SWD接口和通信实现

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空闲态电平

1. SWD接口由SWCLK和SWDIO两根信号线组成，SWCLK调试器给目标芯片的时钟信号，在芯片端需要下拉；SWDIO双向数据信号，在芯片端需要上拉，上/下拉电阻的取值在100K附近即可。
   
   上/下拉电阻取值来自PY32单片机数据手册：
   

2. 在调试器端，空闲态下：SWDIO可以输出高，SWCLK可以输出高也可以输出低（DAPLINK初始化端口默认输出高，JLINK的SWCLK和SWDIO输出都是低，JLINK和DAPLINK时序不同）。

DAPLINK的配置：

/** Setup SWD I/O pins: SWCLK, SWDIO, and nRESET.
Configures the DAP Hardware I/O pins for Serial Wire Debug (SWD) mode:
 - SWCLK, SWDIO, nRESET to output mode and set to default high level.
 - TDI, TMS, nTRST to HighZ mode (pins are unused in SWD mode).
*/
__STATIC_INLINE void PORT_SWD_SETUP(void)
{
    // Set SWCLK HIGH
    pin_out_init(SWCLK_TCK_PIN_PORT, SWCLK_TCK_PIN_Bit);
    SWCLK_TCK_PIN_PORT->BSRR = SWCLK_TCK_PIN;
    // Set SWDIO HIGH
    pin_out_init(SWDIO_OUT_PIN_PORT, SWDIO_OUT_PIN_Bit);
    SWDIO_OUT_PIN_PORT->BSRR = SWDIO_OUT_PIN;

    pin_in_init(SWDIO_IN_PIN_PORT, SWDIO_IN_PIN_Bit, 1);
    // Set RESET HIGH
    pin_out_od_init(nRESET_PIN_PORT, nRESET_PIN_Bit);//TODO - fix reset logic
    nRESET_PIN_PORT->BSRR = nRESET_PIN;
}

WCH-LinkE工作在DAP模式下的电平实测：空闲态SWDIO为高电，SWCLK为低电平。

JLINK电平实测：空闲态SWDIO和SWCLK都为低电平。

接口模拟

1. 纯GPIO模拟，这也是DAPLINK的默认实现方式，只用两个IO，对于SWCLK时钟线，只需要单向输出；但是SWDIO是双向IO，那么调试器就需要对这个GPIO做输入输出切换。该方法优点是简单易实现，缺点是IO翻转频率无法做的很高，输入输出切换时有较大时间消耗。
   
   

2. 纯GPIO模拟，使用三个IO，对于SWCLK时钟线，只需要单向输出；对于SWDIO，使用两个IO，一个输出一个输入，中间串两个或一个电阻防止调试器的输入/输出口灌入大电流。时钟速度仍受GPIO翻转速率限制，优点是省去了IO输入/输出切换的时间。
   JLINK接法：
   当调试器驱动SWDIO时，信号经过MCU_OUT–>R87–>SWDIO传入目标芯片，同时信号也会经过R88返回到调试器，此时调试器忽略输入。
   当目标芯片驱动SWDIO时，信号经过SWDIO–>R88–>MCU_IN被调试器接收，同时信号也会经过R87到达MCU_OUT，由于R87的存在，无论调试器端MCU_OUT之前状态是输出高还是低，都不会造成短路。
   
   DAPLINK接法：
   简化的版本，SWDIO直连调试器输入端，原理和上文类似。
   
   关于电阻的取值：电阻值限制了SWDIO信号线的上升/下降速率，需要高速传输取100R左右的小电阻，代价是动态电流较大，在DAPLINK接法的100R电阻下，调试线长15CM左右，满足10M的IO翻转速率是没有问题的。
   推荐的接法：
   满足日常10~20CM的调试线使用，其中0R的电阻预留；当走线较长时，需要实测通信线上升和下降的振铃波形幅度，同时修改R87和R116。
   

3. 利用SPI实现部分硬件加速，适用于常见的只支持8bit或者16bit固定位宽的SPI外设。这种方案有一定的加速效果，但是使用起来比较麻烦。
   

下图是调试器写目标芯片的时序为例：
1：调试器发送的包请求（8bits）由SPI硬件完成
2：转向位(1bit) + 芯片发送的应答响应（3bits）+ 转向位(1bit) 切换到GPIO模拟
3：调试器的数据发送阶段（32bits）由SPI硬件完成
4：校验位（1bit）切换到GPIO模拟

4. 完全的SPI硬件加速，硬件连线同上图。例如STM32F072, STM32F303,STM32F051这种最低支持4bit的SPI外设就可以完全模拟SWD协议各个部分的时序了。
   调试器向目标芯片的写操作：8bit写 + 5bit读(丢掉最低位和最高位) + （16bit写 + 8bit写 + 9bit写）。
   
   调试器向目标芯片的读操作：8bit写 + 4bit读(丢掉最低位) + （16bit读 + 8bit读 + 10bit读）。
   

// stm32f0xx_spi.h
#define SPI_DataSize_4b                 ((uint16_t)0x0300)
#define SPI_DataSize_5b                 ((uint16_t)0x0400)
#define SPI_DataSize_6b                 ((uint16_t)0x0500)
#define SPI_DataSize_7b                 ((uint16_t)0x0600)
#define SPI_DataSize_8b                 ((uint16_t)0x0700)
#define SPI_DataSize_9b                 ((uint16_t)0x0800)
#define SPI_DataSize_10b                ((uint16_t)0x0900)
#define SPI_DataSize_11b                ((uint16_t)0x0A00)
#define SPI_DataSize_12b                ((uint16_t)0x0B00)
#define SPI_DataSize_13b                ((uint16_t)0x0C00)
#define SPI_DataSize_14b                ((uint16_t)0x0D00)
#define SPI_DataSize_15b                ((uint16_t)0x0E00)
#define SPI_DataSize_16b                ((uint16_t)0x0F00)

另一款芯片ESP8266的SPI使用FIFO模式操作，支持1bit~512bit任意读写，那么在SWD协议的WDATA段直接发起31bit的传输即可。

信号时序