news 2026/2/11 15:23:53

树莓派Pico的SWD调试(TODO)

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张小明

前端开发工程师

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树莓派Pico的SWD调试(TODO)

最近弄一下rtos和lvgl,遇到一个问题就是开机后没多久系统就挂死了。此时串口也连接不上,唯一就是LED看一下状态,但是信息量确实太少了。

没办法,只有把SWD的调试环境搭起来。。。

1 原理

SWD(Serial Wire Debug,串行线调试)是 ARM 公司推出的一种串行调试接口标准,其核心是通过两根串行信号线实现对芯片的调试控制、数据读写及程序调试,相比传统的 JTAG 接口更简洁、占用引脚更少,适合 Pico 这类小型微控制器。

简而言之,SWD就是JTAG的青春版。

SWD 是 JTAG 舍弃了复杂的电路板级硬件测试(边界扫描)功能,并利用半双工通信技术将 5 根引脚精简为 2 根的“高性价比”方案。它在牺牲了对电路板焊点检测和多芯片物理串联能力的基础上,依然完整保留了对 CPU 内核调试、内存访问及程序烧录的所有核心能力。

SWD 调试依赖RP2040 芯片内置的 ARM Cortex-M0 + 内核的调试架构,以及专门的调试引脚和硬件模块:

DAP(Debug Access Port,调试访问端口):RP2040 内部集成了 ARM 标准的 DAP 模块,这是 SWD 调试的核心硬件单元,负责解析外部调试器的指令、访问芯片的内部资源(如寄存器、内存、Flash)。

这部分可以参考官网:https://developer.arm.com/documentation/ddi0480/e/Debug-Access-Port

SWD 专用引脚:Pico 板载了两个关键的 SWD 引脚(可通过排针引出):
SWDCLK:串行调试时钟引脚,由调试器(如 J-Link、OpenOCD+Raspberry Pi 主机)提供时钟信号,同步数据传输;
SWDIO:双向数据引脚,用于在调试器和 Pico 之间传输命令、地址和数据(输入输出复用)。


看着SWD的协议有点类似I2C。此外,还需要 GND(接地)和可选的nRESET(复位引脚,用于复位芯片)配合。

SWD工作流程:

1 外部调试器通过 SWD 协议 发送一个请求数据包。

2 数据包到达 DP (Debug Port)。

3 DP 解析请求,如果目标是内存或外设:

4 DP 使用 SELECT 寄存器选中目标 AP (Access Port)(通常是 MEM-AP)。

5 DP 将读/写请求转发给选中的 AP。

6 AP (Access Port) 将这个请求转化为内部总线协议(如 AHB 或 APB)事务。

7 内部总线执行操作(读取内存或写入外设寄存器)。

8 结果通过 AP 和 DP 返回,最终通过 SWDIO 线返回给外部调试器。

小结:SWD的本质功能就是通过SWD接口读写MCU的内存和寄存器。

小扩展:在windows或者Linux上不用这种手段,直接用GDB就能调了。这是为什么呢?

当在 Linux上直接运行 gdb <app_name> 时,GDB 是在软件层和操作系统内核的帮助下完成调试的。最核心的机制是 ptrace (Process Trace)。GDB(作为父进程)通过 ptrace() 系统调用,将自己挂载到目标进程(您要调试的应用程序)上。同时获得对目标进程内存、寄存器和执行流的完全控制权。

同时,在现代操作系统上,每个应用程序都有自己的虚拟地址空间。GDB 和目标进程都在同一个OS内核的监督下运行。GDB 通过内核提供的 API(如 /proc 文件系统、ptrace)来直接访问和操作目标进程的内存和寄存器状态。

Windows上不是ptrace。微软提供了一套Debug API来实现这个功能。

2 环境搭建

根据树莓派的官方文档RP-008276-DS-1-getting-started-with-pico,搭建调试环境是这样的。

也就是说需要两个PICO。这个是什么原因呢?其实中间的PICO就是一个协议转换。

做的工作就是将USB/Uart转换成SWD协议。将USB接口的5V数据电平转换成SWD的3.3V并保证硬件时序。

理论上这些功能也不算难,要求的算力也不多。真的有人做一个集成方案,弄到10块钱也不是不行。。。(想当年一个Jtag成千上万,一个公司也只有一个,甚至有员工离职不要未发工资顺走一个Jtag的。。。)

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