痞子衡嵌入式:飛思卡爾i.MX RTyyyy系列MCU硬件那些事(2.1)- 玩轉板載OpenSDA,Freelink調試器


  大家好,我是痞子衡,是正經搞技術的痞子。今天痞子衡給大家介紹的是飛思卡爾i.MX RTyyyy系列EVK上板載調試器的用法

  本文是i.MXRT硬件那些事系列第二篇,第一篇痞子衡給大家整體介紹了i.MXRT官方EVK,從本文開始痞子衡將細聊EVK上的組件,今天要講的是一個非常經典而且常用的組件 - 板載調試器。如今各大半導體廠商推出的EVK基本都會配置自己家設計的板載調試器,方便客戶開箱即用,不需要自己額外準備仿真器。眾所周知,在嵌入式開發里調試器的作用是非常巨大的,用好調試器可以事半功倍。那么恩智浦出品的板載調試器有哪些特點呢?痞子衡將會為你揭秘:

一、背景簡介

  說到i.MXRT系列EVK板載調試器的背景,那真是一段長長的歷史。恩智浦在2015年收購了飛思卡爾,這兩家知名半導體公司在這之前都設計了自己的板載調試器,飛思卡爾是OpenSDA調試器,主要用于Kinetis系列Tower/FRDM開發板;恩智浦是LPC-Link調試器,主要用于LPC系列LPCXpresso開發板。i.MXRT系列是在兩家合并之后新推出的MCU產品,那么到底要采用哪一種板載調試器呢?設計i.MXRT EVK的工程師也曾糾結過,這個糾結最終也反映到了i.MXRT EVK上。
  i.MXRT系列最先發布的兩款芯片是RT1050、RT1020,其后是RT1060、RT1015、RT1010、RT1170...,讓我們分別打開它們EVK原理圖找到其中板載調試器接口部分,如下所示:

  早期i.MXRT芯片(RT1050/RT1020)EVK上配置的是OpenSDA調試器,從RT1060以及之后的芯片開始,EVK上板載調試器全部換成了Freelink(其實Freelink就是LPC-Link,在i.MXRT EVK上叫LPC-Link聽起來怪怪的,所以改了個名字),為什么會從OpenSDA調試器換到Freelink調試器?因為i.MXRT芯片主要是由原飛思卡爾團隊設計的,所以板載調試器第一選擇當然是輕車熟路的OpenSDA,但是Freelink主控芯片LPC4322(雙核CM4+CM0, 204MHz)相比OpenSDA主控MK20DX128(單核CM4, 50MHz)要強大得多,使用LPC4322作為調試器主控不僅性能更佳,未來功能拓展性也更好(君不見SEGGER J-Link從V10開始主控也選擇了LPC4300系列LPC4337),因此高性能的Freelink調試器顯然更適合i.MXRT EVK。
  看起來當前i.MXRT EVK存在兩種不同的調試器接口,不過僅從功能上來說,OpenSDA和Freelink有區別嗎?其實沒有區別,恩智浦出廠為這兩種不同的調試器主控燒錄了相同的固件DAPLink,DAPLink是ARM官方開源的Cortex-M調試器項目,在DAPLink項目主頁上,MK20和LPC4322均在器件支持列表里,并且ARM官方還為OpenSDA和LPC-Link電路做了I/O級別的兼容:

二、核心功能

  上一節講了無論是OpenSDA接口還是Freelink接口的調試器,其實從調試使用角度來說,它們本質上都是DAPLink調試器,其功能特點都取決于DAPLink固件,繼續回到DAPLink項目主頁,可以看到如下功能介紹:

  總體來說DAPLink固件主要有三大功能,第一是CMSIS-DAP協議的在線調試,知名IDE(Keil MDK、IAR EWARM)里都有CMSIS-DAP協議選項;第二是虛擬串口,嵌入式開發里,串口是常用的交互方式,DAPLink使用USB CDC虛擬了串口,為你省去了一個USB轉串口的模塊(如CH340T模塊);第三是拖拽進U盤下載,DAPLink還額外做了一個U盤拖拽下載的功能,方便用戶將應用程序下載到片內/片外Flash里。需要注意的是,虛擬串口與U盤下載功能都是板級相關的,跟I/O連接以及Flash型號綁定了。

