【ARM Coresight OpenOCD 系列 1 -- OpenOCD 介绍】


请阅读【ARM Coresight SoC-400/SoC-600 专栏导读】

文章目录

    • 1.1 OpenOCD 介绍
      • 1.1.1 OpenOCD 支持的JTAG 适配器
      • 1.1.2 OpenOCD 支持的调试设备
      • 1.1.3 OpenOCD 支持的 Flash 驱动
    • 1.2 OpenOCD 安装与使用
      • 1.2.1 OpenOCD 代码获取及安装
      • 1.2.2 OpenOCD 使用
      • 1.2.3 OpenOCD 启用 GDB
    • 1.3 OpenOCD 资料

1.1 OpenOCD 介绍

OpenOCD (Open On-Chip Debugger) 是一个开源的硬件调试器，可以提供调试、芯片编程和边界扫描等功能。OpenOCD使用标准的JTAG接口与芯片进行通信，因此，可以用于各种不同的硬件平台，包括 ARM 和 MIPS等。

OpenOCD最初是为了支持ARM7和ARM9微控制器而开发的，但现在已经支持大量的设备，包括Cortex-M、Cortex-A、Cortex-R、PowerPC和RISC-V等架构的微控制器和处理器。除了JTAG接口，OpenOCD还支持SWD (Serial Wire Debug) 和cJTAG (Compact JTAG) 等接口。

OpenOCD 的主要功能包括：

  • 提供一个GDB服务器，可以使用GDB进行源码级别的调试;
  • 支持Flash编程，可以烧写各种不同类型的闪存设备;
  • 支持边界扫描操作，可以用于硬件验证和测试;
  • 提供一个telnet接口，可以执行各种低级的调试命令;
  • 支持脚本，可以使用Tcl脚本来自定义调试环境。

在嵌入式开发中，OpenOCD是一个非常重要的工具，它可以极大地方便开发人员进行代码的调试和硬件的测试。OpenOCD 的功能需要调试适配器来辅助完成，适配器是一种硬件设备，它允许开发者通过JTAG接口与嵌入式设备进行通信。JTAG 适配器通常用于编程、调试和测试嵌入式系统。

JTAG 适配器通常连接到开发者的电脑和嵌入式设备的 JTAG 接口之间。电脑端通常使用 USB 或以太网接口，而设备端则使用特定的JTAG连接器。一些开发板直接集成了调试仿真器，如小熊派开发板就集成了STLink。
在这里插入图片描述
开发者可以通过 JTAG 适配器和配套的软件工具进行各种操作，例如：

  • 读写设备的内存和寄存器
  • 下载和运行代码
  • 设置和清除断点
  • 单步执行和暂停代码
  • 检查和修改设备的状态
  • 执行系统级调试和测试

以下是一些常见的 JTAG 适配器的例子：

  • Segger J-Link：一款广泛使用的 JTAG/SWD 适配器，支持各种不同的设备和开发环境。
  • Lauterbach Power Debug：一款功能强大的 JTAG 适配器，通常配合 Lauterbach 的 Trace32 软件使用。
  • ARM DSTREAM / DSTREAM-ST：ARM 官方的调试和追踪适配器，支持各种 ARM 核心。
  • Xilinx Platform Cable USB：适用于 Xilinx FPGA 和可编程逻辑设备的 JTAG 适配器。
  • ST-LINK/V2：STMicroelectronics 官方的 JTAG/SWD 适配器，适用于 STM32 和 STM8 设备。

以下是使用 OpenOCD 的三个主要步骤的详细介绍：

  • 配置：OpenOCD 需要一个配置文件，以知道如何与你的硬件进行交互。配置文件通常包括两个部分：一个是关于调试适配器的配置，另一个是关于目标硬件的配置。这些文件通常有 .cfg 扩展名。
  • 启动：一旦配置文件准备好了，你可以通过终端运行 openocd 命令来启动 OpenOCD。例如，如果你的配置文件名为 my_config.cfg，你可以运行 openocd -f my_config.cfg 来启动 OpenOCD。
  • 使用：一旦 OpenOCD 启动，它会等待连接到它的 GDB 会话。你可以通过运行 gdb 命令并附加到 OpenOCD 进程来开始调试。

