基于的RT-THREAD+CherryUSB的daplink實(shí)現(xiàn)原理

這篇文章主要描述利用RT-THREAD+CherryUSB制作DapLink調(diào)試器(R_DapLink)全流程。

這里先感謝網(wǎng)友：sakumisu提供cherryUSB協(xié)議棧的技術(shù)支持。

什么是下載調(diào)試器簡單來說，下載調(diào)試器是將PC（例如通過USB協(xié)議）發(fā)送的命令轉(zhuǎn)換為MCU（負(fù)責(zé)MCU內(nèi)部外圍設(shè)備）理解的語言（例如SWD或JTAG協(xié)議）的設(shè)備，加載代碼并精確控制執(zhí)行。

什么是標(biāo)準(zhǔn)簡單來說，標(biāo)準(zhǔn)是一組規(guī)則和協(xié)議，特定行業(yè)中的每個(gè)參與者都同意遵循并執(zhí)行。符合某種內(nèi)核的單片機(jī)Q,都可以使用這種協(xié)議來下載程序。JTAG和SWD其實(shí)都是一種標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議。比如JTAG和SWD,都支特下載ARMQ內(nèi)核單片機(jī)的程序。

各種調(diào)試器的區(qū)別

「J-Link：」最有名氣、各種渠道版本最多，號稱支持芯片量最多。

適合場景：如果項(xiàng)目文件比較大，首選！下載又快又穩(wěn)，仿真調(diào)試也是杠杠的神器。

優(yōu)點(diǎn)：最快、穩(wěn)如老狗。STM32F407芯片+109K代碼實(shí)測8秒完成燒錄過程。

缺點(diǎn)：最貴，和諧版都四五十元起步，正版上至數(shù)千元。注意：V9版本以下的J-Link大多數(shù)不支持STM8。

「ST-Link：」隨著STM32這十年八年的壟斷，ST-Link也跟著發(fā)大火了, 妥妥銷量一哥。

適合場景：學(xué)校里開STM32課程的，幾乎每個(gè)宿舍都有吧~

優(yōu)點(diǎn)：便宜、便宜，便宜！x寶13元包郵。特別注意一下：驅(qū)動(dòng)包就在KEIL本身的文件夾里頭，你說它多火。

缺點(diǎn)：不夠穩(wěn)定! 可能不時(shí)的來個(gè)彈窗。

「CMSIS-DAP：」軟硬件開源！這兩三年，含量在火箭式起飛。很多人知道它是因?yàn)榧夹⌒潞土?chuàng)EDA的開源工程。比STLink稍貴。

適合場景：玩stm32的，這個(gè)是最優(yōu)選擇。

優(yōu)點(diǎn)：開源、虛擬串口、免驅(qū)。大愛的虛擬串口，很爽、很爽, (有些下載器也有虛擬串口)，更愛它開源沒心病。

缺點(diǎn)：真沒啥缺點(diǎn)，能拼JLink的穩(wěn)定, 也能拼ST-Link的便宜，還沒版權(quán)問題！109K代碼燒錄實(shí)測10秒，也算杠杠的吧。

「DAP-Link：」CMSIS-DAP的升級版。

適合場景：嗯，如果你的動(dòng)手能力高超，這個(gè)最合適，軟硬都開源，可玩性極高，比如做個(gè)拖拽的脫機(jī)下載

優(yōu)點(diǎn)：拖拽燒錄、升級固件。包括了CMSIS-DAP的優(yōu)點(diǎn)：開源+虛擬串口+免驅(qū)。

缺點(diǎn)：真沒啥缺點(diǎn)，能拼JLink的穩(wěn)定, 也能拼ST-Link的便宜，還沒版權(quán)問題！

R_DapLink說明

R_DapLink支持：DapLink+CDC（虛擬串口），采用USB2.1協(xié)議。采用GPIO模擬SWD時(shí)序

硬件準(zhǔn)備

R_DapLink的硬件采用stm32f103c8t6，內(nèi)核：ARM Cortex-M3，主頻：72MHz，F(xiàn)lash：64KB，RAM：20KB。