三、使用示例

  講完了DAPLink三大核心功能,下面痞子衡將結合恩智浦官方SDK里的示例工程為大家具體演示這三大功能。

3.1 準備工作

  • 準備一塊IMXRT1050-EVKB(Rev.A)或者MIMXRT1060-EVK(Rev.A1),假設板載調試器里的DAPLink固件是完好的。
  • 準備一臺PC,最好是Win10系統,如果是Win10以下系統需要手動安裝好 serial port driver,注意要連接EVK上安裝驅動,詳見 。
  • 準備一根Micro USB連接線,一端接上EVK的J14口,另一端連PC,EVK供電方式選擇DAPLink(將J1的Pin5和Pin6連接)。
  • 在PC上安裝至少一個IDE(MCUXpresso/MDK/IAR),痞子衡安裝的是IAR EWARM v8.32.2。
  • 進入 下載最新的RT1050或RT1060 SDK開發包,Toolchain全部勾選上。

  一切準備工作就緒,你應該可以看到EVK上電源燈D3顯示黃色,這表明DAPLink供電正常,再打開設備管理器,可以看到如下三處設備,表明DAPLink驅動也在正常工作。

3.2 演示一:在線調試

  首先演示的是在線調試,其實更準確的說是在內部SRAM中調試,即利用板載DAPLink調試器直接將應用程序下載進i.MXRT內部SRAM中,并跳轉到應用程序中單步執行。當然有朋友會疑問,除了在內部SRAM調試,還有在外部SDRAM調試和在外部SPI NOR Flash調試,后兩種不是本小節討論的內容,痞子衡會在后續的文章中再細聊。
  以RT1050-EVKB為例,使用IAR打開SDK里的 \boards\evkbimxrt1050\demo_apps\hello_world\iar 工程,hello_world是SDK里最典型的例程,該例程一共包含6個Project build(不算xx_debug/xx_release區別),其中debug或ram_0x1400_debug是鏈接到SRAM中的工程(.text段在ITCM里,.data段在DTCM里),這兩個build即可用作在SRAM調試,選中debug工程,確認工程Options里的Debugger選的是CMSIS-DAP,然后點擊IAR菜單欄上的“Download and Debug (Ctrl+D)”按鈕,便能進入單步調試。

3.3 演示二:虛擬串口

  繼續演示虛擬串口,RT1050/RT1060 SDK里hello_world例程使能的是UART1(GPIO_AD_B0_12/13),OpenSDA/Freelink主控芯片與i.MXRT芯片的UART連接正是這個,因此DAPLink虛擬出來的串口可直接用于hello_world例程。
  進入hello_world工程單步調試以后,隨便打開一個串口調試助手,COM口設為39(與3.1節里設備管理器里設備號一致),然后直接按F5運行,可以在串口調試助手接收區里看到"hello world."打印出來。如果沒有看到打印信息,請檢查J30/J31(RT1050-EVKB)或J45/J46(RT1060-EVK)是否已連接。

3.4 演示三:U盤拖拽下載

  最后演示U盤拖拽下載,前面講的在線調試是把應用程序直接下載到i.MXRT內部SRAM中,斷電重啟后應用程序就丟失了,而U盤拖拽下載是將應用程序下載到外部SPI NOR Flash中,斷電重啟后ROM會負責啟動SPI NOR Flash中的程序,因此可以實現離線運行。如果你看過痞子衡 《i.MXRT啟動那些事》 系列文章,你應該知道所有類型的應用程序都可以存儲在SPI NOR Flash中,無論是在Flash中XIP執行,還是在SRAM/SDRAM中執行,但是這些需要離線運行的應用程序必須要加上必要的i.MXRT啟動頭(FDCB,IVT, BootData)形成Bootable image才可以存儲在SPI NOR Flash中,而U盤拖拽下載僅適用Bootable image。
  仍以RT1050-EVKB為例,前面說過hello_world一共包含6個Project build,其中flexspi_nor_debug和flexspi_nor_sdram_debug工程可以直接生成Bootable image,因為這兩個Build使能了XIP_BOOT_HEADER_ENABLE,這個宏決定了evkbimxrt1050_flexspi_nor_config.c中的hyperflash_config結構體常量和fsl_flexspi_nor_boot.c中的image_vector_table、boot_data結構體常量是否會被鏈接進最終的可執行文件。

  痞子衡講過,U盤拖拽下載是跟Flash類型相關的,咱們再打開RT1050-EVKB原理圖,找到其中NOR Flash部分,從原理圖上來看,RT1050-EVKB有兩種類型NOR Flash可選,分別是八線HyperFlash(S26KS512SDPBHI02)和四線QSPI Flash(IS25WP064AJBLE),而默認連接的是八線HyperFlash,SDK例程里的flexspi_nor_xx build使能的啟動頭(FDCB)也正是對應HyperFlash(即evkbimxrt1050_flexspi_nor_config.c文件里的hyperflash_config)。

