使用ITM机制实现调试stm32单片机，实现printf与scanf。
& {1 r" X. a0 s' A( E
1. ITM简介
0 p8 f1 [' Y! y+ \/ ~ITM机制是一种调试机制，是新一代调试方式，在这之前，有一种比较出名的调试方式，称为半主机（semihosting）方式。
( j9 H$ I( f0 N
在pc上编写过C语言的人都知道，printf可以向控制台输出，scanf可以从控制台获取输入，这里的printf/scanf都是标准库函数，利用操作系统的这些函数，我们可以很方便的调试程序。在嵌入式设备上（如stm32单片机平台上）开发工具（如MDK/IAR）也都提供了标准库函，自然也提供了printf/scanf函数，那么这些函数是否可以使用呢？ 问题来了，printf向哪里输出呢？并且大部分情况下，也没有键盘，又如何使用scanf实现输入呢？
" y+ K' H# F  j9 d
我们都知道，嵌入式设备一般的使用仿真器，如常见Jlink/ulink，可以实现烧录，单步，下断点，查看变量，等等。仿真器将PC机和单片机连接器来。聪明的设计者们就在考虑是否可以借助仿真器，使得单片机可以借助PC机的屏幕以及PC机的键盘实现printf的输出和scanf的按键获取。
也就是说，如下的hello，world程序
/ Y4 k: Z& B1 Y
/ k  g+ I" g$ x* X/ S

1. #include <stdio.h>  
   8 u3 s9 E; c! C9 w6 G% I
2. int main()  
   5 b" ]0 ?7 p2 X% D
3. {  
   
4.         //硬件初始化  
   7 B1 Y# j# P1 U6 v
5.         //....  
   
6.         printf("hello, world");  
   % H4 ~! y# X3 C, v0 g
7.         for(;;);  
   
8. }  

复制代码

2 E4 L' m' B6 {6 o
这个程序烧录到单片机中后，仿真器连接接单片机与PC，开始在线调试后，那么这个程序会将"Hello, world"输出到PC机上，在开发工具（MDK/IAR等）的某个窗口中显示。

这就相当于，单片机借助了PC机的显示/输入设备实现了自己的输出/输入。这种方式无疑可以方便程序开发者调试。
7 D2 H+ H" c8 m8 A
3 C" w% f1 O5 N这种机制有多种实现方式，比较著名的就是semihosting（半主机机制）和ITM机制。
ITM是ARM在推出semihosting之后推出的新一代调试机制。现在我们来尝试一下这种方式调试。

2. stm32使用ITM调试
0 g! O( Z$ [( J0 u4 J- a& `7 ~MCU：stm32f207VG
8 E' _1 o0 @5 Y; c; T: P仿真器：Jlink V8
! f6 M6 `+ y2 v! G- Z: l3 \/ bIDE：MDK4.50
' \! i  g+ ?; K; q
2.1 硬件连接
ITM机制要求使用SWD方式接口，并需要连接SWO线，一般的四线SWD方式（VCC SDCLK，SDIO，GND）是不行的。标准的20针JTAG接口是可以的，只需要在MDK里设置使用SWD接口即可。

6 m! ]9 |- o* c! L+ U2.2 添加重定向文件
将下面的文件保存成任意C文件，并添加到工程中。这里对这个文件简单说明一下，要知道我们的程序是在单片机上运行的，为什么printf可以输出到MDK窗口里去呢？这是因为 标准库中的printf实际上调用 fputc实现输出，所以我们需要自己编写一个fputc函数，这个函数会借助ITM（类似于USART）提供的寄存器，实现数据的发送，仿真器会收到这些数据，并发往PC机。

实际上，如果你的单片机和一块LCD连接，那么你只需要重新实现fputc函数，并向LCD上输出即可，那么你调用printf时就会输出到LCD上了。这中机制，就是所谓的重定向机制。


% V9 B$ h5 u) M, O5 i

1. #include <stdio.h>  
   
2.   
   
