痞子衡嵌入式：飞思卡尔i.MX RTyyyy系列MCU硬件那些事（2.1）- 玩转板载OpenSDA,Freelink调试器

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　　大家好，我是痞子衡，是正经搞技术的痞子。今天痞子衡给大家介绍的是飞思卡尔i.MX RTyyyy系列EVK上板载调试器的用法。

　　本文是i.MXRT硬件那些事系列第二篇，第一篇痞子衡给大家整体介绍了i.MXRT官方EVK，从本文开始痞子衡将细聊EVK上的组件，今天要讲的是一个非常经典而且常用的组件 - 板载调试器。如今各大半导体厂商推出的EVK基本都会配置自己家设计的板载调试器，方便客户开箱即用，不需要自己额外准备仿真器。众所周知，在嵌入式开发里调试器的作用是非常巨大的，用好调试器可以事半功倍。那么恩智浦出品的板载调试器有哪些特点呢？痞子衡将会为你揭秘：

一、背景简介

　　说到i.MXRT系列EVK板载调试器的背景，那真是一段长长的历史。恩智浦在2015年收购了飞思卡尔，这两家知名半导体公司在这之前都设计了自己的板载调试器，飞思卡尔是OpenSDA调试器，主要用于Kinetis系列Tower/FRDM开发板；恩智浦是LPC-Link调试器，主要用于LPC系列LPCXpresso开发板。i.MXRT系列是在两家合并之后新推出的MCU产品，那么到底要采用哪一种板载调试器呢？设计i.MXRT EVK的工程师也曾纠结过，这个纠结最终也反映到了i.MXRT EVK上。
　　i.MXRT系列最先发布的两款芯片是RT1050、RT1020，其后是RT1060、RT1015、RT1010、RT1170...，让我们分别打开它们EVK原理图找到其中板载调试器接口部分，如下所示：

　　早期i.MXRT芯片（RT1050/RT1020）EVK上配置的是OpenSDA调试器，从RT1060以及之后的芯片开始，EVK上板载调试器全部换成了Freelink（其实Freelink就是LPC-Link，在i.MXRT EVK上叫LPC-Link听起来怪怪的，所以改了个名字），为什么会从OpenSDA调试器换到Freelink调试器？因为i.MXRT芯片主要是由原飞思卡尔团队设计的，所以板载调试器第一选择当然是轻车熟路的OpenSDA，但是Freelink主控芯片LPC4322（双核CM4+CM0, 204MHz）相比OpenSDA主控MK20DX128（单核CM4, 50MHz）要强大得多，使用LPC4322作为调试器主控不仅性能更佳，未来功能拓展性也更好（君不见SEGGER J-Link从V10开始主控也选择了LPC4300系列LPC4337），因此高性能的Freelink调试器显然更适合i.MXRT EVK。
　　看起来当前i.MXRT EVK存在两种不同的调试器接口，不过仅从功能上来说，OpenSDA和Freelink有区别吗？其实没有区别，恩智浦出厂为这两种不同的调试器主控烧录了相同的固件DAPLink，DAPLink是ARM官方开源的Cortex-M调试器项目，在DAPLink项目主页上，MK20和LPC4322均在器件支持列表里，并且ARM官方还为OpenSDA和LPC-Link电路做了I/O级别的兼容：

二、核心功能

　　上一节讲了无论是OpenSDA接口还是Freelink接口的调试器，其实从调试使用角度来说，它们本质上都是DAPLink调试器，其功能特点都取决于DAPLink固件，继续回到DAPLink项目主页，可以看到如下功能介绍：

　　总体来说DAPLink固件主要有三大功能，第一是CMSIS-DAP协议的在线调试，知名IDE（Keil MDK、IAR EWARM）里都有CMSIS-DAP协议选项；第二是虚拟串口，嵌入式开发里，串口是常用的交互方式，DAPLink使用USB CDC虚拟了串口，为你省去了一个USB转串口的模块（如CH340T模块）；第三是拖拽进U盘下载，DAPLink还额外做了一个U盘拖拽下载的功能，方便用户将应用程序下载到片内/片外Flash里。需要注意的是，虚拟串口与U盘下载功能都是板级相关的，跟I/O连接以及Flash型号绑定了。