  在進行U盤拖拽之前,首先需要設置RT1050-EVKB的撥碼開關SW7,從原理圖上看,SW7的3、4位對應Boot Mode,我們需要將Boot Mode設為2'b01,即設置i.MXRT芯片進入Serial Downloader模式,然后重新上電,再進行U盤拖拽下載。為什么需要這么做?這是因為如果i.MXRT芯片處于非Serial Downloader模式(比如Internal Boot),板子上電,ROM會嘗試初始化FlexSPI模塊去訪問外部Flash,如果FlexSPI模塊被初始化過一次,這可能會導致DAPLink中的FlexSPI驅動不能正常工作。
  現在讓我們選中flexspi_nor_debug工程,確認工程Options里Output Converter中Output format選擇的是"Raw binary",編譯工程生成可執行文件hello_world.bin,然后將這個bin文件拖拽進名為 "RT1050-EVK" 的虛擬U盤里:

  U盤拖拽下載已成功,現在讓我們檢驗一下應用程序是否能夠離線運行,首先需要將Boot Mode設為2'b10,即設置i.MXRT芯片進入Internal Boot模式,然后還需要設置i.MXRT從外部SPI NOR Flash啟動,從原理圖上看,SW7的1、2位對應BOOT_CFG[9]、BOOT_CFG[6],我們需要將BOOT_CFG[6]設成1'b0,即從FlexSPI1 NOR啟動,然后再將BOOT_CFG[9]設成1'b1,即FLASH_TYPE選擇010 - HyperFlash 1V8,與EVK上連接的Flash類型保持一致。此時斷電重啟,你應該可以看到hello world離線運行了。

  至于RT1060-EVK的U盤拖拽下載,其實與RT1050-EVKB差不多,只是需要注意的是RT1060-EVK上默認連接的Flash是四線QSPI Flash,SDK例程里的flexspi_nor_xx build使能的啟動頭(FDCB)也對應的是QSPI Flash(即evkimxrt1060_flexspi_nor_config.c文件里的qspiflash_config)。U盤下載成后BOOT_CFG[9]需設成1'b0,即FLASH_TYPE選擇000 - Device supports 3B read by default。

四、更新固件

  講完了DAPLink調試器的功能與使用,最后再介紹一下更新DAPLink固件的方法。那么我們為什么需要更新DAPLink固件?我們知道ARM官方一直在維護DAPLink項目,代碼也在不斷地更新,或修復bug或新增功能,使用最新的DAPLink固件總不是壞事。有人可能會說,只要舊的DAPLink固件功能足夠我使用,我就沒有必要更新,確實有一定道理,但出現如下兩種情況,你就不得不更新DAPLink固件:

  • 你為i.MXRT-EVK更換了Flash連接(比如從HyperFlash換到了QSPI Flash),而且你還想繼續使用DAPLink的U盤拖拽下載
  • i.MXRT官方SDK的重大升級,并且DAPLink固件與SDK存在某種聯系。據痞子衡所知,SDK 2.3.x的時候,DAPLink是可以自動為拖拽進U盤的裸image加啟動頭的,而到了SDK 2.6.x的時候,DAPLink就是直接下載Bootable image。

  現在讓我們試一下更換DAPLink固件,其實操作很簡單,你還記得DAPLink調試器的U盤拖拽下載嗎?其實DAPLink固件的更新也是用U盤拖拽下載的方式,因為DAPLink項目本身包含DAPLink Bootloader和DAPLink固件,下載用戶應用程序我們借助的是DAPLink固件,而更新DAPLink固件,我們則需要借助DAPLink Bootloader。
  首先讓我們準備一個DAPLink固件,我們不需要去DAPLink項目主頁自己去編固件,直接進到恩智浦 OpenSDA主頁 ,還是以RT1050-EVKB為例吧,默認DAPLink固件是支持onboard hyper-flash的,我們現在將其換為支持onboard spi-flash的固件,點擊DAPLink v0244 - Supports onboard spi-flash下面的Download Binary即可下載到k20dx_mimxrt1050_evk_qspi_if_crc_20180419.zip包,將包解壓后里面即是我們要的固件(.bin格式)。

  有了新固件,這時候需要讓DAPLink進入Bootloader模式,確認J27(RT1050-EVKB)/J43(RT1060-EVK)連接的是Pin1-2,然后按住SW4(RT1050-EVKB)/SW9(RT1060-EVK)按鈕,斷電重啟,如果出現名為 "MAINTENANCE" 的虛擬U盤,即表明進入DAPLink Bootloader模式成功,這時候將新固件拖拽進去即大功告成。

  至此,飛思卡爾i.MX RTyyyy系列EVK上板載調試器的用法痞子衡便介紹完畢了,掌聲在哪里~~~

posted @ 2019-10-14 15:01 痞子衡 閱讀(...) 評論(...) 編輯 收藏
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