开源！速度100Kb/s的有线和无线双模ESP32S3芯片的DAP-Link调试器

开源！速度100Kb/s的有线和无线双模ESP32S3芯片的DAP-Link调试器

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  • 开源！速度100Kb/s的有线和无线双模ESP32S3芯片的DAP-Link调试器
  • 本项目未经授权，禁止商用！
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  • 本项目未经授权，禁止商用！
  • 个人玩家随意折腾~
      • 开发背景
        • 遇到需求
        • 发现缺陷
          • 缺陷1：无软件复位
          • 缺陷2：低功耗模式下或SWD口被占用时无法烧录
      • 解决问题
          • 解决1：下载速度慢
          • 解决2：低功耗模式下或SWD口被占用无法烧录
          • 解决3：其他无线DAP无法同时使用CDC串口
      • 使用介绍
      • 引脚使用情况
      • 下载速度测试
      • 并行工作互不影响
      • 工作模式设置
        • 无线模式设置
        • 有线模式设置
      • 开源链接
      • 目前进度

本项目未经授权，禁止商用！

本项目未经授权，禁止商用！

本项目未经授权，禁止商用！

个人玩家随意折腾~

开发背景

遇到需求

目前市面上调试器使用的较多的有ST-LinkV2、ST-linkV2.1、J-Link OB、DAP-Link等，但这些调试器无一例外都各有各的缺陷，并且都是有线的，在一些场景下使用有线调试器不方便：例如：

  1. 有关电机的项目，有线连接怕烧掉电脑USB口

  2. 受项目实际环境限制，有线连接不够长、或无法通过有线连接到电脑

针对以上使用需求，作者开始找无线的调试器，找到的结果要么是速度快的价格贵，如某点原子，300+的价格太让人劝退了。。。要么是价格便宜的速度贼慢，根本达不到正常的使用需求，又或者无法同时使用DAP和虚拟CDC串口，无奈，由于找不到又便宜、又好用、速度又快的，只好自己做了。。。

发现缺陷

开源DAP-Link发展到今天，有一些普遍缺陷虽然已经被大家解决了，但是还是有一些小问题没有被解决。

缺陷1：无软件复位

作者日常开发使用做多最频繁的调试器就是DAP-Link，在前几年的时候，市面上卖的DAP-Link都没有软件复位的功能，也就是必须是5线制(多了一个RESET)，发展到今天，大家搞得DAP-Link基本才都有了像ST-Link一样的软件复位，不需要接硬件RESET或手动断电了。

这里我得捧一下我自己_，之前在CSDN上发了一篇博文：十分钟快速自制CMSIS_DAP仿真器将ST-LINK-V2变身DAP仿真器_cmsis-dap-CSDN博客，虽然这边博文是USB使用的是HID方式，传输速度较慢，但在这篇博文里讲了怎么把软件复位加上去，帮助了不少人_

缺陷2：低功耗模式下或SWD口被占用时无法烧录

在低功耗产品开发，或者低成本产品开发时，由于MCU的IO引脚不够用需要把SWD口的IO也当成普通IO使用，在这种使用场景下，如果不把硬件RESET引脚引出来，那么下载一次程序后就无法在次下载了！

作者曾使用STM32L0系列的单片机开发过一款低功耗的产品，最初使用的是ST-LinkV2，在keil的下载设置里勾选了硬件复位，一直正常使用。后来换成了DAP-Link，却发现根本发现不了芯片，或者发现芯片后无法烧录！

各种检查后通过示波器抓RESET的波形，最终发现这个DAP-Link虽然存在硬件RESET引脚，但是只用来下载程序完后复位用了！巨坑！

随后作者又买了几个各式各样的DAP-Link，但都无一例外，当芯片处于低功耗模式下、或SWD口被占用的时候，就算接上了硬件RESET，DAP-Link在下载程序前并不会像ST-LinkV2那样自动复位！！！

解决问题

针对作者本人遇到这些使用问题，最终使用ESP32来实现，起初使用的S2，实现完毕后到了测速环节发现速度始终上不去，换成了S3后下载速度飞快！无线速度能达到41KB/s，几乎赶上ST-LinkV2的速度了！而有线模式更快，能达到100KB/S的速度！

