jù)下載的驅(qū)動(dòng)對(duì)FLASH進(jìn)行操作把我們的程序燒錄進(jìn)入即可進(jìn)行調(diào)試了，這里我們一般都會(huì)把該驅(qū)動(dòng)程序叫做FlashLoader，我們平時(shí)比較熟悉的是BootLoader，其實(shí)兩種其實(shí)原理都是差不多，其中下載部分都是接受程序數(shù)據(jù)，然后寫入到對(duì)應(yīng)的FLASH中，只是兩者在通訊方式和作用有所區(qū)別罷了，那么我繪制一個(gè)大體的過(guò)程給大家參考學(xué)習(xí):

通過(guò)上面的圖我們應(yīng)該清楚的了解到了通過(guò)jlink一般如何把固件燒錄到FLASH上進(jìn)行仿真運(yùn)行的了，然而這個(gè)思路我們也可以用在我們的實(shí)際開(kāi)發(fā)過(guò)程中比如不同芯片的升級(jí)軟件開(kāi)發(fā)等，來(lái)為我們所用。

5、最后小節(jié)一下

上面的知識(shí)限于篇幅沒(méi)有講得太深，很東西可能在我們的開(kāi)發(fā)過(guò)程也用不到，大致了解一下其過(guò)程即可，如果以后討論相關(guān)問(wèn)題可以再另外尋找相關(guān)資料進(jìn)行閱讀理解。其實(shí)說(shuō)白了JTAG就是一種通信協(xié)議，根據(jù)該通信協(xié)議發(fā)送相關(guān)命令等通過(guò)芯片內(nèi)部處理便可訪問(wèn)芯片內(nèi)部狀態(tài)或者修改相應(yīng)數(shù)據(jù)等，如果我們程序全速運(yùn)行的話其調(diào)試模式和脫機(jī)模式基本上是一樣的性能，不過(guò)遇到了斷點(diǎn)就需要分情況討論相關(guān)問(wèn)題了，對(duì)于需要連貫操作的通信及相關(guān)任務(wù)處理等會(huì)造成實(shí)效或者錯(cuò)亂，比如串口通信當(dāng)正在接受過(guò)程中被斷點(diǎn)打斷可能就會(huì)丟失本幀數(shù)據(jù)等，大家要注意下。

審核編輯：黃飛