使用ITM機制實現調試stm32單片機，實現printf與scanf。

1. ITM簡介

ITM機制是一種調試機制，是新一代調試方式，在這之前，有一種比較出名的調試方式，稱為半主機（semihosting）方式。

在pc上編寫過C語言的人都知道，printf可以向控制臺輸出，scanf可以從控制臺獲取輸入，這里的printf/scanf都是標準庫函數，利用操作系統的這些函數，我們可以很方便的調試程序。在嵌入式設備上（如stm32單片機平臺上）開發工具（如MDK/IAR）也都提供了標準庫函，自然也提供了printf/scanf函數，那么這些函數是否可以使用呢？ 問題來了，printf向哪里輸出呢？并且大部分情況下，也沒有鍵盤，又如何使用scanf實現輸入呢？

我們都知道，嵌入式設備一般的使用仿真器，如常見Jlink/ulink，可以實現燒錄，單步，下斷點，查看變量，等等。仿真器將PC機和單片機連接器來。聰明的設計者們就在考慮是否可以借助仿真器，使得單片機可以借助PC機的屏幕以及PC機的鍵盤實現printf的輸出和scanf的按鍵獲取。
也就是說，如下的hello，world程序

1. #include 

2. int main()  

3. {  

4.         //硬件初始化  

5.         //....  

6.         printf("hello, world");  

7.         for(;;);  

8. }  

這個程序燒錄到單片機中后，仿真器連接接單片機與PC，開始在線調試后，那么這個程序會將"Hello, world"輸出到PC機上，在開發工具（MDK/IAR等）的某個窗口中顯示。

這就相當于，單片機借助了PC機的顯示/輸入設備實現了自己的輸出/輸入。這種方式無疑可以方便程序開發者調試。

這種機制有多種實現方式，比較著名的就是semihosting（半主機機制）和ITM機制。
ITM是ARM在推出semihosting之后推出的新一代調試機制。現在我們來嘗試一下這種方式調試。

2. stm32使用ITM調試
MCU：stm32f207VG
仿真器：Jlink V8
IDE：MDK4.50

2.1 硬件連接

ITM機制要求使用SWD方式接口，并需要連接SWO線，一般的四線SWD方式（VCC SDCLK，SDIO，GND）是不行的。標準的20針JTAG接口是可以的，只需要在MDK里設置使用SWD接口即可。

2.2 添加重定向文件

將下面的文件保存成任意C文件，并添加到工程中。這里對這個文件簡單說明一下，要知道我們的程序是在單片機上運行的，為什么printf可以輸出到MDK窗口里去呢？這是因為 標準庫中的printf實際上調用 fputc實現輸出，所以我們需要自己編寫一個fputc函數，這個函數會借助ITM（類似于USART）提供的寄存器，實現數據的發送，仿真器會收到這些數據，并發往PC機。

實際上，如果你的單片機和一塊LCD連接，那么你只需要重新實現fputc函數，并向LCD上輸出即可，那么你調用printf時就會輸出到LCD上了。這中機制，就是所謂的重定向機制。

1. #include 

2.   

3. #define ITM_Port8(n)    (*((volatile unsigned char *)(0xE0000000+4*n)))  

4. #define ITM_Port16(n)   (*((volatile unsigned short*)(0xE0000000+4*n)))  

5. #define ITM_Port32(n)   (*((volatile unsigned long *)(0xE0000000+4*n)))  

6. #define DEMCR           (*((volatile unsigned long *)(0xE000EDFC)))  

7. #define TRCENA          0x01000000  

8.   

9. struct __FILE { int handle; /* Add whatever you need here */ };  

10.     FILE __stdout;  

11.     FILE __stdin;  

12.       

13. int fputc(int ch, FILE *f)   

14. {  

15.     if (DEMCR & TRCENA)   

16.     {  

17.         while (ITM_Port32(0) == 0);  

18.         ITM_Port8(0) = ch;  

19.     }  

20.     return(ch);  

21. }  

2.2 配置JLINK的初始化配置文件

將下面文件放置在你的工程下，并取任意名稱，這里筆者取名為 STM32DBG.ini
 

1. /******************************************************************************/  

2. /* STM32DBG.INI: STM32 Debugger Initialization File                           */  

3. /******************************************************************************/  

4. // <<

5. /******************************************************************************/  

6. /* This file is part of the uVision/ARM development tools.                    */  

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.   

13.   