三、使用示例

　　讲完了DAPLink三大核心功能，下面痞子衡将结合恩智浦官方SDK里的示例工程为大家具体演示这三大功能。

3.1 准备工作

• 准备一块IMXRT1050-EVKB（Rev.A）或者MIMXRT1060-EVK（Rev.A1），假设板载调试器里的DAPLink固件是完好的。
• 准备一台PC，最好是Win10系统，如果是Win10以下系统需要手动安装好 serial port driver，注意要连接EVK上安装驱动，详见 安装注意事项。
• 准备一根Micro USB连接线，一端接上EVK的J14口，另一端连PC，EVK供电方式选择DAPLink（将J1的Pin5和Pin6连接）。
• 在PC上安装至少一个IDE（MCUXpresso/MDK/IAR），痞子衡安装的是IAR EWARM v8.32.2。
• 进入 MCUXpresso SDK Builder主页 下载最新的RT1050或RT1060 SDK开发包，Toolchain全部勾选上。

　　一切准备工作就绪，你应该可以看到EVK上电源灯D3显示黄色，这表明DAPLink供电正常，再打开设备管理器，可以看到如下三处设备，表明DAPLink驱动也在正常工作。

3.2 演示一：在线调试

　　首先演示的是在线调试，其实更准确的说是在内部SRAM中调试，即利用板载DAPLink调试器直接将应用程序下载进i.MXRT内部SRAM中，并跳转到应用程序中单步执行。当然有朋友会疑问，除了在内部SRAM调试，还有在外部SDRAM调试和在外部SPI NOR Flash调试，后两种不是本小节讨论的内容，痞子衡会在后续的文章中再细聊。
　　以RT1050-EVKB为例，使用IAR打开SDK里的 \boards\evkbimxrt1050\demo_apps\hello_world\iar 工程，hello_world是SDK里最典型的例程，该例程一共包含6个Project build（不算xx_debug/xx_release区别），其中debug或ram_0x1400_debug是链接到SRAM中的工程（.text段在ITCM里，.data段在DTCM里），这两个build即可用作在SRAM调试，选中debug工程，确认工程Options里的Debugger选的是CMSIS-DAP，然后点击IAR菜单栏上的“Download and Debug (Ctrl+D)”按钮，便能进入单步调试。

3.3 演示二：虚拟串口

　　继续演示虚拟串口，RT1050/RT1060 SDK里hello_world例程使能的是UART1（GPIO_AD_B0_12/13），OpenSDA/Freelink主控芯片与i.MXRT芯片的UART连接正是这个，因此DAPLink虚拟出来的串口可直接用于hello_world例程。
　　进入hello_world工程单步调试以后，随便打开一个串口调试助手，COM口设为39（与3.1节里设备管理器里设备号一致），然后直接按F5运行，可以在串口调试助手接收区里看到"hello world."打印出来。如果没有看到打印信息，请检查J30/J31（RT1050-EVKB）或J45/J46（RT1060-EVK）是否已连接。

3.4 演示三：U盘拖拽下载

　　最后演示U盘拖拽下载，前面讲的在线调试是把应用程序直接下载到i.MXRT内部SRAM中，断电重启后应用程序就丢失了，而U盘拖拽下载是将应用程序下载到外部SPI NOR Flash中，断电重启后ROM会负责启动SPI NOR Flash中的程序，因此可以实现离线运行。如果你看过痞子衡 《i.MXRT启动那些事》 系列文章，你应该知道所有类型的应用程序都可以存储在SPI NOR Flash中，无论是在Flash中XIP执行，还是在SRAM/SDRAM中执行，但是这些需要离线运行的应用程序必须要加上必要的i.MXRT启动头（FDCB，IVT, BootData）形成Bootable image才可以存储在SPI NOR Flash中，而U盘拖拽下载仅适用Bootable image。
　　仍以RT1050-EVKB为例，前面说过hello_world一共包含6个Project build，其中flexspi_nor_debug和flexspi_nor_sdram_debug工程可以直接生成Bootable image，因为这两个Build使能了XIP_BOOT_HEADER_ENABLE，这个宏决定了evkbimxrt1050_flexspi_nor_config.c中的hyperflash_config结构体常量和fsl_flexspi_nor_boot.c中的image_vector_table、boot_data结构体常量是否会被链接进最终的可执行文件。

　　痞子衡讲过，U盘拖拽下载是跟Flash类型相关的，咱们再打开RT1050-EVKB原理图，找到其中NOR Flash部分，从原理图上来看，RT1050-EVKB有两种类型NOR Flash可选，分别是八线HyperFlash（S26KS512SDPBHI02）和四线QSPI Flash（IS25WP064AJBLE），而默认连接的是八线HyperFlash，SDK例程里的flexspi_nor_xx build使能的启动头（FDCB）也正是对应HyperFlash（即evkbimxrt1050_flexspi_nor_config.c文件里的hyperflash_config）。