開發(fā)板我們需要做一些改動(dòng)，由于SWD的數(shù)據(jù)線有輸入和輸出，我們這里采用兩個(gè)引腳合并成一個(gè)引腳作為SWD的數(shù)據(jù)線。stm32的GPIOB0作為SWD的數(shù)據(jù)線的輸出，stm32的GPIOA7作為SWD的數(shù)據(jù)線的輸入。

準(zhǔn)備一個(gè)現(xiàn)成的調(diào)試器來調(diào)試我們的R_DapLink，這里采用正點(diǎn)原子的DapLink。

R_DapLink支持CDC（虛擬串口），所以我們還需要一個(gè)串口工具，這里采用CH340。

軟件準(zhǔn)備

R_DapLink采用RT-Thread作為我們實(shí)時(shí)系統(tǒng)，提供系統(tǒng)調(diào)度，IPC通信。選擇RT-Thread的原因：RT-Thread已經(jīng)包含了cherryUSB協(xié)議棧軟件，這給我減少了很多移植的工作量。

R_DapLink的USB協(xié)議棧采用cherryUSB協(xié)議棧，其代碼鏈接：https://github.com/cherry-embedded/CherryUSB。cherryUSB協(xié)議棧提供了對應(yīng)的文檔，其文檔鏈接：https://cherryusb.readthedocs.io/zh-cn/latest/

DAPLink：Arm Mbed DAPLink是一個(gè)開源軟件項(xiàng)目，可以對Arm Cortex CPU上運(yùn)行的應(yīng)用程序進(jìn)行編程和調(diào)試。其鏈接：https://github.com/ARMmbed/DAPLink

移植DapLink

準(zhǔn)備rt-thread工程

下載rt-thread的源碼，源碼鏈接：https://gitee.com/rtthread/rt-thread，我們采用4.1.1的版本，所以下載完源碼需要切換到4.1.1版本中。

下載完源碼，進(jìn)入stm32f103-blue-pill這個(gè)BSP，路徑：xxxspstm32stm32f103-blue-pill，通過env工具dist出來，

從dist目錄下拷貝stm32f103-blue-pill工程出來，并修改名字為：r_daplink。

增加cherryUSB軟件包

進(jìn)入上面準(zhǔn)備好的工程：r_daplink，在工程目錄中打開env工具，輸入menuconfig。

配置增加cherryUSB

r_daplink的USB是作為device，所以選擇選擇Device mode

r_daplink的usb的速度為全速，選擇FS，stm32f103c86的USB IP為FSDEV，并選擇上cdc，用于實(shí)現(xiàn)虛擬串口。

增加DAPLink源碼

下載DAPLink代碼，鏈接：https://github.com/ARMmbed/DAPLink

DAPLink代碼很多，但實(shí)際我們只用核心的部分，將DAPLink代碼中：sourcedaplinkcmsis-dap目錄拷貝到r_daplink工程中。

r_daplink工程中增加兩個(gè)文件：DAP_config.h和IO_Config.h文件。其中：DAP_config.h用于配置DAPLink的配置，并適配SWD時(shí)序模擬的GPIO，IO_Config.h用于配置SWD使用到的GPIO的描述。具體內(nèi)容看我的開源倉：https://gitee.com/RiceChen0/r_daplink。