3. #define ITM_Port8(n)    (*((volatile unsigned char *)(0xE0000000+4*n)))  
   
4. #define ITM_Port16(n)   (*((volatile unsigned short*)(0xE0000000+4*n)))  
   2 n' i. Y% h# u5 R& h# m
5. #define ITM_Port32(n)   (*((volatile unsigned long *)(0xE0000000+4*n)))  
   
6. #define DEMCR           (*((volatile unsigned long *)(0xE000EDFC)))  
   
7. #define TRCENA          0x01000000  
   6 e& i7 P5 A  `4 b2 z
8.   
   & L, a; x  L: G: B3 p2 q
9. struct __FILE { int handle; /* Add whatever you need here */ };  
   
10.     FILE __stdout;  
    " i, M  [& _* g) z9 z+ F7 v$ r. Z0 ]
11.     FILE __stdin;  
    
12.       
    $ Y% h- V3 q; J3 {
13. int fputc(int ch, FILE *f)   
    ; `8 g1 C" f- A1 K! d# a
14. {  
    
15.     if (DEMCR & TRCENA)   
    
16.     {  
    
17.         while (ITM_Port32(0) == 0);  
    3 A' _4 I2 Z! A4 `: s- q
18.         ITM_Port8(0) = ch;  
    / Q8 G. P, }7 r7 G! U
19.     }  
    
20.     return(ch);  
    8 ]% \& O1 B! K4 `, K. U
21. }  

复制代码

' D8 H! ^; U$ n; p2 S2 U$ s9 E
) i0 N, ~5 d  }2.2 配置JLINK的初始化配置文件

将下面文件放置在你的工程下，并取任意名称，这里笔者取名为 STM32DBG.ini
5 B& H  D& }6 s1 Y+ I. n8 G/ A

1. /******************************************************************************/  
   
2. /* STM32DBG.INI: STM32 Debugger Initialization File                           */  
   
3. /******************************************************************************/  
   * ]) [9 d  a. N0 g* {2 d1 ?
4. // <<< Use Configuration Wizard in Context Menu >>>                           //   
     R/ S, y1 g. w" |3 h
5. /******************************************************************************/  
   ( N) @3 M/ P; A
6. /* This file is part of the uVision/ARM development tools.                    */  
   * W9 s+ l. V. H1 f# s
7. /* Copyright (c) 2005-2007 Keil Software. All rights reserved.                */  
   
8. /* This software may only be used under the terms of a valid, current,        */  
   
9. /* end user licence from KEIL for a compatible version of KEIL software       */  
   
10. /* development tools. Nothing else gives you the right to use this software.  */  
    
11. /******************************************************************************/  
    
12.   
    
13.   
    , Y6 v  t; N5 F6 A9 {
14. FUNC void DebugSetup (void) {  
    8 o' e" Z5 Q  k, h" u
15. // <h> Debug MCU Configuration  
    # ?8 k, O" Z; S
16. //   <o1.0>    DBG_SLEEP     <i> Debug Sleep Mode  
    9 }6 [5 m: g  _4 w4 I
17. //   <o1.1>    DBG_STOP      <i> Debug Stop Mode  
    . Z% G& a3 i! Z! B$ |3 q4 @( u- V
18. //   <o1.2>    DBG_STANDBY   <i> Debug Standby Mode  
    
19. //   <o1.5>    TRACE_IOEN    <i> Trace I/O Enable   
    " P- I( m* D6 x
20. //   <o1.6..7> TRACE_MODE    <i> Trace Mode  
    
21. //             <0=> Asynchronous  
    
22. //             <1=> Synchronous: TRACEDATA Size 1  
    
23. //             <2=> Synchronous: TRACEDATA Size 2  
    
24. //             <3=> Synchronous: TRACEDATA Size 4  
    
25. //   <o1.8>    DBG_IWDG_STOP <i> Independant Watchdog Stopped when Core is halted  
    ; V2 h: z9 f8 P4 j
26. //   <o1.9>    DBG_WWDG_STOP <i> Window Watchdog Stopped when Core is halted  
    
