单片机如果缺少调试功能，就好比失去了灵魂。

如今众多Cortex-M处理器能这么方便调试，在于有一项基于Arm Cortex-M处理器设备的CoreSight技术，该技术引入了强大的新调试（Debug）和跟踪（Trace）功能。

下面就来重点讲讲关于CoreSight中调试和跟踪的相关内容。

调试和跟踪功能

CoreSight两个主要功能就是调试和跟踪功能。

1.调试功能

• 运行处理器的控制，允许启动和停止程序
• 单步调试源码和汇编代码
• 在处理器运行时设置断点
• 即时读取/写入存储器内容和外设寄存器
• 编程内部和外部FLASH存储器

2.跟踪功能

• 串行线查看器（SWV）提供程序计数器（PC）采样，数据跟踪，事件跟踪和仪器跟踪信息
• 指令（ETM）跟踪直接流式传输到您的PC，从而实现历史序列的调试，软件性能分析和代码覆盖率分析

一张图了解整体内容：

JTAG

JTAG是行业标准的接口，用于下载和调试目标处理器上的程序以及许多其他功能。它提供了连接设备的简便方法，并且在所有基于Arm处理器的设备上都可用。JTAG接口可与基于Cortex-M的设备一起使用，以访问CoreSight调试功能。

1.JTAG历史

JTAG是联合测试工作组（Joint Test Action Group）的简称，是在名为标准测试访问端口和边界扫描结构的IEEE的标准1149.1的常用名称。此标准用于验证设计与测试生产出的印刷电路板功能。

1990年JTAG正式由IEEE的1149.1-1990号文档标准化，在1994年，加入了补充文档对边界扫描描述语言（BSDL）进行了说明。从那时开始，这个标准被全球的电子企业广泛采用，边界扫描几乎成为了JTAG的同义词。---引用维基百科

2.JTAG接口

JTAG的接口通常是4/5个接脚接口连到芯片上：

• TDI（测试数据输入）
• TDO（测试数据输出）
• TCK（测试时钟）
• TMS（测试模式选择）
• TRST（测试复位）可选

SWD串行线调试

SWD，Serial Wire Debug（串行线调试）模式是标准JTAG接口的替代方法，它仅使用两个引脚即可提供与JTAG相同的调试功能，而不会降低性能，并通过串行线查看器（SWV）引入了数据跟踪功能。

在JTAG引脚中包含SWD接口引脚，从而允许标准目标连接器中使用。引脚包含：

• TCLK-SWCLK（串行时钟）
• TMS-SWDIO（串行数据输入/输出）
• TDO-SWO（串行线输出-SWV使用）

关于SWV

SWV：Serial Wire Viewer，串行线查看器

基于Cortex-M3、 M4、 M7的设备能够根据所需信息或分析的类型，以多种方式提供高速数据跟踪信息。当系统处理器继续全速运行时，它通过SWO引脚传输。

可从ITM（仪器跟踪宏单元）和DWT（数据观察点和跟踪）单元获得信息，其中包括：

• PC（程序计数器）采样
• 显示CPU周期统计信息的事件计数器
• 具有定时统计信息的异常和中断执行
• 跟踪数据-用于时序分析的数据读取和写入
• 用于简单printf样式调试的ITM跟踪信息

拓展：下载调试器

简介

在过去的二十年里，智能小工具的问世促使电容式触摸表面或触摸板在人机界面（HMI）领域的应用得到了广泛普及。随着业界对触摸需求的日益增长，触摸传感技术也在不断朝着可靠、稳健的方向迈进。因此，对于消费类电子、可穿戴设备、家用电器、家庭自动化、工业、医疗和汽车领域的各种产品而言，电容式触摸界面无疑都是一项必不可少的用户需求。许多设备目前都已使用电容式触摸表面替代机械按钮。

本应用笔记将演示 AVR® DA 单片机的 2D 触摸表面实现，其中使用片上外设触摸控制器（PTC）和 Microchip 触摸库实现集成手势识别。具体将演示 AVR DA 单片机的高级低功耗触摸测量功能，以及如何使用 PTC 外设（令 CPU 处于待机休眠模式）以最大限度地降低功耗。

我们借助 Microchip AVR128DA48 Curiosity Nano、Curiosity Nano 触摸适配器、QT2 Xplained Pro 扩展板和Microchip 触摸库实现了基本的贪吃蛇演示程序来演示 2D 触摸表面手势。补充固件借助 Microchip 的 Atmel START 开发而成，QTouch®配置器（嵌入到 Atmel START 中）用于配置触摸表面参数。

