Keil环境下使用Jlink仿真器实现printf输出

原创已于 2024-08-24 18:50:55 修改 · 2.2k 阅读

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#stm32 #ide #单片机

于 2024-08-24 18:49:52 首次发布

1. ITM简介

ITM机制是一种调试机制，是新一代调试方式，在这之前，有一种比较出名的调试方式，称为半主机（semihosting）方式。

在pc上编写过C语言的人都知道，printf可以向控制台输出，scanf可以从控制台获取输入，这里的printf/scanf都是标准库函数，利用操作系统的这些函数，我们可以很方便的调试程序。在嵌入式设备上（如stm32单片机平台上）开发工具（如MDK/IAR）也都提供了标准库函，自然也提供了printf/scanf函数，那么这些函数是否可以使用呢？问题来了，printf向哪里输出呢？并且大部分情况下，也没有键盘，又如何使用scanf实现输入呢？

我们都知道，嵌入式设备一般的使用仿真器，如常见Jlink/ulink，可以实现烧录，单步，下断点，查看变量，等等。仿真器将PC机和单片机连接器来。聪明的设计者们就在考虑是否可以借助仿真器，使得单片机可以借助PC机的屏幕以及PC机的键盘实现printf的输出和scanf的按键获取。
也就是说，如下的hello，world程序

#include <stdio.h>  
int main()  
{  
        //硬件初始化  
        //....  
        printf("hello, world");  
        for(;;);  
}

这个程序烧录到单片机中后，仿真器连接接单片机与PC，开始在线调试后，那么这个程序会将"Hello, world"输出到PC机上，在开发工具（MDK/IAR等）的某个窗口中显示。这就相当于，单片机借助了PC机的显示/输入设备实现了自己的输出/输入。这种方式无疑可以方便程序开发者调试。这种机制有多种实现方式，比较著名的就是semihosting（半主机机制）和ITM机制。ITM是ARM在推出semihosting之后推出的新一代调试机制。现在我们来尝试一下这种方式调试。

2. stm32使用ITM调试

MCU：stm32f207VG
仿真器：Jlink V8
IDE：MDK4.50

2.1 硬件连接

ITM机制要求使用SWD方式接口，并需要连接SWO线，一般的四线SWD方式（VCC SDCLK，SDIO，GND）是不行的。标准的20针JTAG接口是可以的，只需要在MDK里设置使用SWD接口即可。

2.2 添加重定向文件

将下面的文件保存成任意C文件，并添加到工程中。这里对这个文件简单说明一下，要知道我们的程序是在单片机上运行的，为什么printf可以输出到MDK窗口里去呢？这是因为标准库中的printf实际上调用 fputc实现输出，所以我们需要自己编写一个fputc函数，这个函数会借助ITM（类似于USART）提供的寄存器，实现数据的发送，仿真器会收到这些数据，并发往PC机。

实际上，如果你的单片机和一块LCD连接，那么你只需要重新实现fputc函数，并向LCD上输出即可，那么你调用printf时就会输出到LCD上了。这种机制，就是所谓的重定向机制。

#include <stdio.h>  
  
#define ITM_Port8(n)    (*((volatile unsigned char *)(0xE0000000+4*n)))  
#define ITM_Port16(n)   (*((volatile unsigned short*)(0xE0000000+4*n)))  
#define ITM_Port32(n)   (*((volatile unsigned long *)(0xE0000000+4*n)))  
#define DEMCR           (*((volatile unsigned long *)(0xE000EDFC)))  
#define TRCENA          0x01000000  
  
struct __FILE { int handle; /* Add whatever you need here */ };  
    FILE __stdout;  
    FILE __stdin;  
      
int fputc(int ch, FILE *f)   
{  
    if (DEMCR & TRCENA)   
    {  
        while (ITM_Port32(0) == 0);  
        ITM_Port8(0) = ch;  
    }  
    return(ch);  
}

2.3 配置JLINK的初始化配置文件

将下面文件放置在你的工程下，并取任意名称，这里笔者取名为 retarget.ini

/******************************************************************************/  
/* retarget.ini: STM32 Debugger Initialization File                           */  
/******************************************************************************/  
// <<< Use Configuration Wizard in Context Menu >>>                           //   
/******************************************************************************/  
/* This file is part of the uVision/ARM development tools.                    */  
/* Copyright (c) 2005-2007 Keil Software. All rights reserved.                */  
/* This software may only be used under the terms of a valid, current,        */  
/* end user licence from KEIL for a compatible version of KEIL software       */  
/* development tools. Nothing else gives you the right to use this software.  */  
/******************************************************************************/  
  
  
FUNC void DebugSetup (void) {  
// <h> Debug MCU Configuration  
//   <o1.0>    DBG_SLEEP     <i> Debug Sleep Mode  
//   <o1.1>    DBG_STOP      <i> Debug Stop Mode  
//   <o1.2>    DBG_STANDBY   <i> Debug Standby Mode  
//   <o1.5>    TRACE_IOEN    <i> Trace I/O Enable   
//   <o1.6..7> TRACE_MODE    <i> Trace Mode  
//             <0=> Asynchronous  
//             <1=> Synchronous: TRACEDATA Size 1  
//             <2=> Synchronous: TRACEDATA Size 2  
//             <3=> Synchronous: TRACEDATA Size 4  
//   <o1.8>    DBG_IWDG_STOP <i> Independant Watchdog Stopped when Core is halted  
//   <o1.9>    DBG_WWDG_STOP <i> Window Watchdog Stopped when Core is halted  
//   <o1.10>   DBG_TIM1_STOP <i> Timer 1 Stopped when Core is halted  
//   <o1.11>   DBG_TIM2_STOP <i> Timer 2 Stopped when Core is halted  
//   <o1.12>   DBG_TIM3_STOP <i> Timer 3 Stopped when Core is halted  
//   <o1.13>   DBG_TIM4_STOP <i> Timer 4 Stopped when Core is halted  
//   <o1.14>   DBG_CAN_STOP  <i> CAN Stopped when Core is halted  
// </h>  
_WDWORD(0xE0042004, 0x00000027);  // DBGMCU_CR  
_WDWORD(0xE000ED08, 0x20000000);   // Setup Vector Table Offset Register  
}  
  
DebugSetup();                       // Debugger Setup

这里对这个文件做简单的解释，
_WDWORD(0xE0042004, 0x00000027); // DBGMCU_CR
这一句表示想 0xE0042004地址处写入 0x000000027，这个寄存器是各个位表示的含义在注释中给出了详细的解释。 0x27即表示
BIT0 DBG_SLEEP
BIT1 DBG_STOP
BIT2 DBG_STANDBY
BIT5 TRACE_IOEN
注意，要使用ITM机制，必须要打开BIT5。

2.4 打开MDK工程，按照下图修改。

选择上文添加的jlink初始化文件retarget.ini
在这里插入图片描述
ITM输出模式必须配置为SWD接口输出

注意：
1). 这里的CoreClock是72M，因为笔者使用的是stm32F103这款芯片，并且时钟配置为72M，所以这里填入72M，需要跟实际情况保持一致。
2). 最后一定要将 0处打勾，并将其他bit位上的勾去掉，最好与此图保持一致，除CoreClock外
在这里插入图片描述

2.5 烧录程序，并启动调试。

可以看到，笔者在程序源码中插入了一句printf语句输出，然后就可以在Debug （printf）Viewer 窗口看到程序的输出了
在这里插入图片描述

3. 总结

通过上述配置即可在keil环境中通过Jlink实现通过串口打印/终端输出一样的效果，非常便于没有预留串口的设备进行程序调试。