27. //   <o1.10>   DBG_TIM1_STOP <i> Timer 1 Stopped when Core is halted  
    
28. //   <o1.11>   DBG_TIM2_STOP <i> Timer 2 Stopped when Core is halted  
    & b% {9 e2 I& Y6 @
29. //   <o1.12>   DBG_TIM3_STOP <i> Timer 3 Stopped when Core is halted  
    
30. //   <o1.13>   DBG_TIM4_STOP <i> Timer 4 Stopped when Core is halted  
    ; e8 Y3 y, [2 u( e" n: k
31. //   <o1.14>   DBG_CAN_STOP  <i> CAN Stopped when Core is halted  
    
32. // </h>  
    
33. _WDWORD(0xE0042004, 0x00000027);  // DBGMCU_CR  
    6 j* _0 N" F0 S
34. _WDWORD(0xE000ED08, 0x20000000);   // Setup Vector Table Offset Register  
    
35. }  
    
36.   
    
37. DebugSetup();                       // Debugger Setup

复制代码

8 z0 h7 O8 B" z4 c  G4 S
这里对这个文件做简单的解释，
_WDWORD(0xE0042004, 0x00000027); // DBGMCU_CR
7 S. ]1 T9 {) i" I这一句表示想 0xE0042004地址处写入 0x000000027，这个寄存器是各个位表示的含义在注释中给出了详细的解释。 0x27即表示
; ^# c4 v6 y! ]3 ]        BIT0 DBG_SLEEP
        BIT1 DBG_STOP
        BIT2 DBG_STANDBY
        BIT5 TRACE_IOEN
注意，要使用ITM机制，必须要打开BIT5。
7 m: t' K! j* O0 A. \. q; ~% n
5 E! W! C4 h% q6 @. m  i& e! R3 F打开MDK工程，按照下图修改。
- d+ G# v# ], t) }

0 |* k6 c9 R- ?2.3 MDK中对JLINK的配置

* p9 n7 @" w/ P$ |

下图中注意两点
1). 这里的CoreClock是120M，因为笔者使用的是stm32F207VG这款芯片，并且时钟配置为120M，所以这里填入120M，如果你使用stm32F10x，时钟配置成72M，那么这里需要填入72M。即需要跟实际情况保持一致。
2). 最后一定要将 0处打勾，并将其他bit位上的勾去掉，最好与此图保持一致，除CoreClock外。
# j* w  ~# w' H, E7 u; `$ A

9 o5 m1 d1 f/ ^2 I: G3 N# T) C& n2.4 烧录程序，并启动调试。可以看到，笔者在程序源码中插入了一句printf语句输出，然后按照下图，就可以看到程序的输出了。

; M* L8 ]! D% R* {/ G4 K, V; y

, j6 E! V0 v0 d5 m6 p. c1 o, u3. 综合版本使用scanf和printf
3.1 添加retarget文件
将如下代码保存成retarget.c，然后加入到工程中。
' r  E4 j0 v4 R5 l' [7 U4 S
3 W1 h& h& ?+ ]
% I/ Y. ^) Y# |$ C0 P

1. #pragma import(__use_no_semihosting_swi)  
   
2.   
   " `& w' n2 }4 b+ w+ ]
3. struct __FILE { int handle; /* Add whatever you need here */ };  
   6 B" |' c. S- ~
4.     FILE __stdout;  
   ) @& M; E: F  r" d  O
5.     FILE __stdin;  
   : v# Z( V: {) I7 d1 S
6.       
   & [+ B2 k. z% \3 Z" c( j
7. int fputc(int ch, FILE *f)   
   . K- O8 d- P& ^5 [4 D7 v5 y! R
8. {  
   , }6 K1 }3 N  d) l& n* G. ~4 s
9.     return ITM_SendChar(ch);  
   # [* ], d  q4 k8 g  C& C
10. }  
    : _" p* X5 A  Q
11.   
    # ]7 ^4 |$ N# y3 U" c+ r
12. volatile int32_t ITM_RxBuffer;  
    ; G. j+ v+ V$ f( J
13. int fgetc(FILE *f)  
    