1.1.1 OpenOCD 支持的JTAG 适配器

所支持的 JTAG 适配器有以下：

AICE, AM335x, ARM-JTAG-EW, ARM-USB-OCD, ARM-USB-TINY, AT91RM9200, axm0432, BCM2835,
Bus Blaster, Buspirate, Cadence DPI, Cadence vdebug, Chameleon, CMSIS-DAP,
Cortino, Cypress KitProg, DENX, Digilent JTAG-SMT2, DLC 5, DLP-USB1232H,
embedded projects, Espressif USB JTAG Programmer,
eStick, FlashLINK, FlossJTAG, Flyswatter, Flyswatter2,
FTDI FT232R, Gateworks, Hoegl, ICDI, ICEBear, J-Link, JTAG VPI, JTAGkey,
JTAGkey2, JTAG-lock-pick, KT-Link, Linux GPIOD, Lisa/L, LPC1768-Stick,
Mellanox rshim, MiniModule, NGX, Nuvoton Nu-Link, Nu-Link2, NXHX, NXP IMX GPIO,
OOCDLink, Opendous, OpenJTAG, Openmoko, OpenRD, OSBDM, Presto, Redbee,
Remote Bitbang, RLink, SheevaPlug devkit, Stellaris evkits,
ST-LINK (SWO tracing supported), STM32-PerformanceStick, STR9-comStick,
sysfsgpio, Tigard, TI XDS110, TUMPA, Turtelizer, ULINK, USB-A9260, USB-Blaster,
USB-JTAG, USBprog, VPACLink, VSLLink, Wiggler, XDS100v2, Xilinx XVC/PCIe, Xverve.

这里介绍下 FTDI，FTDI 是 Future Technology Devices International 的简称，这是一家专门生产 USB 连接设备和模块的公司。FTDI 的产品广泛应用于各种设备和系统中，其中包括一些 JTAG 适配器。

在 OpenOCD 中，可以使用 FTDI 的设备作为 JTAG 或 SWD 的接口。OpenOCD 通过 D2XX 驱动或 libFTDI 库与 FTDI 设备进行通信。使用 FTDI 设备作为 JTAG 或 SWD 接口，可以方便地在 USB 接口和目标设备之间建立连接，从而实现对目标设备的编程和调试。

OpenOCD 支持的 FTDI 设备包括但不限于：

  • FT2232D：含有两个独立的 UART/FIFO 通道的设备。
  • FT2232H：高速版的 FT2232D，功能相同但速度更快。
  • FT4232H：含有四个独立的 UART/FIFO 通道的设备。

以上设备都可以作为 JTAG 或 SWD 适配器，但是需要正确配置其引脚映射和信号电平。这可以通过编写 OpenOCD 配置文件来实现。

再介绍下 J-Link ，它由 Segger 公司开发的一套专业级的调试探头，广泛应用于各种嵌入式系统的开发和调试。J-Link 支持 JTAG, SWD (Serial Wire Debug), 和 cJTAG (Compact JTAG) 等多种调试协议，并支持各种不同的目标设备，包括 ARM Cortex, Renesas RX, Microchip PIC32 等。

OpenOCD 也支持 J-Link 调试探头。可以通过 OpenOCD 结合 J-Link，在使用时需要在 OpenOCD 的配置文件中指定 J-Link 作为调试接口。以下是一个使用 J-Link 的 OpenOCD 配置文件的例子：

source [find interface/jlink.cfg] 
transport select swd 
source [find target/stm32f1x.cfg]

在以上配置文件中，interface/jlink.cfg 是 OpenOCD 预定义的 J-Link 接口配置文件，transport select swd 指定使用 SWD 协议，target/stm32f1x.cfg 是目标设备的配置文件，这个例子中是一个 STM32F1x 系列的设备。

除了使用 OpenOCD，Segger 也提供了自家的调试软件，例如 J-Link GDB Server，可以和 GNU Debugger (GDB) 直接集成，提供更加完善的调试功能。

1.1.2 OpenOCD 支持的调试设备

ARM: AArch64, ARM11, ARM7, ARM9, Cortex-A/R (v7-A/R), Cortex-M (ARMv{6/7/8}-M),
FA526, Feroceon/Dragonite, XScale.ARCv2, AVR32, DSP563xx, DSP5680xx, EnSilica eSi-RISC, 
EJTAG (MIPS32, MIPS64), ESP32, ESP32-S2, ESP32-S3, Intel Quark, LS102x-SAP, NDS32, 
RISC-V, ST STM8, Xtensa.

