Risc-v/ARM mcu OpenOCD 调试架构解析

最近有使用到risc-v的单片机，所以了解了下risc-v单片机的编译与调试环境的搭建，面试时问到risc-v的调试可参看以下内容。

risc-v根据官方的推荐，调试器服务是选择OpenOCD，DopenOCD(开放片上调试器)是一个开源的片上调试器，旨在提供针对嵌入式设备的调试、系统编程和边界扫描功能。OpenOCD的功能需要调试仿真器来辅助完成，调试仿真器是一个提供调试目标电信号的小型硬件单元。常用的有JLINK、STLink等一些开发板直接集成了调试仿真器.
基于openOCD的调试架构如下图所示：

PC端可以是GDB编译调试端或者是一个集成的IDE开发环境，它包含了一个OpenOCD的驱动，这个驱动是根据具体芯片有所差别的，OpenOCD提供了一系列调试的接口，芯片厂生产的芯片要支持OpenOCD就需要做自己家的驱动软件，还有一部分的配置文件（xx.cfg）是用来在上层配置具体芯片型号和调试器硬件类型以及flash编程信息的。cfg文件分几种类型如下：

interface :这些用于调试适配器。指定要使用的配置的文件 特定的JTAG，SWD和其他适配器在这里。
board :关于电路板，PWA，PCB，他们有很多名字。主板文件 包含特定于板的初始化项。
target :关于芯片。“target ”目录代表JTAG TAP。在芯片上 OpenOCD应该控制哪个，而不是一个板子。两种常见的目标类型 是ARM芯片和FPGA或CPLD芯片。当一个芯片有多个TAP（也许它同时具有ARM和DSP内核）时， 目标配置文件定义了所有这些。
可见OpenOCD的github: https://github.com/openocd-org/openocd

对比基于ARM内核的调试架构，可以看到基本结构类似，JLINK定义了一个软件调试层面的RDI接口标准，即Remote debug interface. Keil、IAR、ADS这些开发环境按照RDI标准进行定制，即可以支持JLINK调试。RDI底层使用USB传输，当然，其他硬件接口也是可以的。ARM体系原先是支持JTAG硬件调试接口的，随着cortex系列增加SWD调试规范，现在越来越多的调试器选择SWD接口。其接线少，速率高，也比较稳定。JTAG 20个口太占用pin资源了。JLINK V6开始支持SWD，现在V8支持已经足够好了。

两种内核的调试架构基本换汤不换药，都SEGGER和OpenOCD都提供了标准结构给芯片厂，芯片厂基于自家的芯片实现接口，底层都是通过USB驱动实现PC和调试器的通信，都包含下载算法的思路设计flash 编程方法。

下面就先看看，OpenOCD中的cfg文件配置方法吧，以stm32f4为例：

启动openocd服务，需要指定interface和target（target和board可以选择，最小系统板选target, 板载DRAM, 外部Flash的可以带上board的cfg文件）

openocd -f D:\OpenOCD\share\openocd\scripts\interface\stlink-v2.cfg -f D:\OpenOCD\share\openocd\scripts\board\stm32f4discovery.cfg

配置risc-v内核：

# script for stm32f4x family

#
# stm32 devices support both JTAG and SWD transports.
#
source [find target/swj-dp.tcl]
source [find mem_helper.tcl]

if { [info exists CHIPNAME] } {
   set _CHIPNAME $CHIPNAME
} else {
   set _CHIPNAME stm32f4x
}

set _ENDIAN little

# Work-area is a space in RAM used for flash programming
# By default use 32kB (Available RAM in smallest device STM32F410)
if { [info exists WORKAREASIZE] } {
   set _WORKAREASIZE $WORKAREASIZE
} else {
   set _WORKAREASIZE 0x8000
}

#jtag scan chain
if { [info exists CPUTAPID] } {
   set _CPUTAPID $CPUTAPID
} else {
   if { [using_jtag] } {
      # See STM Document RM0090
      # Section 38.6.3 - corresponds to Cortex-M4 r0p1
      set _CPUTAPID 0x4ba00477
   } {
      set _CPUTAPID 0x2ba01477
   }
}

swj_newdap $_CHIPNAME cpu -irlen 4 -ircapture 0x1 -irmask 0xf -expected-id $_CPUTAPID
dap create $_CHIPNAME.dap -chain-position $_CHIPNAME.cpu

tpiu create $_CHIPNAME.tpiu -dap $_CHIPNAME.dap -ap-num 0 -baseaddr 0xE0040000

if {[using_jtag]} {
   jtag newtap $_CHIPNAME bs -irlen 5
}

set _TARGETNAME $_CHIPNAME.cpu
target create $_TARGETNAME cortex_m -endian $_ENDIAN -dap $_CHIPNAME.dap

$_TARGETNAME configure -work-area-phys 0x20000000 -work-area-size $_WORKAREASIZE -work-area-backup 0

set _FLASHNAME $_CHIPNAME.flash
flash bank $_FLASHNAME stm32f2x 0 0 0 0 $_TARGETNAME

flash bank $_CHIPNAME.otp stm32f2x 0x1fff7800 0 0 0 $_TARGETNAME

flash bank $_CHIPNAME.otp stm32f2x 0x1fff7800 0 0 0 $_TARGETNAME
_WORKAREASIZE 是OpenOcd调试使用的ram空间，一般把flash的编程程序放在这里，然后需要编程的数据也放在这里面。

flash bank $_FLASHNAME stm32f2x 指定flash的名称和驱动，这里如果需要适配自己厂家的芯片的话，flash驱动是需要自己实现的，如果各位小伙伴，以后进入MCU厂，这个flash驱动时​必须要会的。关于驱动的写法，阿目​有时间再介绍一篇文章，内容比较多。

interface文件中​简单配置：

echo "WARNING: interface/stlink-v2.cfg is deprecated, please switch to interface/stlink.cfg"
source [find interface/stlink.cfg]

只需要配置自己使用是哪个调试硬件平台就好，这是使用的是stlink​。

windows ​powershell 运行界面：

出现上述代表运行正常。其中第一个cfg文件为stlink接口文件 因为用的硬件为stlink，第二个cfg文件为板子对于芯片文件。stm32f407打开另一个cmd或者powershell arm-none-eabi-gdb .\rt-thread.elf
这个时候第一个窗口会显示：

这里的调试截图​来源，亲测可用，感谢博主：利用openocd 在windows环境下GDB调试（调试器 stlinkv2）STM32_xpack-openocd 调试stlink-CSDN博客