使用ITM机制实现调试stm32单片机，实现printf与scanf。
0 t$ T" S+ v6 W$ ]
) K1 d" X/ T1 i$ t) R% j; M1. ITM简介
* F5 X2 D4 a% B0 [  D% SITM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。

; B8 c1 F0 E) Y  z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？

, ^( x" b5 v  w' G/ l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。
- F: [0 R& Q& h0 ]+ i也就是说，如下的hello，world程序
4 ~1 u5 Z1 }! ~7 ~" B

1. #include <stdio.h>  
   $ ^2 D+ b( {7 X, o
2. int main()  
   2 m! g+ r3 H, Y$ z0 [
3. {  
   3 G. y7 w5 B7 ?5 y
4.         //硬件初始化  
   
5.         //....  
   
6.         printf("hello, world");  
   
7.         for(;;);  
   
8. }  

复制代码

. c8 |$ l' R, R" [4 S6 X" V6 c9 U- l' R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。

0 x* o+ \( k: N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 v6 E6 v! m5 I
/ D* K- t  L* o* ?/ l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。

: M& K" r6 ?5 \/ J) b2. stm32使用ITM调试
MCU：stm32f207VG
: h1 b2 R# E0 t5 e# E# T7 i仿真器：Jlink V8
IDE：MDK4.50

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。

  a4 Y( Y% K2 G" v2.2 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。

$ e# E2 P, D- U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。

" ]1 y8 Z" p$ y& b$ v3 F

1. #include <stdio.h>  
   
2.   
   6 c) _5 Y* R6 D# _8 U, F4 l. X
3. #define ITM_Port8(n)    (*((volatile unsigned char *)(0xE0000000+4*n)))  
   4 {+ F- k4 @1 q$ [9 S
4. #define ITM_Port16(n)   (*((volatile unsigned short*)(0xE0000000+4*n)))  
   ! j8 y  ^0 {; t/ H2 `0 N
5. #define ITM_Port32(n)   (*((volatile unsigned long *)(0xE0000000+4*n)))  
   , ?- Z/ e5 n3 j! G  l( b2 B
6. #define DEMCR           (*((volatile unsigned long *)(0xE000EDFC)))  
   
7. #define TRCENA          0x01000000  
   $ E$ B& T! y! w) G: O; q- v" T6 @/ n: f
8.   
   # H, r0 g3 D4 g. V+ F6 z
9. struct __FILE { int handle; /* Add whatever you need here */ };  
   % j6 z. t( p* \+ h3 ^' D) F
10.     FILE __stdout;  
    9 o' \) x% B+ |0 V, Z! r; v; C% n
11.     FILE __stdin;  
    
12.       
    
13. int fputc(int ch, FILE *f)   
    2 u6 S) R0 W% ~
14. {  
    : q! f9 T3 K7 m' S' \+ {1 N: {
15.     if (DEMCR & TRCENA)   
    ' F" \" L$ ~+ w- T/ ~7 g0 v
16.     {  
    
17.         while (ITM_Port32(0) == 0);  
    
18.         ITM_Port8(0) = ch;  
    % J5 Y. W$ R) s; n; S
19.     }  
    
20.     return(ch);  
    
21. }  

复制代码

$ h& b, O- b" K& O$ W, Z+ T2.2 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
6 D- \% ]6 g3 j" w* e

( e3 h0 a4 ^0 ^3 I% R! q! g

1. /******************************************************************************/  
   
2. /* STM32DBG.INI: STM32 Debugger Initialization File                           */  
   
3. /******************************************************************************/  
   
4. // <<< Use Configuration Wizard in Context Menu >>>                           //   
   9 ]  L: v' k# `
5. /******************************************************************************/  
   8 q0 x# ^# m: M* A( b3 P$ Q7 d' j- h
6. /* This file is part of the uVision/ARM development tools.                    */  
   $ ^& o# g6 S' p% |
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.   
    9 ]- H  ~5 `: U" ^
13.   
    7 V( s/ X6 i# U) L4 m$ K6 N- ~! q
14. FUNC void DebugSetup (void) {  
    , `& f: }8 L3 C9 e7 z% W8 t. i
15. // <h> Debug MCU Configuration  
    
16. //   <o1.0>    DBG_SLEEP     <i> Debug Sleep Mode  
    
17. //   <o1.1>    DBG_STOP      <i> Debug Stop Mode  
    
18. //   <o1.2>    DBG_STANDBY   <i> Debug Standby Mode  
    1 N/ p# i* ]" x! M+ o5 ?
19. //   <o1.5>    TRACE_IOEN    <i> Trace I/O Enable   
    : ?5 x4 ]! x9 ^) i" z! O7 v% P& p
20. //   <o1.6..7> TRACE_MODE    <i> Trace Mode  
    ; U, n9 C4 y8 n
21. //             <0=> Asynchronous  
    
22. //             <1=> Synchronous: TRACEDATA Size 1  
    
23. //             <2=> Synchronous: TRACEDATA Size 2  
    # q  G9 H! {2 ?. Q5 c/ c0 i
24. //             <3=> Synchronous: TRACEDATA Size 4  
    5 l/ l5 W3 y. i" Z
25. //   <o1.8>    DBG_IWDG_STOP <i> Independant Watchdog Stopped when Core is halted  
    / Z! F- x9 ]7 B/ u. H+ r
26. //   <o1.9>    DBG_WWDG_STOP <i> Window Watchdog Stopped when Core is halted  
    : u3 p9 Z& e0 b4 u) w& b+ n0 o
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  
    
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  
    
31. //   <o1.14>   DBG_CAN_STOP  <i> CAN Stopped when Core is halted  
    9 |. r: p4 g1 Q. N, e
32. // </h>  
    & ?/ ~6 s" X9 {3 q. P+ S
33. _WDWORD(0xE0042004, 0x00000027);  // DBGMCU_CR  
    
34. _WDWORD(0xE000ED08, 0x20000000);   // Setup Vector Table Offset Register  
    
35. }  
    
36.   
    