介绍

一种无OS的MCU实用软件框架，包括任务轮询管理，命令管理器、低功耗管理、环形缓冲区等实用模块。系统中广泛利用自定义段技术减少各个模块间的耦合关系，大大提供程序的可维护性。

主要功能

• 支持模块自动化管理，并提供不同优先等级初始化声明接口。
• 支持任务轮询管理，通过简单的宏声明即可实现，不需要复杂的声明调用。
• 支持低功耗管理，休眠与唤醒通知。
• 支持命令行解析，命令注册与执行。
• blink设备支持，统一管理LED、震动马达、蜂鸣器

使用说明

完整的代码可以参考工程文件,系统开发平台如下：

MCU：STM32F401RET6

IDE：IAR 7.4或者Keil MDK 4.72A

任务初始化及任务轮询管理(module)

使用此模块前需要系统提供滴答定时器，用于驱动任务轮询作业。（参考platform.c）

使用说明//定时器中断(提供系统滴答)
void SysTick_Handler(void)
{
systick_increase(SYS_TICK_INTERVAL); //增加系统节拍
}

注册初始化入口及任务(参考自key_task.c)

使用说明static void key_init(void)
{
/*do something*/
}

static void key_scan(void)
{
/*do something*/
}

module_init("key", key_init); //注册按键初始化接口
driver_register("key", key_scan, 20); //注册按键任务(20ms轮询1次)

命令管理器(cli)

适用于在线调试、参数配置等(参考使用cli_task.c)，用户可以通过串口输出命令行控制设备行为、查询设备状态等功能。

命令格式

cli支持的命令行格式如下：

<cmd name> < param1> < param2> < paramn> < \r\n > <cmd name> ,< param1>, < param2>, < paramn>, < \r\n >

每行命令包含一个命令名称+命令参数(可选),命令名称及参数可以通过空格或者','进行分隔。

系统默认命令

cli系统自带了2条默认命令，分别是"?"与"help"命令，输入他们可以列出当前系统包含的命令列表，如下所示：

?         - alias for 'help'
help      - list all command.
pm        - Low power control command
reset     - reset system
sysinfo   - show system infomation.

适配命令管理器

完整的例子可以参考cli_task.c.

static cli_obj_t cli;                               /*命令管理器对象 */

/* 
 * @brief       命令行任务初始化
 * @return      none
 */ 
static void cli_task_init(void)
{
    cli_port_t p = {tty.write, tty.read};           /*读写接口 */

    cli_init(&cli, &p);                             /*初始化命令行对象 */

    cli_enable(&cli);

    cli_exec_cmd(&cli,"sysinfo");                   /*显示系统信息*/
}

/* 
 * @brief       命令行任务处理
 * @return      none
 */ 
static void cli_task_process(void)
{
    cli_process(&cli);
}

module_init("cli", cli_task_init);                  
task_register("cli", cli_task_process, 10);          /*注册命令行任务*/

命令注册

以复位命令为例(参考cmd_devinfo.c)：

#include "cli.h"
//...
/* 
 * @brief       复位命令
 */ 
int do_cmd_reset(struct cli_obj *o, int argc, char *argv[])
{
    NVIC_SystemReset();
    return 0;
}cmd_register("reset",do_cmd_reset, "reset system");

低功耗管理器(pm)

控制间歇运行，降低系统功耗。其基本的工作原理是通过轮询系统中各个模块是否可以允许系统进入低功耗。实际上这是一种判决机制，所有模块都具有有票否决权，即只要有一个模块不允许休眠，那么系统就不会进入休眠状态。pm模块在休眠前会统计出各个模块会返回最小允许休眠时长，并以最小休眠时长为单位进行休眠。

如何适配

使用前需要通过pm_init进行初始化适配，并提供当前系统允许的最大休眠时间，进入休眠的函数接口，基本的接口定义如下：

/*低功耗适配器 ---------------------------------------------------------*/
typedef struct {
    /**
     * @brief    系统最大休眠时长(ms)
     */  
    unsigned int max_sleep_time;
    /**
     * @brief     进入休眠状态
     * @param[in] time - 期待休眠时长(ms)
     * @retval    实际休眠时长
     * @note      休眠之后需要考虑两件事情,1个是需要定时起来给喂看门狗,否则会在休眠
     *            期间发送重启.另外一件事情是需要补偿休眠时间给系统滴答时钟,否则会
     *            造成时间不准。
     */     
    unsigned int (*goto_sleep)(unsigned int time);
}pm_adapter_t;
void pm_init(const pm_adapter_t *adt);

void pm_enable(void);

void pm_disable(void);

void pm_process(void);

