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基于CMSIS-DAP的无线仿真器方案完工

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wuxxb930f9 发布时间:2019-9-23 00:35
支持JTAG/SWD协议2 L7 C: Y4 |/ p/ H
支持虚拟串口
! x0 `1 C) v7 |, u9 V- g1 d; c支持5V/3.3V( K& O; v+ X0 E

0 q8 f+ V. x* ]) U" ^( X- s; ]这个小产品前前后后大概做了三个月左右,有些细节还是经过仔细反复推敲过的,整体方案自我还是比较满意的。原理其实比较简单,实际上就是透传USB HID报文:DAP协议通信是应答式的,HOST发送请求过来,DAP这边返回请求就可以了,对于USB全速设备来说,每次来回传输64字节。3 J* e+ g+ l" t$ |6 h' t0 K

) y" ^8 r6 s2 Q4 O, |% A
* S1 d9 Z+ K! w0 {4 L! @7 |关键要点在于以下几点:
0 m1 m% K2 H6 m' l
5 v0 v2 V2 q! _5 ~3 ~# X; u1 f1. 无线模块很关键,直接关系到调试下载的速度,无线肯定是比有线慢一些的,但不能太慢,如果太慢则上位机认为已经失去连接会直接断开(keil发出的usb hid请求必须在1-2秒之内回复,否则便会断开),一开始设计的是使用不带PA的NRF24l01模块,这个模块的问题是只能半双工通信,通信通信距离和性能都很低,而且抗干扰性很差,我使用的是国产的si24r1,可以pin2pin替代nrf24l01,据说性能比nrf24l01还是有点差距,实际测试下来无线传输速度只有4KB/s,这个性能不管是下载或者调试,基本上是难以忍受的,而且实际测试中抗干扰性很差,加上PA或许会稍有改善,然而性能始终是个无法解决的问题。稍作考虑之后决定用ESP8266作为无线模块,WiFi的稳定性和通信速度基本上是可以保证的,实际测试下来通信速度可以达到40KB/s,这个速度还是不错的,而且以ESP8266的性能后面还有很大优化空间,根据http://iot-bits.com/esp8266-tcp-server-speed-test/这里的测试结论,8266纯发射数据速率可以达到Mbps级别的。9 S( x+ z8 o. Y, {

; S8 S) i: q; u- ?  O
5 B3 r! A& J& m3 `: n( t5 }) s2. 虚拟串口实现,CMSIS-DAP是自带CDC的虚拟串口的,这个功能配合调试一起还是比较方便的,考虑到性能的缘故,串口和DAP协议数据都复用在了同一个socket里传输(用两个socket会增加系统负担,性能会慢),串口数据封装成了一条自定义的DAP命令,host端仍然使用DAP数据包,将host发出的串口数据作为请求,target则将收到的串口数据作为应答,使用tlv格式来指示有效的数据,以此来实现实现双向的串口传输。还是那句话,这一切都需要系统有足够的性能,如果无线传输性能只有4KB/s的话,连115200的串口波特率都无法实现有效传输。
: f  S, g! a2 s2 j/ ?/ C2 h3. 由于使用ESP8266 SDK开发,底层无线传输使用LWIP协议栈,使用TCP协议传输DAP数据包和串口数据,一般来说,传输层可以选择可靠的TCP协议和非可靠的UDP协议,UDP协议开销相对要小一些,性能也会更好一些,然而在简单测试了一下UDP协议之后,我立马放弃了UDP协议,丢包有点频繁,尤其在wifi信号比较多的场景,丢包概率会更高,串口数据或许还可以允许部分的丢包,而DAP通信是不允许任何一个包丢失的。所以使用TCP实现比较靠谱,双工通信,带数据确认,丢包重传,可有效提高传输的稳定性和可靠性。
" r& n$ G# [6 F0 r% h4. 无需安装驱动,也无需做任何额外的配置,只需要把发射机和接收机上电,等待双方的蓝灯从闪烁变为常亮之后,即可开始正常调试。而且支持重新配对,单个发射机可以和任意一个接收机重新建立配对,只需要将接收机短接nRST和GND并上电,便可实现重新配对。原理也很简单:发射机作为AP模式,SSID以固定的前缀nanoDAP-wl-[chipid]开头(由于带上了chipid,所以不同的发射机SSID都是不一样的),接收机上电会搜索以这个前缀开头的SSID,重新建立连接即可。而且理论上支持N对发射机/接收机同时工作,互不干扰。0 f+ c) _3 }, `7 `
0 h0 @& w. v$ C
后续可以继续优化的地方2 ~# ]0 q" S+ M
1. 支持固件升级,当前固件升级需要使用其他仿真器进行升级,后续可以移植DAPLink 的MSD bootloader,将固件拖拽到U盘中即可实现升级,这个应该是最简单最方便的固件升级方式,通常的固件升级还需要再PC端安装厂商提供的升级软件,稍微麻烦一些,而且不同的windows系统上还可能存在兼容性问题。1 W) V$ G. c5 ^; E7 u2 |9 f& b
2. 性能仍然可以继续提升,后续考虑修改LWIP底层协议栈实现性能提升,因为我们只需要TCP协议,其他协议都可以砍掉,这应该可以省掉很多判断和循环。
* g$ g. W3 X! I2 Z% _
& e8 T" @- l1 d8 W! C
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收藏 3 评论12 发布时间:2019-9-23 00:35

