[Отладка, Программирование микроконтроллеров] Полноценная GDB отладка через USB на плате BluePill (STM32F103С8T6)

Ответить на тему

Автор

Сообщение

news_bot ^®

Стаж: 6 лет 9 месяцев
Сообщений: 27286

news_bot ^® написал(а)
09-Мар-2021 20:31

Цитировать

В данной статье речь пойдет о программировании и полноценной отладке микроконтроллера STM32F103C8T6 через USB.Однажды, от коллег поступило предложение о участии в IoT проекте. Система предусматривала однопоточный запуск скриптов. Отладка производилась с помощью логов. И тут мне в голову пришла мысль о полноценной удаленной отладке проектов под микроконтроллеры.Для начала нужно было опробовать все на прототипе. В качестве отладочной платы была выбрана почти всем знакомая BluePill на микроконтроллере STM32F103. Поскольку на данной отладке имеется интерфейс MicroUSB, было принято решение в прототипе использовать именно этот интерфейс. В будущем предполагался переход на UART подключенный к GSM модулю.Требовалось реализовать загрузчик имеющий несколько функциональных блоков. Задачу на подзадачи и решать их последовательно. Рассмотрим их.

Драйвер интерфейса USB со стороны микроконтроллера.
Код обновления прошивки микроконтроллера с помощью GDB.
GDB сервер.
Вывод отладочных логов.

Обо все по порядку. Для прототипирования был реализован загрузчик (bootloader).1. Первым был реализован протокол отладочного интерфейса. Т.е. USB. В качестве класса USB-устройств был выбран WinUSB. Для его реализации я использовал воспользовался исходным кодом библиотеки libopencm3. Для этого необходимо описать дескриптор устройства, дескрипторы конфигурации, интерфейса, конечных точек, а так же дескрипторы содержащие стоки "MSFT100" и "WINUSB". Последние два дескриптора требуются для определения устройства как WinUSB. Конфигурация конечных точек (USB-Endpoint) выбрана следующим образом control endpoint 0, bulk out endpoint 1, bulk in endpoint 81, bulk in endpoint 82. Конечная точка с номером ноль присутствует во всех устройствах USB, endpoint 1- применяется для передачи команд в загрузчик микроконтроллера, endpoint 81 - для передачи ответов на команды на компьютер, а 82 - для передачи текстовой информации (логов). Подробнее о USB можно прочитать в публикациях из разряда USB in a NutShell.2. Требовался код работы с флеш памятью. Вы можете подумать что тут все просто. Это так и не так одновременно. Первая проблема, которая возникла,- невозможность стереть флеш память в обработчике прерывания. Дело в том, что архитектура Cortex M предусматривает два режима работы процессора. Thread и Handler. В первом режиме процессор находится после старта, а так же когда нет активных прерываний. В Handler mode исполняются все обработчики исключений и прерываний. К сожалению, стирание flash-памяти на STM32F103C8T6 в Handler режиме приводит к корректному статусу стирания памяти, но сама память не стирается. Эта проблема решается посредством запуска кода стирания Flash в Thread режиме. Сделать это можно, так, как обычно происходит в операционных системах. Для этого нужно понимать что такое контекст потока. Это состояние набора регистров процессора, стека, описывающий конкретный момент работы системы. при входе в обработчик прерывания сохраняется контекст текущего работающего потока, а при выходе из обработчика, он восстанавливается и выполнение программы продолжается. Нам при выходе из обработчика нужно лишь восстановить "свой" контекст начала функции стирания Flash памяти. Подобная операция происходит в операционных системах при переключении задач.Другая проблема является более сложной. Заключается она в том, что при работе с флеш памятью может происходить выполнение обработчика прерывания, той прошивки, которая находится под отладкой. Эта проблема решается несколькими действиями перед стиранием памяти. Первое что требуется сделать,- заблокировать вызов любых обработчиков прерываний, используемых в отлаживаемой прошивке. Или проще говоря тех, которые не используются в Bootloader-e. Но даже в этом случае команда на стирание памяти может поступить в то время, когда один из обработчиков уже выполняется. Для решения этого вопроса и решил воспользоваться пошаговым режимом работы процессора и в таком режиме вывести процессор из всех обработчиков прерываний. После этого флеш-память можно стирать.3. Требовалось реализовать GDB-сервер. Я воспользовался исходным кодом проекта BlackMagic, для обработки команд приходящих из среды разработки. На самом деле приходящих от приложения arm-none-eabi-gdb. Далее команды транслировались в команды бинарного протокола, который используется для п процессе взаимодействия с микроконтроллером. Нижний уровень GDB-сервера выполнен с использованием библиотеки WinUSB.4. После того как прототип заработал, я пришел к решению добавить вывод отладочной информации с использованием printf. Для передачи отладочных сообщений использовал endpoint 82. На самом деле 8 - это единица в старшем разряде, указывающая направление передачи данных по шине USB в сторону компьютера (Host-а).Но таким образом функцией printf можно было пользоваться только в bootloader-е. А как же быть с отлаживаемым приложением? Обычно для взаимодействия с операционной системой используются прерывания/системные вызовы. Так BIOS использова int13, ms-dos int21. Мы же на микроконтроллере воспользуемся системным вызовом, т.е. командой svc. При выполнении данной команды в прошивке, будет вызван обработчик прерывания SVC, находящийся в bootloader-е. Что нам и требовалось сделать.Bootloader использует 10Kb flash памяти, но зарезервировано 16Kb с целью расширения функционала. Так же используется 4K оперативной памяти. Оперативная память применяется для хранения буферов USB, контекста прерванного процесса, а так же как память стека обработчиков прерываний. Итого. Остается 16Kb из 20Kb оперативной памяти и 48Kb flash памяти. Хотя на самом деле flash-память в контроллере STM32F103C8T6 не 64Kb а 128Kb,- соответственно остается 112Kb.В процессе отладки прошивки, возникает один интересный момент. Если, в отладчике делать шаг на потоке, а в это время произойдет вызов обработчика прерывания, то отладчик шагнет в обработчик прерывания. Чтобы такого не происходило, в коде я использовал step режим для выхода из обработчика прерываний. При этом если отладчик в прерывании наткнется на точку останова, будет произведена остановка отладки на точке останова.И наконец, - что поддерживается:

