痞子衡嵌入式：MCUXpresso IDE下在線調試時使用不同複位策略的現象總結

2021 年 4 月 7 日
筆記
B5.開發環境MCUXpresso

　　大家好，我是痞子衡，是正經搞技術的痞子。今天痞子衡給大家分享的是MCUXpresso IDE下在線調試時使用不同複位策略的現象總結。

　　本篇實際上是《IAR在線調試時設不同複位類型可能會導致i.MXRT下調試現象不一致》的同系列篇，計劃中痞子衡是要把幾大經典IDE（IAR EWARM、Keil MDK、MCUXpresso IDE）下的複位策略都寫一遍，但一直沒抽出時間。今天痞子衡恰好幫助一位印度同事解決了在客戶板子上使用MCUXpresso在線調試的問題，因此順便認真研究了下MCUXpresso IDE下複位策略，特地分享給大家。

　　在讀本文前，最好把痞子衡先前寫過的一篇《MCUXpresso IDE下使用J-Link下載演算法在Flash調試注意事項》瀏覽一下，本文要探討的問題比先前那篇文章要更深入。

Note: 痞子衡測試的MCUXpresso IDE版本是v11.3.0_5222。

一、在客戶板卡上遇到的調試問題

　　先來回顧下客戶遇到的調試問題。據印度同事介紹，客戶自己設計的i.MXRT1052板卡，使用的Flash是Cypress生產的S25FL128LAGMFI01，客戶寄了一塊樣卡給我同事，我同事在客戶板卡上隨便找了個SDK里的hello world工程（MCUXpresso IDE）去在線調試，調試器是恩智浦的LPC-Link2。

　　i.MXRT1050 SDK工程里默認選擇的下載演算法是適用官方EVK上默認Hyper Flash的，並不適用客戶這塊板卡上的QSPI Flash，因此印度同事為客戶製作了一個LinkServer Flash Driver（MCUX下載演算法），使用這個新製作的下載演算法可以去下載（至少從MCUX的下載日誌里可以看到Flash Write Done），但是斷點沒能停在main函數，因此無法單步調試，而且在IDE里檢查0x60000000處空間，看到的是如下無效數據，就像是程式根本沒有下載進去，這到底是怎麼回事？痞子衡接下來就先為大家分析MCUXpresso IDE下複位策略，最後再給大家解謎。

　　關於LinkServer Flash Driver的製作可參考痞子衡之前寫過的《串列NOR Flash下載演算法(MCUXpresso IDE篇)》，但其實這個客戶選擇的S25FL128LAGMFI01就是塊普通的符合JEDEC SFDP標準的QSPI NOR，在MCUXpresso IDE安裝目錄下的MIMXRT1050_SFDP_QSPI.cfx演算法是可以直接使用的（路徑是 \MCUXpressoIDE_11.3.0_5222\ide\binaries\Flash）。

二、MCUXpresso IDE調試機制與調試分類

　　關於MCUXpresso IDE下的調試機制原理在 \MCUXpressoIDE_11.3.0_5222\MCUXpresso_IDE_User_Guide.pdf 手冊里並沒有找到設計性的介紹，雖然手冊里一共有如下四個章節涉及到了下載調試，但更多是介紹如何在IDE里使用下載調試功能。

10. Debug Solutions Overview
11. Debugging a Project
14. The GUI Flash Tool
15. LinkServer Flash Support

　　不過調試機制在各IDE上大同小異，設計理念都是一致的，這部分建議參考《IAR在線調試時設不同複位類型可能會導致i.MXRT下調試現象不一致》里的一、二章節。

三、複位類型全解析

　　好了，現在我們進入正題，開始介紹MCUXpresso IDE下複位類型。我們知道不同硬體模擬器下複位功能有差異，痞子衡主要介紹i.MXRT上兩種最常用的模擬器：J-Link和DAPLink。此外不管是哪種模擬器，其都藉助了Cortex-M7內核功能，內核在SCB模組的AIRCR暫存器中集成了複位的支援，詳見《IAR在線調試時設不同複位類型可能會導致i.MXRT下調試現象不一致》的 3.1 Cortex-M7複位功能 小節。

3.1 J-Link複位類型

　　MCUXpresso IDE下設置J-Link複位類型一共有如下圖所示三處，其本質上都是藉助Jlink底層命令，具體可在 \SEGGER\JLink_V686f\Doc\Manuals\UM08001_JLink.pdf 文檔中的 Supported remote (monitor) commands 小節里的reset命令以及 List of available commands 小節里的SetResetType命令里找到詳細解釋。

　　UM08001_JLink.pdf 文檔中的 7.10.2 Strategies for Cortex-M devices 小節一共列出了如下三種複位類型：

Normal（複位編號0）：默認的複位策略，對於i.MXRT來說等同於Core and peripherals方式

Core（複位編號1）：藉助Cortex-M內核模組SCB中的AIRCR暫存器的VECTRESET位功能來複位Core

Reset Pin（複位編號2）：通過拉低J-Link的RESET引腳（一般也會接到MCU reset腳）來複位MCU

　　上圖複位類型設置框中的三處設置，雖然都能使能複位操作，但是階段不同，其中紅框2處設置是的下載前操作，紅框3處設置是下載後的操作，紅框1處設置是執行前的操作。如果你對這個順序不了解，可以做個試驗，比如我們在紅框3處設置複位類型1，在紅框1處設置複位類型2，進入調試後在日誌窗口找到JLinkServer日誌，在日誌中查看具體順序。

　　在實際使用中，痞子衡推薦不使能紅框1中的”Reset before running”選項，並且僅在紅框3中設置複位類型，經測試這種方式與其他IDE下的調試體驗最一致。但還是有如下兩點注意事項：

