使用ITM機制實現(xiàn)調(diào)試stm32單片機，實現(xiàn)printf與scanf。

1. ITM簡介

ITM機制是一種調(diào)試機制，是新一代調(diào)試方式，在這之前，有一種比較出名的調(diào)試方式，稱為半主機（semihosting）方式。

在pc上編寫過C語言的人都知道，printf可以向控制臺輸出，scanf可以從控制臺獲取輸入，這里的printf/scanf都是標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù)，利用操作系統(tǒng)的這些函數(shù)，我們可以很方便的調(diào)試程序。在嵌入式設(shè)備上（如stm32單片機平臺上）開發(fā)工具（如MDK/IAR）也都提供了標(biāo)準(zhǔn)庫函，自然也提供了printf/scanf函數(shù)，那么這些函數(shù)是否可以使用呢？ 問題來了，printf向哪里輸出呢？并且大部分情況下，也沒有鍵盤，又如何使用scanf實現(xiàn)輸入呢？

我們都知道，嵌入式設(shè)備一般的使用仿真器，如常見Jlink/ulink，可以實現(xiàn)燒錄，單步，下斷點，查看變量，等等。仿真器將PC機和單片機連接器來。聰明的設(shè)計者們就在考慮是否可以借助仿真器，使得單片機可以借助PC機的屏幕以及PC機的鍵盤實現(xiàn)printf的輸出和scanf的按鍵獲取。

也就是說，如下的hello，world程序

#include

int main()

{

        //硬件初始化

        //....

        printf("hello, world");

        for(;;);

}

這個程序燒錄到單片機中后，仿真器連接接單片機與PC，開始在線調(diào)試后，那么這個程序會將"Hello, world"輸出到PC機上，在開發(fā)工具（MDK/IAR等）的某個窗口中顯示。

這就相當(dāng)于，單片機借助了PC機的顯示/輸入設(shè)備實現(xiàn)了自己的輸出/輸入。這種方式無疑可以方便程序開發(fā)者調(diào)試。

這種機制有多種實現(xiàn)方式，比較著名的就是semihosting（半主機機制）和ITM機制。

ITM是ARM在推出semihosting之后推出的新一代調(diào)試機制。現(xiàn)在我們來嘗試一下這種方式調(diào)試。

2. stm32使用ITM調(diào)試

MCU：stm32f207VG

仿真器：Jlink V8

IDE：MDK4.50

2.1 硬件連接

ITM機制要求使用SWD方式接口，并需要連接SWO線，一般的四線SWD方式（VCC SDCLK，SDIO，GND）是不行的。標(biāo)準(zhǔn)的20針JTAG接口是可以的，只需要在MDK里設(shè)置使用SWD接口即可。

2.2 添加重定向文件

將下面的文件保存成任意C文件，并添加到工程中。這里對這個文件簡單說明一下，要知道我們的程序是在單片機上運行的，為什么printf可以輸出到MDK窗口里去呢？這是因為 標(biāo)準(zhǔn)庫中的printf實際上調(diào)用 fputc實現(xiàn)輸出，所以我們需要自己編寫一個fputc函數(shù)，這個函數(shù)會借助ITM（類似于USART）提供的寄存器，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送，仿真器會收到這些數(shù)據(jù)，并發(fā)往PC機。

實際上，如果你的單片機和一塊LCD連接，那么你只需要重新實現(xiàn)fputc函數(shù)，并向LCD上輸出即可，那么你調(diào)用printf時就會輸出到LCD上了。這中機制，就是所謂的重定向機制。

#include

#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);