14. FUNC void DebugSetup (void) {  

15. // 

16. //   

17. //   

18. //   

19. //   

20. //   

21. //             

22. //             

23. //             

24. //             

25. //   

26. //   

27. //   

28. //   

29. //   

30. //   

31. //   

32. //   

33. _WDWORD(0xE0042004, 0x00000027);  // DBGMCU_CR  

34. _WDWORD(0xE000ED08, 0x20000000);   // Setup Vector Table Offset Register  

35. }  

36.   

37. DebugSetup();                       // Debugger Setup  

這里對這個文件做簡單的解釋，
_WDWORD(0xE0042004, 0x00000027); // DBGMCU_CR
這一句表示想 0xE0042004地址處寫入 0x000000027，這個寄存器是各個位表示的含義在注釋中給出了詳細的解釋。 0x27即表示
        BIT0 DBG_SLEEP
        BIT1 DBG_STOP
        BIT2 DBG_STANDBY
        BIT5 TRACE_IOEN
注意，要使用ITM機制，必須要打開BIT5。

打開MDK工程，按照下圖修改。

2.3 MDK中對JLINK的配置

下圖中注意兩點
1). 這里的CoreClock是120M，因為筆者使用的是stm32F207VG這款芯片，并且時鐘配置為120M，所以這里填入120M，如果你使用stm32F10x，時鐘配置成72M，那么這里需要填入72M。即需要跟實際情況保持一致。
2). 最后一定要將 0處打勾，并將其他bit位上的勾去掉，最好與此圖保持一致，除CoreClock外。

2.4 燒錄程序，并啟動調試。可以看到，筆者在程序源碼中插入了一句printf語句輸出，然后按照下圖，就可以看到程序的輸出了。

3. 綜合版本使用scanf和printf
3.1 添加retarget文件
將如下代碼保存成retarget.c，然后加入到工程中。

[cpp] view plain copy

1. #pragma import(__use_no_semihosting_swi)  

2.   

3. struct __FILE { int handle; /* Add whatever you need here */ };  

4.     FILE __stdout;  

5.     FILE __stdin;  

6.       

7. int fputc(int ch, FILE *f)   

8. {  

9.     return ITM_SendChar(ch);  

10. }  

11.   

12. volatile int32_t ITM_RxBuffer;  

13. int fgetc(FILE *f)  

14. {  

15.   while (ITM_CheckChar() != 1) __NOP();  

16.   return (ITM_ReceiveChar());  

17. }  

18.   

19. int ferror(FILE *f)  

20. {  

21.     /* Your implementation of ferror */  

22.     return EOF;  

23. }  

24.   

25. void _ttywrch(int c)  

26. {  

27.     fputc(c, 0);  

28. }  

29.   

30. int __backspace()  

31. {  

32.     return 0;  

33. }  

34. void _sys_exit(int return_code)  

35. {  

36. label:  

37.     goto label;  /* endless loop */  

38. }  

3.2 編譯運行
編譯，燒錄，運行，打開Debug (printf) viewer，就可以看到輸入，參看下圖

這里對retarget.c文件做幾點說明.
1). 上面的代碼實際是在X:\Keil\ARM\Startup\Retarget.c上修改而成的，scanf依賴的函數共有兩個，fgetc和__backspace都需要實現，如果缺少__backespace函數，則scanf胡無法從Debug Viewer Dialog 窗口獲取輸入。另外上面提供的代碼只是個demo，用于演示效果，用于生產時應該處理的更完善一些。見參考文獻[1]

2). 函數ITM_SendChar，ITM_CheckChar，ITM_ReceiveChar在庫文件CMSIS\Include\core_cm3.h中。

3) 查看函數的符號引用關系，可以通過生成詳細的map文件來查看。命令行增加 --verbose --list rtt.map選項即可生成名為rtt.map的文件。

4. ITM與RTT結合(待實現)
grissiom 寫道:
忽然想到，或許可以把這個半主機做成 device，然后 rt_console_set_device("semi") 就可以直接用半主機做 finsh/rt_kprintf 了…… 不知可行不可行……

prife: ITM的接收不知道是否支持中斷，目前接收字符使用是輪詢方式。如果是中斷才有意義。這樣可以把ITM設備做成一個 rtt 的device了，讓finsh跑在 Debug printf Viewer窗口上。以后只要接一個jtag/SWD口就可以調試了，不用再接串口線了

參考文獻
[1] MDK help. Indirect semihosting C library function dependencies
[2] MDK help ARM Development Tools.
         Debugger Adapter User's Guides
             J-Link/J-Trace User's Guide
         Libraries and Floating Point Support Referencee
         Libraries and Floating Point Support Guide

         Linker Reference Guid