完成的使用例子可以参考platform-lowpower.c，默认情况下是禁用低功耗功能的，读者可以去除工程中原来不带低功耗版本的platform.c，并加入platform-lowpower.c文件进行编译即可使用。

注册低功耗设备

以按键扫描为例，正常情况下，如果按键没有按下，那么系统休眠可以进入休眠状态，对按键功能是没有影响的。如果按键按下时，那么系统需要定时唤醒并轮询按键任务。

所以在一个低功耗系统下，为了不影响按键实时性需要处理好两个事情：

1）系统休眠状态下，如果有按键按下，那系统系统应立即唤醒，以便处理接下来的扫描工作。

2）如果按键按下时，系统可以进入休眠，但需要定时唤醒起来轮询按键任务。

对于第一种情况，将按键配置为边沿中断唤醒即可，以STM32F4为例(参考key_task.c)，它支持外部中断唤醒功能。

/* 
 * @brief       按键 io初始化
 *              PC0 -> key;
 * @return      none
 */ 
static void key_io_init(void)
{
    /* Enable GPIOA clock */
    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);

    gpio_conf(GPIOC, GPIO_Mode_IN, GPIO_PuPd_UP, GPIO_Pin_0);

    //低功耗模式下,为了能够检测到按键，配置为中断唤醒
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SYSCFG, ENABLE);
    SYSCFG_EXTILineConfig(EXTI_PortSourceGPIOC, EXTI_PinSource0);
    exti_conf(EXTI_Line0, EXTI_Trigger_Falling, ENABLE);
    nvic_conf(EXTI0_IRQn, 0x0F, 0x0F);

    key_create(&key, readkey, key_event);            /*创建按键*/
}

对于第二种情况，可以通过pm_dev_register来处理，当系统请求休眠时，如果此时按键按下，则返回下次唤醒时间即可，如下面的例子所示。

//参考key_task.c
#include "pm.h"                                     
/*
 * @brief	   休眠通知
 */
static unsigned int  key_sleep_notify(void)
{
    return key_busy(&key) || readkey() ? 20 : 0;    /* 非空闲时20ms要唤醒1次*/
} pm_dev_register("key", NULL, key_sleep_notify, NULL);

blink模块

具有闪烁特性(led, motor, buzzer)的设备(led, motor, buzzer)管理

使用步骤:

• 需要系统提供滴答时钟，blick.c中是通过get_tick()接口获取，依赖module模块
• 需要在任务中定时进行轮询

或者通过"module"模块的任务注册来实现

task_register("blink", blink_dev_process, 50);  //50ms轮询1次

LED驱动

blink_dev_t led;                             //定义led设备

/*
 *@brief     红色LED控制(GPIOA.8)
 *@param[in] on - 亮灭控制
 */
static void led_ctrl(int on)
{
    if (on)
        GPIOA->ODR |= (1 << 8);
    else 
        GPIOA->ODR &= ~(1 << 8);
}

/*
 *@brief     led初始化程序
 */
void led_init(void)
{
    led_io_init(void);                  //led io初始化
    blink_dev_create(&led, led_ctrl);   //创建led设备

    blink_dev_ctrl(&led, 50, 100, 0);   //快闪(50ms亮, 100ms灭)
}

按键管理模块

类似blink模块，使用之前有两个注意事项:

• 需要系统提供滴答时钟，key.c中是通过get_tick()接口获取，依赖module模块

• 需要在任务中定时进行轮询

key_t key;                             //定义按键管理器

/*
 *@brief     按键事件
 *@param[in] type     - 按键类型(KEY_PRESS, KEY_LONG_DOWN, KEY_LONG_UP)  
 *@param[in] duration - 长按持续时间
 */
void key_event(int type, unsigned int duration)
{
	if (type == KEY_PRESS) {                //短按

	} else if (type == KEY_LONG_DOWN) {     //长按

	}
} 

//读取键值(假设按键输出口为STM32 MCU PA8)
int read_key(void)
{
	return GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_8) == Bit_RESET;
}

/*
 *@brief     按键初始化
 */
void key_init(void)
{
    //打开GPIO 时钟
    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);
	//配置成输入模式
    gpio_conf(GPIOA, GPIO_Mode_IN, GPIO_PuPd_NOPULL, GPIO_Pin_8); 
    //创建1个按键
    key_create(&key, read_key, key_event);  
}

开源地址：

简介

今天推荐的文章概述了 AVR® DA 单片机系列的低功耗模式和特性，并借助功率调试器（ATPOWERDEBUGGER）比较了不同休眠模式下的电流消耗。此外，本文还介绍了如何修改 Curiosity Nano 板以读取功率和如何使用功率调试器，并说明了可用的休眠模式以及其他节能特性。