}

2.2 配置JLINK的初始化配置文件

將下面文件放置在你的工程下，并取任意名稱，這里筆者取名為 STM32DBG.ini

/******************************************************************************/

/* STM32DBG.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) {

// Debug MCU Configuration

// DBG_SLEEP Debug Sleep Mode

// DBG_STOP Debug Stop Mode

// DBG_STANDBY Debug Standby Mode

// TRACE_IOEN Trace I/O Enable 

// TRACE_MODE Trace Mode

// <0=> Asynchronous

// <1=> Synchronous: TRACEDATA Size 1

// <2=> Synchronous: TRACEDATA Size 2

// <3=> Synchronous: TRACEDATA Size 4

// DBG_IWDG_STOP Independant Watchdog Stopped when Core is halted

// DBG_WWDG_STOP Window Watchdog Stopped when Core is halted

// DBG_TIM1_STOP Timer 1 Stopped when Core is halted

// DBG_TIM2_STOP Timer 2 Stopped when Core is halted

// DBG_TIM3_STOP Timer 3 Stopped when Core is halted

// DBG_TIM4_STOP Timer 4 Stopped when Core is halted

// DBG_CAN_STOP CAN Stopped when Core is halted

//

_WDWORD(0xE0042004, 0x00000027); // DBGMCU_CR

_WDWORD(0xE000ED08, 0x20000000); // Setup Vector Table Offset Register

}

DebugSetup(); // Debugger Setup

這里對這個文件做簡單的解釋，

WDWORD(0xE0042004, 0x00000027); // DBGMCU_CR

這一句表示想 0xE0042004地址處寫入 0x000000027，這個寄存器是各個位表示的含義在注釋中給出了詳細(xì)的解釋。 0x27即表示

        BIT0 DBG_SLEEP

        BIT1 DBG_STOP

        BIT2 DBG_STANDBY

        BIT5 TRACE_IOEN

注意，要使用ITM機制，必須要打開BIT5。

打開MDK工程，按照下圖修改。

2.3 MDK中對JLINK的配置

下圖中注意兩點

1). 這里的CoreClock是120M，因為筆者使用的是stm32F207VG這款芯片，并且時鐘配置為120M，所以這里填入120M，如果你使用stm32F10x，時鐘配置成72M，那么這里需要填入72M。即需要跟實際情況保持一致。

2). 最后一定要將 0處打勾，并將其他bit位上的勾去掉，最好與此圖保持一致，除CoreClock外。

2.4 燒錄程序，并啟動調(diào)試。可以看到，筆者在程序源碼中插入了一句printf語句輸出，然后按照下圖，就可以看到程序的輸出了。

3. 綜合版本使用scanf和printf

3.1 添加retarget文件

將如下代碼保存成retarget.c，然后加入到工程中。

#pragma import(__use_no_semihosting_swi)

struct __FILE { int handle; /* Add whatever you need here */ };

    FILE __stdout;

    FILE __stdin;

int fputc(int ch, FILE *f) 

{

    return ITM_SendChar(ch);

}

volatile int32_t ITM_RxBuffer;

int fgetc(FILE *f)

{

  while (ITM_CheckChar() != 1) __NOP();

  return (ITM_ReceiveChar());

}

int ferror(FILE *f)

{

    /* Your implementation of ferror */

    return EOF;

}

void _ttywrch(int c)

{

    fputc(c, 0);

}

int __backspace()

{

    return 0;

}

void _sys_exit(int return_code)

{

label:

    goto label; /* endless loop */

}

3.2 編譯運行

編譯，燒錄，運行，打開Debug (printf) viewer，就可以看到輸入，參看下圖

這里對retarget.c文件做幾點說明.

1). 上面的代碼實際是在X:KeilARMStartupRetarget.c上修改而成的，scanf依賴的函數(shù)共有兩個，fgetc和__backspace都需要實現(xiàn)，如果缺少__backespace函數(shù)，則scanf胡無法從Debug Viewer Dialog 窗口獲取輸入。另外上面提供的代碼只是個demo，用于演示效果，用于生產(chǎn)時應(yīng)該處理的更完善一些。見參考文獻(xiàn)[1]

2). 函數(shù)ITM_SendChar，ITM_CheckChar，ITM_ReceiveChar在庫文件CMSISIncludecore_cm3.h中。

3) 查看函數(shù)的符號引用關(guān)系，可以通過生成詳細(xì)的map文件來查看。命令行增加 --verbose --list rtt.map選項即可生成名為rtt.map的文件。

4. ITM與RTT結(jié)合(待實現(xiàn))

grissiom 寫道:

忽然想到，或許可以把這個半主機做成 device，然后 rt_console_set_device("semi") 就可以直接用半主機做 finsh/rt_kprintf 了…… 不知可行不可行……

prife: ITM的接收不知道是否支持中斷，目前接收字符使用是輪詢方式。如果是中斷才有意義。這樣可以把ITM設(shè)備做成一個 rtt 的device了，讓finsh跑在 Debug printf Viewer窗口上。以后只要接一個jtag/SWD口就可以調(diào)試了，不用再接串口線了

參考文獻(xiàn)

[1] MDK help. Indirect semihosting C library function dependencies

[2] MDK help ARM Development Tools.

         Debugger Adapter User's Guides

         J-Link/J-Trace User's Guide

         Libraries and Floating Point Support Referencee

         Libraries and Floating Point Support Guide

         Linker Reference Guide