Дебаггинг в реальном времени через JTAG/SWJ-DP для микроконтроллеров на ядре ARM Cortex-M

С некоторых пор фирма Segger предлагает технологию Real Time Terminal (RTT) для своих JTAG адаптеров J-Link. Суть ее в том, что программа на микроконтроллере может выводить и принимать отладочную информацию из JTAG/SWJ-DP порта, как это обычно делается через UART. И тогда нам больше не нужен реальный отладочный UART. Далее чуть подробнее о возможностях этой технологии.

Возможность выводить программой отладочную информацию в порт JTAG/SWJ-DP была реализована, как только у микроконтроллеров появился сам этот порт. Для этого есть два пути: использовать технику semihosting или технику Serial Wire Output (SWO).
Использование semihosting приводит к подмене каналов ввода-вывода стандартных файловых операций языка С-и. Это не всегда приемлемо, поскольку файловые операции в приложении могут уже использоваться по другому назначению. Также semihosting необходимо явно отключать и перекомпилировать проект при выпуске релизной версии. В добавок ко всему semihosting обеспечивает самую медленную передачу данных из рассматриваемых здесь технологий.
Использование Serial Wire Output проще чем semihosting, однако требует использования дополнительного сигнала SWO порта JTAG/SWJ-DP, и также вызывает необходимость в перекомпиляции при переходе на релизную версию, т.е. версию без подключения отладчика. Функции вывода SWO синхронные, т.е. ожидают готовности порта и не обладают необходимым детерминизмом.

Технология Real Time Terminal от Segger еще более упрощает вывод отладочной информации через SWJ-DP и предоставляет следующие удобства:
• Достаточно только двух внешних линий– это SW CLK и SW DIO.
• Весь дополнительный код в микроконтроллере занимает не более 500 байт, если не использовать ввод, то даже 300 байт.
• Не требуется перекомпиляция для релизной версии, функции отладочного вывода асинхронные и практически не занимают процессорного времени и не оказывают никакого влияния на ход выполнения программы при отсутствии подключения отладочного адаптера.
• Скорость отладочного ввода-вывода очень высока.
• Отладочный ввод-вывод можно перенаправить в любую стороннюю программу эмулятор терминала поддерживающую протокол telnet.
• Segger предоставляет бесплатные утилиты эмулятора терминала, логгера и telnet клиента для подключения к микроконтроллеру через отладочный адаптер без необходимости запуска сторонних IDE с отладчиками.

Ни рисунке выше плата контроллера на базе чипа STM32F407VE. Внешний кварц 16 МГц. Частота ядра 144 МГц.
Отладка потребовалась для начального загрузчика по шине CAN. Последовательный порт RS232 подключенный к UART есть, но тоже используется для загрузчика. Выводить в него отладочную информацию означало бы сильно видоизменить отладочную версию программы по сравнению с релизной. При дефиците времени это крайне нежелательно.
Для подключения RTT были выполнены следующие шаги:

1. Взяты исходники RTT (http://ift.tt/1HEvzlz)
2. Исходники распакованы и скопированы в директорию проекта названную RTT. Сам проект выполнялся в среде Keil MDK ARM
3. Исходники подключены к проекту. В общий список заголовочных файлов проекта добавлены файлы SEGGER_RTT.h и SEGGER_RTT_Conf.h
4. В файле SEGGER_RTT_Conf.h выполнены дополнительные настройки: значение BUFFER_SIZE_UP увеличено до 2048, значение SEGGER_RTT_PRINTF_BUFFER_SIZE увеличено до 512. Параметры изменялись на самом деле итерационно, пока не перестали происходить переполнения указанных буферов.
5. Редактирование исходников загрузчика. Во все интересующие места были вставлены вызовы функции SEGGER_RTT_printf с необходимыми сообщениями. Использовал эту функцию как самую удобную, хотя она и вносит значительное потребление стека и определенную задержку преобразования данных. Но в моем случае это было приемлемо.
6. Поскольку нужна была отладка даже во время программирования внутренней Flash, то перенес код RTT в RAM микроконтроллера. Для этого во всех 2-х файлах исходников RTT ввел директиву
   

   #pragma arm section code = «CODE_IN_RAM»,

   
   а в файле линкера .sct определил эту область следующим образом:
   

   RW_IRAM1 0x20000000 0x00010000
   {
   .ANY (+RW +ZI)
   *(CODE_IN_RAM)
   }

7. Определил для структуры SEGGER_RTT_CB абсолютный адрес размещения директивой
   

   static SEGGER_RTT_CB _SEGGER_RTT __attribute__((at(0x20000000)))

8. Скомпилировал проект. После компиляции выяснилось, что код RTT в RAM занял 400 байт при нулевой оптимизации.
9. Вставил в инструментальное меню IDE Keil вызов утилиты JLinkRTTViewer.exe
10. Поскольку предпочитаю в качестве эмулятора термина использовать TeraTerm, то вставил в меню вызов и его. Строка вызова при этом такая:

    ”C:/Program Files (x86)/teraterm/ttermpro.exe” /T=1 telnet://localhost:19021 /X=0 /Y=0 /W=»J-Link RTT"

Показалось интересным с какой же скоростью выводится информация в эмулятор терминала через отладочный адаптер с применением RTT. Были сняты осциллограммы с сигналов SW SLK и SW DIO.
Оказалось, что в J-Link используется поллинг с периодичностью около 40 мс. Для передачи данных используется не более 50% этого периода. В блоке данных передаваемых за период пакеты несущие полезные данные занимают тоже не более 50% времени. Пакеты переносят не более 3-х байт полезных данных. Три байта полезных данных в пакете также занимают не более 50% его длины. Итого получаем: 0.5*0.5*0.5 = 0.125 т.е. 12.5 % пропускной способности канала SW используется для передачи отладочного вывода.
Частоту канала выше 4 МГц в J-Link поднять не удалось ни при каких настройках. Это значит, что максимально мы имеем скорость передачи 4 Мбит/с. Из них только 4*0.125= 0.5 т.е. 500 Кбит/с в лучшем случае можно использовать для отладочного вывода. Это, конечно, немного, по сравнению с реальным отладочным UART которые могут передавать на скоростях в несколько Мбит/с, но все имеет свою цену.

This entry passed through the Full-Text RSS service - if this is your content and you're reading it on someone else's site, please read the FAQ at http://ift.tt/jcXqJW.