Загрузка прошивки на плату с использованием GDB. Т.е. непосредственно из среды программирования/отладки. В моем случае это STM32CubeIDE. Адрес вектора прерываний должен находится по адресу 0x8004000.
Просмотр и изменение памяти.
Просмотр и изменение регистров периферии.
Восемь точек останова.
Режим пошаговой отладки.
Принудительная остановка.

В отлаживаемой прошивке нельзя изменять адрес вектора обработчика прерываний. Нельзя изменять приоритеты прерываний. Приоритет должен быть выше или равен 0x40 по значению. Нельзя запрещать прерывания systick, прерывание usb, и прерывания DebugMon, SvcHandler, а так же всех FaultHandler-s. Код прототипа проекта доступен по ссылкеВидео работы с платой в среде STM32CubeIDE
===========
Источник:
habr.com
===========
Похожие новости:

Теги для поиска: #_otladka (Отладка), #_programmirovanie_mikrokontrollerov (Программирование микроконтроллеров), #_gdb, #_usb, #_stm32, #_arm, #_cortex, #_bluepill, #_debug, #_otladka (
Отладка
), #_programmirovanie_mikrokontrollerov (
Программирование микроконтроллеров
)

Профиль ЛС

Ответить на тему

Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете голосовать в опросах
Вы не можете прикреплять файлы к сообщениям
Вы не можете скачивать файлы

Текущее время: 22-Ноя 08:02
Часовой пояс: UTC + 5