Note1: 複位命令後，必須增加一個monitor reg pc設置，否則無法正常調試。

Note2: 複位類型是0的情況下，如果此時BootROM沒能正常啟動App（即應該不能正常調試），但在IDE介面里有時候還是會停在main函數，這其實是假象（應該跟cache有關），並不能正常調試，點擊suspend按鈕就能看到跑飛。

3.2 LinkServer複位類型

　　LinkServer即對應DAPLink調試器，是MCUXpresso IDE默認的調試器類型，IDE里為這個默認調試器實現了友好的複位類型選項。

　　上圖複位類型設置紅框1中的「Reset handling」一共提供了五種複位選擇。這五種複位除了SOFT外，其餘都不會主動設PC指針，默認全靠breakpoint去觸發調試。

Default：等同於於SYSRESETREQ方式

SYSRESETREQ：藉助Cortex-M內核模組SCB中的AIRCR暫存器的SYSRESETREQ位來同時複位MCU外設模組

VECTRESET：藉助Cortex-M內核模組SCB中的AIRCR暫存器的VECTRESET位功能來複位Core

SOFT：直接將CPU的PC指針重置到應用程式入口函數，相當於軟複位

空：等同於SYSRESETREQ方式

　　同上節JLink複位類型一樣，LinkServer下也提供了額外的Commands設置（紅框2/3），具體命令寫法需查看 MCUXpresso_IDE_User_Guide.pdf 手冊，本文就不詳細介紹了。

　　關於Reset handling選擇SOFT方式的結果，有一點需要特別指出，我們在如下對應日誌里可以看到，下載完成後調用了soft reset並且從0x60000000處拿了SP和PC，即MCUXpresso IDE認為下載首地址就是程式中斷向量表起始地址，這個假定在i.MXRT的XIP工程上其實是不成立的，我們知道正確的中斷向量表起始地址應該是0x60002000。如想讓MCUXpresso IDE拿到正確的SP/PC，應該在XIP工程預編譯選項里把XIP_BOOT_HEADER_ENABLE設成0（也可以研究下在紅框3中增加LinkServer命令去設置PC），否則沒法正常調試。

四、複位類型對在線調試的影響

　　複位類型對在線調試的影響分兩種：一、是否影響應用程式正常調試；二、是否影響應用程式正常運行。對於第二點，因為應用程式的設計差異，無法確定複位類型的不同導致的未複位模組對其產生何種影響，因此我們暫不討論這點，我們主要看第一點。

　　設置不同的複位類型是否影響應用程式正常調試（能否停在程式入口函數，能否進行單步）？痞子衡在MIMXRT1050-EVKB上實測了SDK里的led_blinky常式，選取了flexspi_nor_debug（在Flash）build做了很多組測試，結果如下：

常式Build	模擬器	複位類型	BootMode	調試現象
flexspi_nor_debug	J-Link	monitor reset 1	2’b01 – SDP 2’b10 – Flash Boot	正常下載與調試
flexspi_nor_debug	J-Link	monitor reset 0/2	2’b01 – SDP	正常下載，無法調試
flexspi_nor_debug	J-Link	monitor reset 0/2	2’b10 – Flash Boot	正常下載與調試
flexspi_nor_debug	LinkServer	– SOFT	2’b01 – SDP 2’b10 – Flash Boot	正常下載與調試，注意程式不能含XIP頭
flexspi_nor_debug	LinkServer	– 除SOFT外其餘四種	2’b01 – SDP	正常下載，無法調試
flexspi_nor_debug	LinkServer	– 除SOFT外其餘四種	2’b10 – Flash Boot	正常下載與調試

　　從上表的測試結果，我們可以得到如下結論：

結論1：在Flash調試，要想正常調試，要麼不複位片上外設（保留Flashloader對FlexSPI等模組的初始化），要麼啟動模式設成Flash Boot（讓BootROM完成FlexSPI等模組的初始化），因為Clock/GPIO/FlexSPI的初始化必須保留，CPU才能正常獲得Flash里指令。

結論2：JLink複位下，MCUXpresso IDE調試體驗與其他IDE是一致的。

結論3：LinkServer複位下，MCUXpresso IDE下VECTRESET方式複位達不到其他IDE下同等方式的效果，因為初始PC無法得到。

五、客戶板卡上調試問題的原因

　　最後回到客戶板上的問題，痞子衡的印度同事其實是非常有經驗的，板卡啟動模式設置，Flash下載演算法，工程里的FDCB頭全部都是正確的，但是經查明板卡i.MXRT1052晶片的eFuse中BOOT_CFG2[3]位被燒寫成了1，即晶片進入了inifnite loop模式，PC永遠停在BootROM里，客戶App不會被啟動，因此無法硬複位後進調試。

　　BootROM中系統初始化函數里對BOOT_CFG2[3]位的處理程式碼：

volatile uint32_t infinite_loop;

void SystemInit (void)
{
#if ((__FPU_PRESENT == 1) && (__FPU_USED == 1))
  SCB->CPACR |= ((3UL << 10*2) | (3UL << 11*2));    /* set CP10, CP11 Full Access */
#endif /* ((__FPU_PRESENT == 1) && (__FPU_USED == 1)) */

    TRACE("BootROM: SystemInit\n");

    rtwdog_disable();

    /* Below codes is used for issue troubleshooting on real chip */
    if ((ROM_OCOTP_INFINITE_LOOP_VALUE() == 1) && (ROM_OCOTP_DIR_BT_DIS_VALUE() == 0))
    {
        infinite_loop = 1;
        while(infinite_loop)
        {
        }
    }

    // 程式碼省略
}

　　至此，MCUXpresso IDE下在線調試時使用不同複位策略的現象總結痞子衡便介紹完畢了，掌聲在哪裡~~~

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