USB適配

r_daplink的daplink采用winusb+cdc，其中包含3個(gè)接口，4個(gè)端點(diǎn)，其設(shè)備描述符適配：

constuint8_tcdc_winusb_descriptor[]={
USB_DEVICE_DESCRIPTOR_INIT(USB_2_1,0xEF,0x02,0x01,USBD_VID,USBD_PID,0x0100,0x01),
USB_CONFIG_DESCRIPTOR_INIT(USB_CONFIG_SIZE,0x03,0x01,USB_CONFIG_BUS_POWERED,USBD_MAX_POWER),
USB_INTERFACE_DESCRIPTOR_INIT(0x00,0x00,0x02,0xff,0x00,0x00,0x02),
USB_ENDPOINT_DESCRIPTOR_INIT(WINUSB_OUT_EP,0x02,USB_MAX_MPS,0x00),
USB_ENDPOINT_DESCRIPTOR_INIT(WINUSB_IN_EP,0x02,USB_MAX_MPS,0x00),
CDC_ACM_DESCRIPTOR_INIT(0x01,CDC_INT_EP,CDC_OUT_EP,CDC_IN_EP,USB_MAX_MPS,0x00),
///////////////////////////////////////
///string0descriptor
///////////////////////////////////////
USB_LANGID_INIT(USBD_LANGID_STRING),
///////////////////////////////////////
///string1descriptor
///////////////////////////////////////
0x12,/*bLength*/
USB_DESCRIPTOR_TYPE_STRING,/*bDescriptorType*/
'R',0x00,/*wcChar0*/
'i',0x00,/*wcChar1*/
'c',0x00,/*wcChar2*/
'e',0x00,/*wcChar3*/
'C',0x00,/*wcChar4*/
'h',0x00,/*wcChar5*/
'e',0x00,/*wcChar6*/
'n',0x00,/*wcChar7*/
///////////////////////////////////////
///string2descriptor
///////////////////////////////////////
0x1E,/*bLength*/
USB_DESCRIPTOR_TYPE_STRING,/*bDescriptorType*/
'R',0x00,/*wcChar0*/
'i',0x00,/*wcChar1*/
'c',0x00,/*wcChar2*/
'e',0x00,/*wcChar3*/
'',0x00,/*wcChar4*/
'C',0x00,/*wcChar5*/
'M',0x00,/*wcChar6*/
'S',0x00,/*wcChar7*/
'I',0x00,/*wcChar8*/
'S',0x00,/*wcChar9*/
'-',0x00,/*wcChar10*/
'D',0x00,/*wcChar11*/
'A',0x00,/*wcChar12*/
'P',0x00,/*wcChar13*/
///////////////////////////////////////
///string3descriptor
///////////////////////////////////////
0x1C,/*bLength*/
USB_DESCRIPTOR_TYPE_STRING,/*bDescriptorType*/
'R',0x00,/*wcChar0*/
'i',0x00,/*wcChar1*/
'c',0x00,/*wcChar2*/
'e',0x00,/*wcChar3*/
'-',0x00,/*wcChar4*/
'2',0x00,/*wcChar5*/
'0',0x00,/*wcChar6*/
'2',0x00,/*wcChar7*/
'3',0x00,/*wcChar8*/
'0',0x00,/*wcChar9*/
'1',0x00,/*wcChar10*/
'0',0x00,/*wcChar11*/
'1',0x00,/*wcChar12*/
0x00
};

winusb端點(diǎn)適配

voidusbd_winusb_out(uint8_tep,uint32_tnbytes)
{
usbd_ep_start_read(WINUSB_OUT_EP,usb2dap_buff[usb2dap_index],USB2DAP_PACK_SIZE);
}

voidusbd_winusb_in(uint8_tep,uint32_tnbytes)
{
if((nbytes%USB_MAX_MPS)==0&&nbytes){
usbd_ep_start_write(WINUSB_IN_EP,NULL,0);
}
}

structusbd_endpointwinusb_out_ep={
.ep_addr=WINUSB_OUT_EP,
.ep_cb=usbd_winusb_out
};

structusbd_endpointwinusb_in_ep={
.ep_addr=WINUSB_IN_EP,
.ep_cb=usbd_winusb_in
};

cdc端點(diǎn)適配

voidusbd_cdc_acm_bulk_out(uint8_tep,uint32_tnbytes)
{
usbd_ep_start_read(CDC_OUT_EP,usb2uart_buff,USB2UART_PACK_SIZE);
}

voidusbd_cdc_acm_bulk_in(uint8_tep,uint32_tnbytes)
{
if((nbytes%USB_MAX_MPS)==0&&nbytes){
usbd_ep_start_write(CDC_IN_EP,NULL,0);
}
}

structusbd_endpointcdc_out_ep={
.ep_addr=CDC_OUT_EP,
.ep_cb=usbd_cdc_acm_bulk_out
};

structusbd_endpointcdc_in_ep={
.ep_addr=CDC_IN_EP,
.ep_cb=usbd_cdc_acm_bulk_in
};

usb初始化

intusb_service_init(void)
{
usbd_desc_register(cdc_winusb_descriptor);
usbd_bos_desc_register(&bos_desc);
usbd_msosv2_desc_register(&msosv2_desc);

usbd_add_interface(&intf0);
usbd_add_endpoint(&winusb_out_ep);
usbd_add_endpoint(&winusb_in_ep);