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12个回答
maxtch 回答时间:2019-9-23 11:18:22
如果是基于 Wi-Fi 的无线仿真器,某些别的协议可能会更合适一些。
radio2radio 回答时间:2019-9-23 11:38:36
有意思,实时调试无人机时可用。 也还可以用在需要供电隔离的场合。
; Q/ P2 @# {0 X* v7 d7 S) j- o+ U- y# c! C2 a  |
不知道这种WiFI模组,可靠的直线传输距离是多少, 楼主测试结果怎么样。
radio2radio 回答时间:2019-9-23 11:41:40
与ESP8266WiFI模组相比,蓝牙BLE也可以考虑吗?
香醋 回答时间:2019-9-23 13:51:38
顶一下下~~~~!
wuxxb930f9 回答时间:2019-9-23 18:53:03
radio2radio 发表于 2019-9-23 11:38
0 w8 D' H1 V) I& h有意思,实时调试无人机时可用。 也还可以用在需要供电隔离的场合。& X9 W: t0 Z# U. M1 Y" \+ m1 ]
0 U6 v+ |% v3 P! P$ C. N
不知道这种WiFI模组,可靠的直线传输 ...

7 R+ |3 r# I* O. m2 `目前测试十米内调试都是没问题的,空旷场地的话可以更远距离,根据这里的测试 http://www.areresearch.net/2016/ ... 6-range-tester.html,空旷场地300m还能保持连接并正常传输数据。
wuxxb930f9 回答时间:2019-9-23 18:57:17
radio2radio 发表于 2019-9-23 11:41) \0 ]" u% n5 |( z( r
与ESP8266WiFI模组相比,蓝牙BLE也可以考虑吗?

" [7 d( i% t# @" z# v1 R. oBLE速度不行,一般ble的phy只能达到1Mbps,刨去协议本身的各种开销,速度就更低了。而且据我一个做蓝牙的朋友讲信号稳定性比较一般,和WiFi肯定比不了。
wuxxb930f9 回答时间:2019-9-23 19:53:09
radio2radio 发表于 2019-9-23 11:381 S9 R1 g% e" G
有意思,实时调试无人机时可用。 也还可以用在需要供电隔离的场合。
; H+ z" f  t" B
, T) W8 N" A8 d  m  c/ y不知道这种WiFI模组,可靠的直线传输 ...

6 n" H& O6 T: z- _% c测试室内10m内都没什么问题,室外的空旷场地可以更远距离.根据这里的测试http://www.areresearch.net/2016/ ... 6-range-tester.html 空旷的野外400m还可以保持连接并且正常传输数据
Kevin_G 回答时间:2019-9-24 15:27:02
顶一下
pkoko 回答时间:2019-10-21 23:31:35
牛,顶一个
909958846 回答时间:2019-11-4 17:11:51
想问一下,哪里可以买到?
xiaonihao444-20 回答时间:2020-8-10 16:19:11
牛啊,好想要一个
pkoko 回答时间:2020-8-11 15:27:27
有意思的产品

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