37. DebugSetup();                       // Debugger Setup

复制代码

# X1 ?; \/ A! L$ \% j  M
这里对这个文件做简单的解释，
( V) b5 {/ s& k$ K_WDWORD(0xE0042004, 0x00000027); // DBGMCU_CR
/ _4 q) b9 W0 X! [2 e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
        BIT0 DBG_SLEEP
6 ^; y, ], p# [8 v' T6 i( G: p        BIT1 DBG_STOP
        BIT2 DBG_STANDBY
2 l$ f1 J. C6 z* F        BIT5 TRACE_IOEN
注意，要使用ITM机制，必须要打开BIT5。
. K, B5 F5 b0 m& w2 ]6 r" R
打开MDK工程，按照下图修改。
0 I. u& A& F7 m% F% m) G& H$ S

4 p; g, o) }5 N3 ~4 G

( ^* m! b* W# e4 E7 R7 d2 ~9 K7 j2.3 MDK中对JLINK的配置

下图中注意两点
8 o  y; C/ O9 Y$ K1 v) E1). 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。
# W3 s, h% m6 |

! \3 r( s: l" w8 m( m2.4 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。

; \5 V0 U2 j* z/ a( `5 E

9 [, Z6 Y0 _' X( r% C8 c3. 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。

$ V% ^) ?/ H! n# t

1. #pragma import(__use_no_semihosting_swi)  
   % m$ p3 E, j, E$ M+ C' [5 M
2.   
   
3. struct __FILE { int handle; /* Add whatever you need here */ };  
   
4.     FILE __stdout;  
   - {- d' V, f! j
5.     FILE __stdin;  
   ; B+ ?& K' |& H0 ]3 t. o* h/ V
6.       
   8 S# ~) Z. I1 p% d; H, G4 d* e
7. int fputc(int ch, FILE *f)   
   " l3 c  p- k5 v7 d7 f' n
8. {  
   
9.     return ITM_SendChar(ch);  
   ) O2 |! L% L0 m; R% x
10. }  
    
11.   
    
12. volatile int32_t ITM_RxBuffer;  
    ! L3 z4 a! Z& Y5 Q& }8 I
13. int fgetc(FILE *f)  
    
14. {  
    
15.   while (ITM_CheckChar() != 1) __NOP();  
    8 g! [6 R8 X9 Q3 J/ \# _
16.   return (ITM_ReceiveChar());  
    
17. }  
    
18.   
    7 E8 f) D  p' h& U' P- D
19. int ferror(FILE *f)  
    
20. {  
    6 O) R. m- |# H; ?
21.     /* Your implementation of ferror */  
    0 r2 j- @' ~" L: b; d
22.     return EOF;  
    3 U4 j/ Y* p7 o9 k, D: d9 P0 b
23. }  
    
24.   
    
25. void _ttywrch(int c)  
    3 N" E/ |0 E, _6 B( a
26. {  
    & X7 J$ ~8 I/ g
27.     fputc(c, 0);  
    - f4 q4 d* H9 y* N7 i4 ?) J/ k
28. }  
    2 q( x4 X# J, Z% I- }
29.   
    
30. int __backspace()  
    
31. {  
    3 I* D: ?  [+ `9 A4 @  K. c3 I) Z
32.     return 0;  
    % Q4 N! O+ H1 ~8 a; u
33. }  
    5 r. h+ F% V5 k. s; W" l( i3 C# Q1 d
34. void _sys_exit(int return_code)  
    
35. {  
    + J) l" B6 o8 T
36. label:  
    
37.     goto label;  /* endless loop */  
    - I% |; W& `9 X' F6 i" K% b
38. }  

复制代码

' `' j( {+ Q8 S; M0 D6 B( h8 m

, T6 z4 a+ m& X, \! }- i& D3.2 编译运行
1 N* O) T1 `# ~编译，烧录，运行，打开Debug (printf) viewer，就可以看到输入，参看下图

) R! p  N6 G. ~9 J, o" G# y0 s

这里对retarget.c文件做几点说明.
2 p* i2 k! l* X+ q1). 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]
: F, J8 U3 L$ f9 }4 M, i, Q8 v
& b# {" ]* G" U0 F' T9 {2). 函数ITM_SendChar，ITM_CheckChar，ITM_ReceiveChar在库文件CMSIS\Include\core_cm3.h中。
  }/ _9 q" k$ [& [
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。
$ v1 J# ~$ v3 b+ S0 G/ D0 `
4. ITM与RTT结合(待实现)
+ n: t0 U* Z, Ygrissiom 写道:
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……
# Z" Z% s9 U( ]4 `" [3 l
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
/ W, _& b# Q( h
6 J% s/ h- L! F, K# L

楼主厉害

学习，，来看看。。
1 d! _3 a8 G3 U' n+ ^1 }

搞不定，全是编译错误

赞赞！！！！