usbd_add_interface(usbd_cdc_acm_init_intf(&intf0));
usbd_add_interface(usbd_cdc_acm_init_intf(&intf1));
usbd_add_endpoint(&cdc_out_ep);
usbd_add_endpoint(&cdc_in_ep);

usbd_initialize();
returnRT_EOK;
}

以上適配完將板子的USB插上電腦，通過設(shè)備管理器查看是否成功

cdc適配

我們采用串口3作為我們USB到串口的轉(zhuǎn)發(fā)。

cdc虛擬串口的配置傳給串口3，具體實(shí)現(xiàn)如下：

staticvoiduart_config_set(uart_config_t*config)
{
if(rt_memcmp(&uart_config,(rt_uint8_t*)config,sizeof(uart_config_t))!=0)
{
rt_memcpy((rt_uint8_t*)&uart_config,config,sizeof(uart_config_t));
uart_is_config=RT_TRUE;
}
if(uart_is_config)
{
structserial_configureserial_config=RT_SERIAL_CONFIG_DEFAULT;
if(uart_dev!=RT_NULL){
rt_device_close(uart_dev);
uart_dev=RT_NULL;
}

uart_is_config=RT_FALSE;
uart_dev=rt_device_find(UART_NAME);
serial_config.baud_rate=uart_config.baudrate;
serial_config.stop_bits=uart_config.stopbit;
serial_config.parity=uart_config.parity;
serial_config.data_bits=uart_config.databit;
serial_config.bufsz=UART_PACK_SIZE;
rt_device_control(uart_dev,RT_DEVICE_CTRL_CONFIG,&serial_config);

rt_device_open(uart_dev,RT_DEVICE_FLAG_DMA_RX);
rt_device_set_rx_indicate(uart_dev,uart_recv_isr);
}
}

cdc虛擬串口數(shù)據(jù)到串口3的實(shí)現(xiàn)如下：

voidusb2uart_handler(rt_uint8_t*data,rt_uint16_tlen)
{
if(uart_dev)
{
rt_device_write(uart_dev,0,data,len);
}
}

串口3數(shù)據(jù)到cdc虛擬串口的實(shí)現(xiàn)如下：

staticrt_err_tuart_recv_isr(rt_device_tdev,rt_size_tsize)
{
if(size>0)
{
rt_sem_release(&uart_rx_sem);
}
returnRT_EOK;
}

staticvoiduart2usb_handler(void*param)
{
rt_uint16_trx_size=0;
for(;;)
{
rt_sem_take(&uart_rx_sem,RT_WAITING_FOREVER);
if(uart_dev)
{
rx_size=rt_device_read(uart_dev,0,uart_rx_buff,UART_PACK_SIZE);
usb_service_uart2usb(uart_rx_buff,rx_size);
}
}
}

測試驗(yàn)證：

daplink適配

daplink的實(shí)現(xiàn)原理：將usb接收到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?/p>

DAP_ExecuteCommand()

函數(shù)，并且從這個(gè)函數(shù)獲取返回?cái)?shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絬sb上。

我們將usb接收到數(shù)據(jù)通過郵箱的方式傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理現(xiàn)成，具體實(shí)現(xiàn)如下：

staticvoidusb2dap_handler(rt_uint8_t*data,rt_uint16_tlen)
{
rt_mb_send(&dap2usb_mb,(rt_ubase_t)data);
}

staticvoiddap2usb_handler(void*param)
{
char*rx_data=NULL;
for(;;)
{
if(rt_mb_recv(&dap2usb_mb,(rt_ubase_t*)&rx_data,RT_WAITING_FOREVER)==RT_EOK)
{
if(rx_data[0]==ID_DAP_QueueCommands)
{
rx_data[0]=ID_DAP_ExecuteCommands;
}
dap2usb_size=DAP_ExecuteCommand((constuint8_t*)rx_data,dap2usb_buff);
usb_service_dap2usb(dap2usb_buff,dap2usb_size);
}
}
}

驗(yàn)證：我們keil里面選擇我們dap，可以正常的識別到DAP，并且能識別鏈接的設(shè)備

r_daplink的燒錄驗(yàn)證

審核編輯：黃飛