【嵌入式开发笔记】OpenOCD到嵌入式调试

最近在把玩一块Risc-V的开发板，使用开发板调试时，需要用到专门的下载器和OpenOCD进行调试。

为了连接这个板子，费了九牛二虎之力。

这里简单记录一下自己的折腾经过吧。

0x00 环境准备

0x0001 调试背景

系统：Virtual Box + Ubuntu 20.04.5 LTS

调试器：蜂鸟调试器（实际上只要兼容的调试器都可以）

这里假设基本的Lib都已经安装了，如果没有安装，对应apt install下就好，这里就不多说了。

0x0002 环境配置

首先下载支持Risc-V，最新版本的OpenOCD，直接去官网下载即可。

链接：芯来工具链_芯来科技 - 专业RISC-V处理器IP及解决方案公司

由于我们要在Linux系统上跑，因此下载Linux版本。如果需要Win下运行，则下载Win版本就好了。

一般来说，官网的OpenOCD会比较新，可能会有更多的器件设备支持。但是也不排除部分厂商会对OpenOCD进行定制，具体采用哪个版本根据实际情况决定。

安装OpenOCD的同时，同步在虚拟机上解压安装交叉编译工具链，.bashrc配置PATH变量然后source一下，这个就不用我多说了吧。

0x0003 硬件连接

把仿真器连接到电脑，另一端连接到板子的JTAG口。

虚拟机上做好USB端口映射，让虚拟机能够通过USB访问仿真器：

如果还有问题，大概率是由于没有打开USB支持导致的。

关闭虚拟机，在USB设置上选择如下操作，允许USB3.0/2.0的支持后重新映射USB即可：

在这里插入图片描述

最后sudo lsusb，不出意外可以看到仿真器的连接情况：

在这里插入图片描述

这里最好记住一下仿真器设备的PID和VID，后续配置仿真器的时候会用到。例如这里是0403:6010

那么硬件连接基本完成。

0x01 OpenOCD配置

OpenOCD实际上只是一个调试工具，这个工具通过什么接口连接开发板，连接时的一些参数（通信速率、操作配置等）等信息，需要通过配置告诉OpenOCD。

接下来我们就来简单讲解一下。

0x0101 OpenOCD的配置逻辑

首先先来讲一下OpenOCD的配置逻辑：

一般来说，OpenOCD的操作都是通过命令形式执行的，类似下面这样：

openocd.exe --command "adapter speed 9600" --command "adapter driver cmsis-dap" --command "transport select jtag" --command "jtag newtap riscv cpu -irlen 5"  --command "target create riscv.cpu riscv -chain-position riscv.cpu"  --command "riscv.cpu configure -work-area-phys 0x80000000 -work-area-size 10000 -work-area-backup 1"

上述命令中，用多个Command参数设置了通信速率、调试接口和目标等信息。

实际上，—command命令也可以用-c来进行缩写。

当然，我们也可以把这些命令用Script的方式保存，并使用openocd -f [脚本1] -f [脚本2] ... 的方式在执行时指定这些脚本，OpenOCD会自动按照顺序执行这些脚本。

更方便的方式是将这些脚本写成OpenOCD的配置文件openocd.cfg，并在该目录下直接执行openocd即可。

0x0102 配置文件讲解

用个例子简单讲解一下OpenOCD的常用命令。

这些命令可以在https://openocd.org/doc-release/html/Command-and-Driver-Index.html看到。

# 配置调试器的速度和接口
adapter speed     1000
adapter driver  ftdi
# 配置调试器的USB PID和VID，这个可以在lsusb里看到
ftdi_vid_pid 0x0403 0x6010
ftdi_oscan1_mode off# 配置命令
transport select jtag
ftdi_layout_init 0x0008 0x001b
ftdi_layout_signal nSRST -oe 0x0020 -data 0x0020
ftdi_layout_signal TCK -data 0x0001
ftdi_layout_signal TDI -data 0x0002
ftdi_layout_signal TDO -input 0x0004
ftdi_layout_signal TMS -data 0x0008
ftdi_layout_signal JTAG_SEL -data 0x0100 -oe 0x0100# 配置芯片和操作，主要是新增target
set _CHIPNAME riscv
jtag newtap $_CHIPNAME cpu -irlen 5set _TARGETNAME $_CHIPNAME.cpu
target create $_TARGETNAME riscv -chain-position $_TARGETNAME
$_TARGETNAME configure -work-area-phys 0x80000000 -work-area-size 10000 -work-area-backup 1# 后续省略...

我们可以看到，这里的代码是对调试器的接口、连接目标、寄存器和操作进行了配置。

不同的芯片、平台和调试器的配置方法不一样，需要结合实际情况修改上述命令。

例如，使用cmsis-dap的JTAG接口，就需要对应配置adapter driver和transport select等命令。

如果不出意外的话，直接在配置文件目录下执行openocd连接就好了。

0x02 GDB连接OpenOCD

上述命令成功执行的情况下（且没有其他Error级别的输出）会有如下关键Log输出：

Info : starting gdb server for riscv.cpu on 3333
Info : Listening on port 3333 for gdb connections

这时候说明调试器和板子已经建立了通信，并且启动了gdb server监听3333端口。

这时候，另起一个终端，执行交叉编译工具中的gdb工具，会进入gdb环境。

使用命令target remotr localhost:3333连接本机的端口，如果没有报错，就可以进行调试、下载等工作。

0x03 遇到问题和解决方法

接下来说说我在配置过程中遇到的一些问题。

出错的时候，要注意观察输出的Log，一般Error里都包含了错误的信息和解决方法。

0x0301 all ones错误

错误信息如下图所示：

这种情况一般是电脑到调试器的通路是正常的，但是调试器到板卡的通路有异常。

解决方法很简单，正如错误Log中显示的，这种情况是调试器连接不到目标板卡。一般是检查JTAG的接口配置、时序、目标板是否上电、JTAG到目标板连接是否正常等。

我遇到这个问题的时候排查下来发现是线接反了，根据电路图重新连接之后就没有这个错误了。

0x0302 Unknown flash device

错误信息如图：

这种情况是仿真器连接正常，但是使用OpenOCD连接仿真器操作Flash的时候，OpenOCD不兼容这个Flash，因此无法进一步操作。

解决方法：换OpenOCD。我这边测试的情况是从芯片厂商提供的版本更换到了最新版OpenOCD后，能正常识别到Flash并进行烧录。

但是也可能会有反例，例如最新版OpenOCD没有支持芯片平台的Flash导致报错，这种情况下如果芯片平台自己做了驱动，这时候就要从最新版OpenOCD更换到芯片平台提供的调试工具了。

如果换OpenOCD也不行，那就要考虑是不是要自己下载源码，修改+编译OpenOCD了。

0x04 总结

简单总结一下。

OpenOCD是一个开源的调试工具，可以用这个工具通过不同的调试器对嵌入式平台进行调试。

但是针对不同的芯片平台和调试器，需要使用不同的配置。这个需要结合仿真器和目标芯片平台的信息来调整。

后续如果在调试过程中还遇到什么其他的问题，也会继续整理更新。