　　在进行U盘拖拽之前，首先需要设置RT1050-EVKB的拨码开关SW7，从原理图上看，SW7的3、4位对应Boot Mode，我们需要将Boot Mode设为2'b01，即设置i.MXRT芯片进入Serial Downloader模式，然后重新上电，再进行U盘拖拽下载。为什么需要这么做？这是因为如果i.MXRT芯片处于非Serial Downloader模式（比如Internal Boot），板子上电，ROM会尝试初始化FlexSPI模块去访问外部Flash，如果FlexSPI模块被初始化过一次，这可能会导致DAPLink中的FlexSPI驱动不能正常工作。
　　现在让我们选中flexspi_nor_debug工程，确认工程Options里Output Converter中Output format选择的是"Raw binary"，编译工程生成可执行文件hello_world.bin，然后将这个bin文件拖拽进名为 "RT1050-EVK" 的虚拟U盘里：

　　U盘拖拽下载已成功，现在让我们检验一下应用程序是否能够离线运行，首先需要将Boot Mode设为2'b10，即设置i.MXRT芯片进入Internal Boot模式，然后还需要设置i.MXRT从外部SPI NOR Flash启动，从原理图上看，SW7的1、2位对应BOOT_CFG[9]、BOOT_CFG[6]，我们需要将BOOT_CFG[6]设成1'b0，即从FlexSPI1 NOR启动，然后再将BOOT_CFG[9]设成1'b1，即FLASH_TYPE选择010 - HyperFlash 1V8，与EVK上连接的Flash类型保持一致。此时断电重启，你应该可以看到hello world离线运行了。

　　至于RT1060-EVK的U盘拖拽下载，其实与RT1050-EVKB差不多，只是需要注意的是RT1060-EVK上默认连接的Flash是四线QSPI Flash，SDK例程里的flexspi_nor_xx build使能的启动头（FDCB）也对应的是QSPI Flash（即evkimxrt1060_flexspi_nor_config.c文件里的qspiflash_config）。U盘下载成后BOOT_CFG[9]需设成1'b0，即FLASH_TYPE选择000 - Device supports 3B read by default。

四、更新固件

　　讲完了DAPLink调试器的功能与使用，最后再介绍一下更新DAPLink固件的方法。那么我们为什么需要更新DAPLink固件？我们知道ARM官方一直在维护DAPLink项目，代码也在不断地更新，或修复bug或新增功能，使用最新的DAPLink固件总不是坏事。有人可能会说，只要旧的DAPLink固件功能足够我使用，我就没有必要更新，确实有一定道理，但出现如下两种情况，你就不得不更新DAPLink固件：

• 你为i.MXRT-EVK更换了Flash连接（比如从HyperFlash换到了QSPI Flash），而且你还想继续使用DAPLink的U盘拖拽下载
• i.MXRT官方SDK的重大升级，并且DAPLink固件与SDK存在某种联系。据痞子衡所知，SDK 2.3.x的时候，DAPLink是可以自动为拖拽进U盘的裸image加启动头的，而到了SDK 2.6.x的时候，DAPLink就是直接下载Bootable image。

　　现在让我们试一下更换DAPLink固件，其实操作很简单，你还记得DAPLink调试器的U盘拖拽下载吗？其实DAPLink固件的更新也是用U盘拖拽下载的方式，因为DAPLink项目本身包含DAPLink Bootloader和DAPLink固件，下载用户应用程序我们借助的是DAPLink固件，而更新DAPLink固件，我们则需要借助DAPLink Bootloader。
　　首先让我们准备一个DAPLink固件，我们不需要去DAPLink项目主页自己去编固件，直接进到恩智浦 OpenSDA主页 ，还是以RT1050-EVKB为例吧，默认DAPLink固件是支持onboard hyper-flash的，我们现在将其换为支持onboard spi-flash的固件，点击DAPLink v0244 - Supports onboard spi-flash下面的Download Binary即可下载到k20dx_mimxrt1050_evk_qspi_if_crc_20180419.zip包，将包解压后里面即是我们要的固件（.bin格式）。

　　有了新固件，这时候需要让DAPLink进入Bootloader模式，确认J27（RT1050-EVKB）/J43（RT1060-EVK）连接的是Pin1-2，然后按住SW4（RT1050-EVKB）/SW9（RT1060-EVK）按钮，断电重启，如果出现名为 "MAINTENANCE" 的虚拟U盘，即表明进入DAPLink Bootloader模式成功，这时候将新固件拖拽进去即大功告成。

　　至此，飞思卡尔i.MX RTyyyy系列EVK上板载调试器的用法痞子衡便介绍完毕了，掌声在哪里~~~