对于以Cortex-M内核为基础的单片机,目前流行的下载接口是JTAG和SWD。
SWD 和 JTAG引脚差异:
JTAG:
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TDI:这是序列输入引脚 -
TDO:这是序列输出引脚 -
TCK:这是时钟引脚 -
TMS:这是模式选择(控制信号)引脚 -
TRST:这是复位引脚
SWD:
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SWDIO:这是序列线数据输入输出引脚 -
SWCLK:这是序列线时钟引脚
其中,SWD只需要两根线(SWCLK和 SWDIO),在PCB布局有限、引脚资源紧张的情况下,SWD可以算作一种很好的选择。
SWD简介:
SWD或串行线调试,是ARM设计的协议,用于编程和调试它的微控制器。
目前市场上有很多支持SWD调试接口的下载器,如 ST-Link、 J-Link、 e-Link、 GD-Link 等,几乎所有用于Cortex-M内核处理器的下载器都支持。
对于SWDIO,这是一个双向(输入输出)数据引脚,需要在电路板上对线路进行上拉(ARM推荐使用100K)。
在协议中每次改变 SWDIO 的方向时,都会插入一个转换时间,这段时间线路既不由主机驱动也不由目标驱动。默认情况下,此转换时间为一位时间,但可以通过配置 SWCLK 频率来进行调整。
调试接口
常见的Cortex-M内核处理器都集成了SWD和JTAG 调试端口,在 SWJ-DP 中, SW-DP 的 2 个 JTAG 引脚与 JTAG-DP 的 5 个 JTAG 引脚中的部分引脚复用。
![image-20231102204203191](https://pic.imgdb.cn/item/654399c3c458853aef00ca2a.png)
JTAG与SWD的切换机制:
默认调试接口是 JTAG 接口,如果调试工具想要切换到 SW-DP,它必须在 TMS/TCK(分别映射到 SWDIO 和 SWCLK)上提供专用的 JTAG 序列,用于禁止 JTAG-DP 并使能 SW-DP。这样便可仅使用 SWCLK和 SWDIO 引脚来激活SWDP。
该序列为:
\1. 输出超过 50 个 TCK 周期的 TMS (SWDIO) = 1 信号
\2. 输出 16 个 TMS (SWDIO) 信号 0111100111100111 (MSB)
\3. 输出超过 50 个 TCK 周期的 TMS (SWDIO) = 1 信号
SW 协议序列
每个序列包括三个阶段:
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主机发送的数据包请求( 8 位) -
目标发送的确认响应( 3 位) -
主机或目标发送的数据传输阶段( 33 位)
数据包请求( 8 位):
![image-20231102204212733](https://pic.imgdb.cn/item/654399c3c458853aef00ca38.png)
ACK 响应( 3 位):
![image-20231102204215901](https://pic.imgdb.cn/item/654399c3c458853aef00ca3b.png)
DATA 传输( 33 位)
![image-20231102204219886](https://pic.imgdb.cn/item/654399c3c458853aef00ca35.png)
这种类似于寄存器的一些Bit位操作,底层的一些原理与普通的通信协议也有类似之处。。
SW-DP 状态
SW-DP 的状态机有一个用于标识 SW-DP 的内部 ID 代码,其中主要包含的状态:复位、空闲状态、 ID 代码等。
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在上电复位后、 DP 从 JTAG 切换到 SWD 后或者线路处于高电平超过 50 个周期后,SW-DP 状态机处于复位状态。 -
如果在复位状态后线路处于低电平至少两个周期, SW-DP 状态机处于空闲状态。 -
复位状态后,该状态机必须首先进入空闲状态,然后对 DP-SW ID CODE 寄存器执行读访问。否则,目标将在另一个事务上发出 FAULT 确认响应。
SW-DP 状态机的更多详细信息,可以参看Cortex-M相关的一些手册。
SW-DP 寄存器
SWD类似普通外设,也是有一种寄存器,开发者进行的编程(读写)操作,其实就是操作对应的寄存器。
![image-20231102204225545](https://pic.imgdb.cn/item/654399c3c458853aef00ca3f.png)
SWD主要的底层就介绍到这里,更多详情,请参看Cortex-M内核手册。
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