解决1：下载速度慢

软件方案如下：

  • 芯片型号：ESP32S3

  • 无线通信：ESPNOW

  • USB协议库：cherryusb

  • USB通信方式：WINUSB

再结合S3双核的特性，有线模式下能到100Kb/s，无线模式41Kb/s，下载速度直接拉满。

对于大多数单片机来说已经足够用了，因为有好多低端的单片机并不支持高速下载。

由于目前SWD协议还是用IO模拟的，后期如果换成使用硬件SPI模拟SWD协议，速度还能更快！

解决2：低功耗模式下或SWD口被占用无法烧录

为了解决这一问题，作者通过抓包KEIL和DAP之间的通信过程，并仔细阅读CMSIS_DAP的源码后，最终发现芯片在保持复位时，其实也是可以连上读取IDCODE的，发现了这个现象，那么解决这个问题就好说了，在DAP-Link收到来自keil的连接包时，拉低复位引脚，并通过异步的方式保持50ms的低电平复位然后在拉高复位，这样就能够实现低功耗模式下的自动复位烧录。

解决3：其他无线DAP无法同时使用CDC串口

这个问题优化了好久的软件，最终实现了使用开发板5Mbps的波特率，一边无线下载程序，一边无线串口大数据量收发，同时工作不影响。

使用介绍

  • 使用环境：

    • Keil-MDK>=5.29

    • IAR>=8.32

  • 开发板型号：ESP32-S3-DevKitM-1

  • 引脚布局：
    在这里插入图片描述

  • 实物：
    在这里插入图片描述

引脚使用情况

引脚名称GPIO编号备注
TCK/SWCLKGPIO_NUM_4-
TMS/SWDIOGPIO_NUM_5-
TDIGPIO_NUM_6-
TDOGPIO_NUM_7-
nRESETGPIO_NUM_15-
nTRSTGPIO_NUM_16-
UART_TXGPIO_NUM_17-
UART_RXGPIO_NUM_18-
RGB_LEDGPIO_NUM_48-
主机按键GPIO_NUM_1按下为高电平
从机按键GPIO_NUM_2按下为高电平

下载速度测试

注：测量是手动掐秒表计时，下载速度受芯片型号、线损、WIFI干扰等多方面的因素影响，以下测试速度仅供参考。

有线模式、无线模式、ST-LinkV2擦除和校验的时间基本差不多的，所以下载速度的评定以编程时间来计算。

  • 测试芯片：STM32F407VGT6

  • 测试大小：1000K

  • 测试软件：Keil-MDK

  • 测试方式：扇区擦除+编程+校验

调试器类型编程耗时总耗时理论下载速度
STLink V223.XX37.XX≈43Kb/s
S3无线模式27.XX40.XX≈41Kb/s
S3有线模式10.XX24.XX≈100Kb/s

并行工作互不影响

无线CDC串口和DAP同时工作，互不影响。

测试方法：发送端使用Keil启动程序烧录，接收端TX和RX短接使用高波特率CDC串口回环收发。

测试效果：

在这里插入图片描述

工作模式设置

注意：固件刷入后默认有线模式

  • 绿灯：有线模式

  • 蓝灯：主机模式

  • 黄灯：从机模式

无线模式设置

主机：GPIO_NUM_1上电前接3.3V，亮红灯后断开

从机：GPIO_NUM_2上电前接3.3V，亮红灯后断开

执行以上操作后，主从机自动通过广播的形式进行配对，当主机亮蓝灯、从机亮黄灯时，则配对成功，配对信息掉电后不丢失。

有线模式设置

GPIO_NUM_1和GPIO_NUM_2上电前接3.3V，亮红灯后断开，等待亮绿灯后表示设置成功，掉电不丢失。

开源链接

https://gitee.com/jhembed/AK-LinkW_CMSIS-DAP

目前进度

目前进度：用开发板完整测试通过，正在自己打板验证。。。

ends…

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