[嵌入式系统-77]：RT-Thread-快速上手：嵌入式系统调测工具大全-编程知识

1. JTAG 下载调试器：

2. J-Link 仿真器：

3. ICE（In-Circuit Emulator）：

4. ROM监视器（ROM Monitor）：

5. 终端仿真工具：

6. 总线抓取工具：

7. 静态代码分析工具：

8. 单元测试工具：

9. 示波器（Oscilloscope）：

10. 调试探针：

11. 安全性测试工具：

嵌入式系统设计中涉及一些常用的调试工具，如下所示：

1. JTAG 下载调试器：

JTAG (Joint Test Action Group) 是一种国际标准测试协议（IEEE 1149.1），用于测试和维护复杂的集成电路，如微处理器、数字信号处理器（DSPs）、微控制器等。JTAG最初是为了在芯片制造过程中检测芯片内部的连接错误而设计的，但随着时间的推移，它已经被广泛应用于更广泛的领域，包括现场编程、调试、故障隔离和系统验证。

JTAG接口通常包括以下几个主要部分：

TAP (Test Access Port)：测试访问端口是JTAG接口的主要部分，它允许外部测试设备（如JTAG调试器）与芯片内部进行通信。TAP通常由四个引脚组成：TDI (Test Data In)、TDO (Test Data Out)、TMS (Test Mode Select) 和 TCK (Test Clock)。
- TDI：测试数据输入，用于向芯片发送指令或数据。
- TDO：测试数据输出，用于从芯片读取数据或响应。
- TMS：测试模式选择，用于选择JTAG控制器的工作模式。
- TCK：测试时钟，为JTAG操作提供时钟信号。
DR (Device Register)：设备寄存器是JTAG接口的一部分，用于存储和传输测试数据。它通常与芯片内部的各种测试和控制功能相连。
IR (Instruction Register)：指令寄存器用于存储JTAG指令，这些指令定义了JTAG接口应该如何工作。指令寄存器的内容决定了数据寄存器应该如何与芯片内部的不同部分进行交互。

JTAG的主要用途包括：

边界扫描：通过边界扫描，可以测试和验证芯片引脚与其内部电路之间的连接。这对于发现制造过程中的错误非常有用。
芯片内调试：JTAG可以用于在芯片内部设置断点、单步执行代码、读取和修改内存等，从而加速调试过程。
固件更新：某些设备允许通过JTAG接口进行固件更新或现场编程。
故障隔离：在发生故障时，JTAG可以用于隔离和诊断问题所在的位置，从而加速故障排除过程。

然而，JTAG接口也存在一些潜在的安全风险，因为它允许对芯片进行非常深入的访问。因此，在生产环境中，有时需要禁用JTAG接口以防止未经授权的访问。

2. J-Link 仿真器：

J-Link是SEGGER公司为支持仿真ARM内核芯片推出的JTAG仿真器。

该仿真器可以与多种集成开发环境（如IAR EWAR、ADS、KEIL、WINARM、RealView等）无缝连接，支持ARM7/ARM9/ARM11、Cortex M0/M1/M3/M4、Cortex A5/A8/A9等内核芯片的仿真。

J-Link仿真器的主要特点包括：

操作方便、连接方便、简单易学，是学习开发ARM的最好最实用的开发工具。
支持多种ARM内核芯片和集成开发环境。
高速下载，V9.3版本较V8.0版本进一步提升了下载速度，最大下载速度提升到1 MByte/s。
带有自动速度识别功能、监测所有JTAG信号和目标板电压的功能。
支持通过USB电源供电（但不对目标板供电），支持多JTAG器件串行连接，并且带有J-Link TCP/IP server，允许通过TCP/IP网络使用J-Link。

此外，J-Link仿真器还有多个版本，如J-Link Plus、J-Link Ultra、J-Link Ultra+、J-Link Pro、J-Link EDU、J-Trace等，可以根据不同的需求来选择不同的产品。

在使用J-Link仿真器时，可以通过多种方式实现调试打印，如使用USB转TTL转换器、JLink仿真自带的虚拟串口、SWO（Serial Wire Output，串行线输出）以及JLink提供的RTT（Real-Time Trace，实时跟踪）功能等。

串行调试接口SWD（Serial Wire Debug）和JTAG（Joint Test Action Group）都是嵌入式系统开发中常用的调试接口标准，但它们之间存在一些关键差异。

