手把手教你制作DAPLink
这篇文章主要描述利用RT-THREAD+CherryUSB制作DapLink调试器(R_DapLink)全流程。这里先感谢网友：sakumisu提供cherryUSB协议栈的技术支持。
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什么是下载调试器简单来说，下载调试器是将PC（例如通过USB协议）发送的命令转换为MCU（负责MCU内部外围设备）理解的语言（例如SWD或JTAG协议）的设备，加载代码并精确控制执行。
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什么是标准简单来说，标准是一组规则和协议，特定行业中的每个参与者都同意遵循并执行。符合某种内核的单片机Q,都可以使用这种协议来下载程序。JTAG和SWD其实都是一种标准的协议。比如JTAG和SWD,都支特下载ARMQ内核单片机的程序。
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各种调试器的区别「J-Link：」最有名气、各种渠道版本最多，号称支持芯片量最多。
- 适合场景：如果项目文件比较大，首选！下载又快又稳，仿真调试也是杠杠的神器。
- 优点：最快、稳如老狗。STM32F407芯片+109K代码实测8秒完成烧录过程。
- 缺点：最贵，和谐版都四五十元起步，正版上至数千元。注意：V9版本以下的J-Link大多数不支持STM8。
「ST-Link：」随着STM32这十年八年的垄断，ST-Link也跟着发大火了, 妥妥销量一哥。
- 适合场景：学校里开STM32课程的，几乎每个宿舍都有吧~
- 优点：便宜、便宜，便宜！x宝13元包邮。特别注意一下：驱动包就在KEIL本身的文件夹里头，你说它多火。
- 缺点：不够稳定! 可能不时的来个弹窗。
「CMSIS-DAP：」软硬件开源！这两三年，含量在火箭式起飞。很多人知道它是因为技小新和立创EDA的开源工程。比STLink稍贵。
- 适合场景：玩stm32的，这个是最优选择。
- 优点：开源、虚拟串口、免驱。大爱的虚拟串口，很爽、很爽, (有些下载器也有虚拟串口)，更爱它开源没心病。
- 缺点：真没啥缺点，能拼JLink的稳定, 也能拼ST-Link的便宜，还没版权问题！109K代码烧录实测10秒，也算杠杠的吧。
「DAP-Link：」CMSIS-DAP的升级版。
- 适合场景：嗯，如果你的动手能力高超，这个最合适，软硬都开源，可玩性极高，比如做个拖拽的脱机下载
- 优点：拖拽烧录、升级固件。包括了CMSIS-DAP的优点：开源+虚拟串口+免驱。
- 缺点：真没啥缺点，能拼JLink的稳定, 也能拼ST-Link的便宜，还没版权问题！
R_DapLink说明
硬件准备
- R_DapLink的硬件采用stm32f103c8t6，内核：ARM Cortex-M3，主频：72MHz，Flash：64KB，RAM：20KB。
- 开发板我们需要做一些改动，由于SWD的数据线有输入和输出，我们这里采用两个引脚合并成一个引脚作为SWD的数据线。stm32的GPIOB0作为SWD的数据线的输出，stm32的GPIOA7作为SWD的数据线的输入。
- 准备一个现成的调试器来调试我们的R_DapLink，这里采用正点原子的DapLink。
- R_DapLink支持CDC（虚拟串口），所以我们还需要一个串口工具，这里采用CH340。
软件准备
- R_DapLink采用RT-Thread作为我们实时系统，提供系统调度，IPC通信。选择RT-Thread的原因：RT-Thread已经包含了cherryUSB协议栈软件，这给我减少了很多移植的工作量。
- R_DapLink的USB协议栈采用cherryUSB协议栈，其代码链接：https://github.com/cherry-embedded/CherryUSB。cherryUSB协议栈提供了对应的文档，其文档链接：https://cherryusb.readthedocs.io/zh-cn/latest/
- DAPLink：Arm Mbed DAPLink是一个开源软件项目，可以对Arm Cortex CPU上运行的应用程序进行编程和调试。其链接：https://github.com/ARMmbed/DAPLink
移植DapLink
准备rt-thread工程
- 下载rt-thread的源码，源码链接：https://gitee.com/rtthread/rt-thread，我们采用4.1.1的版本，所以下载完源码需要切换到4.1.1版本中。
- 下载完源码，进入stm32f103-blue-pill这个BSP，路径：xxxbspstm32stm32f103-blue-pill，通过env工具dist出来，
- 从dist目录下拷贝stm32f103-blue-pill工程出来，并修改名字为：r_daplink。
增加cherryUSB软件包
- 进入上面准备好的工程：r_daplink，在工程目录中打开env工具，输入menuconfig。
- 配置增加cherryUSB
- r_daplink的USB是作为device，所以选择选择Device mode
- r_daplink的usb的速度为全速，选择FS，stm32f103c86的USB IP为FSDEV，并选择上cdc，用于实现虚拟串口。
增加DAPLink源码
- 下载DAPLink代码，链接：https://github.com/ARMmbed/DAPLink
- DAPLink代码很多，但实际我们只用核心的部分，将DAPLink代码中：sourcedaplinkcmsis-dap目录拷贝到r_daplink工程中。
- r_daplink工程中增加两个文件：DAP_config.h和IO_Config.h文件。其中：DAP_config.h用于配置DAPLink的配置，并适配SWD时序模拟的GPIO，IO_Config.h用于配置SWD使用到的GPIO的描述。具体内容看我的开源仓：https://gitee.com/RiceChen0/r_daplink。
USB适配
- r_daplink的daplink采用winusb+cdc，其中包含3个接口，4个端点，其设备描述符适配：
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端点适配
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端点适配
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;
}
- 以上适配完将板子的USB插上电脑，通过设备管理器查看是否成功
cdc适配
- 我们采用串口3作为我们USB到串口的转发。
- cdc虚拟串口的配置传给串口3，具体实现如下：
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虚拟串口数据到串口3的实现如下：
voidusb2uart_handler(rt_uint8_t*data,rt_uint16_tlen)
{
if(uart_dev)
{
rt_device_write(uart_dev,0,data,len);
}
}
- 串口3数据到cdc虚拟串口的实现如下：
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);
}
}
}
- 测试验证：
daplink适配
-
daplink的实现原理：将usb接收到的数据传输到DAP_ExecuteCommand()函数，并且从这个函数获取返回数据，将数据传输到usb上。
-
我们将usb接收到数据通过邮箱的方式传输到数据处理现成，具体实现如下：
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);
}
}
}
- 验证：我们keil里面选择我们dap，可以正常的识别到DAP，并且能识别链接的设备
r_daplink的烧录验证
总结
r_daplink的开源链接：https://gitee.com/RiceChen0/r_daplink
审核编辑 黄宇
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