1.1.3 OpenOCD 支持的 Flash 驱动

ADUC702x, AT91SAM, AT91SAM9 (NAND), ATH79, ATmega128RFA1, Atmel SAM, AVR, CFI,
DSP5680xx, EFM32, EM357, eSi-RISC, eSi-TSMC, EZR32HG, FM3, FM4, Freedom E SPI,
GD32, i.MX31, Kinetis, LPC8xx/LPC1xxx/LPC2xxx/LPC541xx, LPC2900, LPC3180, LPC32xx,
LPCSPIFI, Marvell QSPI, MAX32, Milandr, MXC, NIIET, nRF51, nRF52 , NuMicro,
NUC910, Nuvoton NPCX, onsemi RSL10, Orion/Kirkwood, PIC32mx, PSoC4/5LP/6,
Raspberry RP2040, Renesas RPC HF and SH QSPI,
S3C24xx, S3C6400, SiM3x, SiFive Freedom E, Stellaris, ST BlueNRG, STM32,
STM32 QUAD/OCTO-SPI for Flash/FRAM/EEPROM, STMSMI, STR7x, STR9x, SWM050,
TI CC13xx, TI CC26xx, TI CC32xx, TI MSP432, Winner Micro w600, Xilinx XCF,
XMC1xxx, XMC4xxx.

1.2 OpenOCD 安装与使用

1.2.1 OpenOCD 代码获取及安装

代码获取

  • 通过 git 获取
 git clone git://git.code.sf.net/p/openocd/code openocd
  • 通过镜像获取
http://repo.or.cz/r/openocd.git
git://repo.or.cz/openocd.git

源码编译
运行 $ ./configure 命令，进行OpenOCD配置，可配置的项目可以通过 $ ./configure -h 命令查看帮助信息。 笔者的调试器是 J-Link，所以还要运行如下命令进行使能

$ ./configure --enable-jlink
$ sudo make install

安装完成后，运行 $ openocd -V 命令，查看当前软件版本。

1.2.2 OpenOCD 使用

举例来说，假设你正在使用一个 STM32F4 Discovery 开发板，可以直接使用命令openocd -f board/stm32f4discovery.cfg 启动OpenOCD, vim openocd-0.12.0/tcl/board/stm32f4discovery.cfg 可以看到下面内容：

# my_config.cfg # 适配器配置 
source [find interface/stlink.cfg]

transport select hla_swd

# increase working area to 64KB
set WORKAREASIZE 0x10000

# 目标硬件配置 
source [find target/stm32f4x.cfg]

reset_config srst_only

使用的规则：

  • find 命令和参数FILENAME是放在[]中，命令返回的是该文件的完整路径（文件名不要用‘#’，‘#’是TCL的关键字）；
  • source 命令使用find到的文件，并以把这个文件作为脚本执行。

如果当前使用的是一个不常见的适配器来debug一些目标设备，就需要source jtag interface 和 target configs。例如：

  openocd -f interface/ftdi/jtagkey2.cfg -c "transport select jtag" \
          -f target/ti_calypso.cfg

  openocd -f interface/stlink.cfg -c "transport select hla_swd" \
          -f target/stm32l0.cfg

1.2.3 OpenOCD 启用 GDB

在另一个终端中，你可以启动 GDB 并连接到 OpenOCD：

arm-none-eabi-gdb -ex "target remote localhost:3333"

此时，你就可以使用 GDB 来进行调试了。例如，你可以使用 continue 命令来开始执行程序，或者使用 break 命令来设置断点。
以上就是 OpenOCD 的基本使用方法。在实际使用中，你可能需要根据你的具体硬件和需求来调整配置文件和 GDB 命令。

1.3 OpenOCD 资料

  • 项目主页 http://openocd.org/
  • 用户手册 http://openocd.org/doc/html/index.html
  • 源码镜像 https://github.com/ntfreak/openocd
  • OpenOCD通常都是源码发布，当然网上有一些编译好的二进制分发，例如这个 https://gnutoolchains.com/arm-eabi/openocd/

推荐阅读：
https://zhuanlan.zhihu.com/p/41517198
https://openocd.org/doc-release/html/TAP-Declaration.html#DAP-subcommand-apreg
https://bbs.huaweicloud.com/blogs/122621

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