引脚数量：JTAG接口通常需要至少四根引脚，包括TCK（测试时钟）、TMS（测试模式选择）、TDI（测试数据输入）和TDO（测试数据输出）。而SWD接口则更为简化，只需要两根引脚，即SWDIO（数据和时钟）和SWDCLK（时钟），有时还包括SWDNRST（复位）引脚，但这不是必需的。
复杂性和速度：JTAG接口是一种并行接口，它使用状态机来控制操作序列，允许读取和写入寄存器、访问内存、执行操作指令等。虽然它提供了丰富的调试功能，但相对而言比较复杂。而SWD接口则是一种串行接口，使用更简单的状态机以串行方式传输数据。这使得SWD在通信速度上通常比JTAG更快，特别是在高速大数据传输时表现更为出色。
适用性和兼容性：JTAG接口最初是用于电路板测试的标准，后来被广泛应用于嵌入式系统调试。它支持多种处理器和微控制器，并且具有广泛的兼容性和灵活性。然而，由于SWD接口的设计初衷是为了简化调试接口的复杂性和提高通信速度，因此它通常只适用于ARM内核的单片机。这限制了SWD在一些非ARM平台上的应用。
调试特性：JTAG接口支持边界扫描测试、系统内编程以及实时调试等功能，使得开发人员能够全面检查和操作处理器内部状态。而SWD接口虽然也具有调试功能，但相对于JTAG来说可能较为有限。然而，SWD的通信速度优势使得它在一些需要快速数据传输的调试场景中更为适用。
临时调试方案：在没有完善JTAG电路描述的情况下，SWD可以作为一种临时的调试方案。由于SWD引脚可以在一定条件下与JTAG引脚复用，这使得在硬件设计过程中可以更容易地实现调试接口的切换。

综上所述，SWD和JTAG在引脚数量、复杂性和速度、适用性和兼容性以及调试特性等方面存在差异。在选择使用哪种调试接口时，需要根据具体的应用场景和需求进行权衡和选择。

J-Link、ST-Link和DAP-Link都是在嵌入式系统开发中常用的调试和编程接口，但它们各自有一些特点和适用场景。

J-Link：
- J-Link是由Segger公司开发的一款功能强大的ARM Cortex-M系列调试器。
- 它以其高效、可靠和易用性而闻名，成为嵌入式开发人员的首选工具之一。
- J-Link支持多种ARM Cortex-M系列处理器，并提供丰富的调试功能，如断点设置、单步执行、变量查看等。
- J-Link还提供高速的Flash编程功能，可以快速地将程序下载到目标设备中。
- J-Link支持多种集成开发环境（IDE），如IAR Embedded Workbench、Keil MDK等。
ST-Link：
- ST-Link是STMicroelectronics公司推出的调试和编程接口，主要用于STM32系列微控制器的开发。
- 它提供了调试、下载程序、烧录等功能，并且支持串口仿真，方便开发者进行串口通信的调试。
- ST-Link价格相对较为亲民，因此在学校和初学者中较为流行。
- ST-Link支持与多种IDE的集成，如STM32CubeIDE、Keil MDK等。
DAP-Link：
- DAP-Link（之前称为CMSIS-DAP）是ARM官方推出的调试和编程接口协议。
- 它是一种开源的调试与编程接口协议，旨在简化和统一开发人员与嵌入式设备之间的通信过程。
- DAP-Link提供了标准化的方法，使得开发人员可以使用各种开发工具（如Keil MDK、IAR Embedded Workbench等）直接与目标设备进行调试和编程。
- DAP-Link支持多种目标设备，并且具有高度的可定制性。

总结来说，这三种调试和编程接口各有特点。J-Link功能强大、可靠且易于使用，是嵌入式开发人员的首选工具之一；ST-Link价格亲民，特别适用于STM32系列微控制器的开发；DAP-Link则是一种开源的调试与编程接口协议，具有高度的可定制性和标准化。在选择使用哪种接口时，需要根据具体的开发需求和目标设备来决定。

3. ICE（In-Circuit Emulator）：

ICE (In-Circuit Emulator)，即在线仿真器，是嵌入式开发中的一种重要工具。ICE可以模拟CPU的功能，从而完全仿真ARM芯片或其他类型芯片的行为。这种仿真器运行起来与实际的目标处理器类似，但增加了其他功能，使得开发者能够通过桌面计算机或其他调试界面来观察MCU（微控制器）中的程序和数据，并控制MCU的运行。

ICE是一种仿真CPU核心的设备，它可以在不干扰运算器的正常运行情况下，实时地检测CPU的内部工作情况。ICE一般具有一个特殊的CPU，称为外合（bond-out）CPU，这种CPU的封装被打开，并且可以通过特殊的连接访问到CPU的内部信号。

常见的ICE工具包括Atmel-ICE-PCBA AVR仿真器、ARM仿真器、ST-Link v2仿真调试下载器以及XDS510仿真器等。这些工具通常支持不同的开发环境和接口，如JTAG、SWD和SPI等。

然而，ICE也存在一些缺点。首先，它对硬件设备的要求比较高，通常需要在硬件稳定后才能进行应用软件的开发。其次，由于ICE会占用一定的系统资源，如内存和通信端口等，因此在一些严格的场合下可能不适合使用。此外，ICE的价格通常比较昂贵，这也在一定程度上限制了其普及。

在嵌入式开发中，ICE通常用于对MCU进行硬件仿真，与像PROTEUS这样的仿真软件进行软件仿真不同，ICE需要搭建好的电路和仿真器。通过ICE，开发者可以在没有实际硬件的情况下进行开发和调试，从而加速产品开发过程并降低开发成本。