14. {  
    
15.   while (ITM_CheckChar() != 1) __NOP();  
    
16.   return (ITM_ReceiveChar());  
    
17. }  
    ) T3 e  w/ o/ V+ V/ O
18.   
    
19. int ferror(FILE *f)  
    8 Y5 h: o5 ?; P, I3 C
20. {  
    
21.     /* Your implementation of ferror */  
    7 k1 M, E3 i; P+ ~' _
22.     return EOF;  
    
23. }  
    6 y% E# a$ N9 `1 P
24.   
    : {, j% g7 \3 ?7 i! s" E& g- t
25. void _ttywrch(int c)  
    
26. {  
    
27.     fputc(c, 0);  
    4 p" t, W9 ^8 Y  ]# H% E" M$ ?
28. }  
    5 A# i5 r; K% G. [& ~# v% y3 A
29.   
    0 {2 p5 Y( z+ y: z3 c& A# I
30. int __backspace()  
    ( g$ z5 s+ A2 b/ L( E8 c, Z5 m
31. {  
    ; w3 d) [+ ~1 K$ D
32.     return 0;  
    9 `: X1 M( {2 ?% I7 q$ l
33. }  
    , s; i) j' u* I$ d7 L& \
34. void _sys_exit(int return_code)  
    4 u& A+ R; d/ s" i% q0 I
35. {  
    
36. label:  
    3 B% j* @! S; Z" V. K
37.     goto label;  /* endless loop */  
    + v1 F; K. o0 U
38. }  

复制代码

& y1 |9 O! |& n/ c5 S1 y
3.2 编译运行
编译，烧录，运行，打开Debug (printf) viewer，就可以看到输入，参看下图
/ C7 C, g7 z% D$ `( y" X

. @: ~, t+ \: J5 f6 s& A' L' G1 H这里对retarget.c文件做几点说明.
0 Y! H! J% U: ^& \1 \' A& l1). 上面的代码实际是在X:\Keil\ARM\Startup\Retarget.c上修改而成的，scanf依赖的函数共有两个，fgetc和__backspace都需要实现，如果缺少__backespace函数，则scanf胡无法从Debug Viewer Dialog 窗口获取输入。另外上面提供的代码只是个demo，用于演示效果，用于生产时应该处理的更完善一些。见参考文献[1]

, g" Y1 J! t' J( T6 K& v3 d2 u2). 函数ITM_SendChar，ITM_CheckChar，ITM_ReceiveChar在库文件CMSIS\Include\core_cm3.h中。
7 ?6 u0 T# W. D6 f' m
3) 查看函数的符号引用关系，可以通过生成详细的map文件来查看。命令行增加 --verbose --list rtt.map选项即可生成名为rtt.map的文件。
/ ~; {0 Z/ O2 A8 H3 u+ V
4. ITM与RTT结合(待实现)
grissiom 写道:
8 g: i% q5 V& x# P忽然想到，或许可以把这个半主机做成 device，然后 rt_console_set_device("semi") 就可以直接用半主机做 finsh/rt_kprintf 了…… 不知可行不可行……
, I) A' @  ~" X* b% B4 M3 b
prife: ITM的接收不知道是否支持中断，目前接收字符使用是轮询方式。如果是中断才有意义。这样可以把ITM设备做成一个 rtt 的device了，让finsh跑在 Debug printf Viewer窗口上。以后只要接一个jtag/SWD口就可以调试了，不用再接串口线了

/ |  K1 M* T$ Z

楼主厉害

学习，，来看看。。

搞不定，全是编译错误

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