痞子衡嵌入式：MCUXpresso IDE下線上除錯時使用不同復位策略的現象總結

痞子衡發表於2021-04-07
UXIDE除錯

　　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下線上除錯時使用不同復位策略的現象總結。

　　本篇實際上是《IAR線上除錯時設不同復位型別可能會導致i.MXRT下除錯現象不一致》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）下的復位策略都寫一遍，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線上除錯的問題，因此順便認真研究了下MCUXpresso IDE下復位策略，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除錯注意事項》 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除錯問題

　　先來回顧下客戶遇到的除錯問題。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裡的hello world工程（MCUXpresso IDE）去線上除錯，偵錯程式是恩智浦的LPC-Link2。

　　i.MXRT1050 SDK工程裡預設選擇的下載演算法是適用官方EVK上預設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），使用這個新制作的下載演算法可以去下載（至少從MCUX的下載日誌裡可以看到Flash Write Done），但是斷點沒能停在main函式，因此無法單步除錯，而且在IDE裡檢查0x60000000處空間，看到的是如下無效資料，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下復位策略，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 《序列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除錯機制與除錯分類

　　關於MCUXpresso IDE下的除錯機制原理在 \MCUXpressoIDE_11.3.0_5222\MCUXpresso_IDE_User_Guide.pdf 手冊裡並沒有找到設計性的介紹，雖然手冊裡一共有如下四個章節涉及到了下載除錯，但更多是介紹如何在IDE裡使用下載除錯功能。

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

　　不過除錯機制在各IDE上大同小異，設計理念都是一致的，這部分建議參考 《IAR線上除錯時設不同復位型別可能會導致i.MXRT下除錯現象不一致》 裡的一、二章節。

三、復位型別全解析

　　好了，現在我們進入正題，開始介紹MCUXpresso IDE下復位型別。我們知道不同硬體模擬器下復位功能有差異，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核心功能，核心在SCB模組的AIRCR暫存器中整合了復位的支援，詳見 《IAR線上除錯時設不同復位型別可能會導致i.MXRT下除錯現象不一致》 的 3.1 Cortex-M7復位功能 小節。

3.1 J-Link復位型別

　　MCUXpresso IDE下設定J-Link復位型別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 文件中的 Supported remote (monitor) commands 小節裡的reset命令以及 List of available commands 小節裡的SetResetType命令裡找到詳細解釋。

　　UM08001_JLink.pdf 文件中的 7.10.2 Strategies for Cortex-M devices 小節一共列出瞭如下三種復位型別：

  • Normal（復位編號0）：預設的復位策略，對於i.MXRT來說等同於Core and peripherals方式
  • Core（復位編號1）：藉助Cortex-M核心模組SCB中的AIRCR暫存器的VECTRESET位功能來複位Core
  • Reset Pin（復位編號2）：通過拉低J-Link的RESET引腳（一般也會接到MCU reset腳）來複位MCU

　　上圖復位型別設定框中的三處設定，雖然都能使能復位操作，但是階段不同，其中紅框2處設定是的下載前操作，紅框3處設定是下載後的操作，紅框1處設定是執行前的操作。如果你對這個順序不瞭解，可以做個試驗，比如我們在紅框3處設定復位型別1，在紅框1處設定復位型別2，進入除錯後在日誌視窗找到JLinkServer日誌，在日誌中檢視具體順序。

　　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中設定復位型別，經測試這種方式與其他IDE下的除錯體驗最一致。但還是有如下兩點注意事項：

  • Note1: 復位命令後，必須增加一個monitor reg pc設定，否則無法正常除錯。
  • Note2: 復位型別是0的情況下，如果此時BootROM沒能正常啟動App（即應該不能正常除錯），但在IDE介面裡有時候還是會停在main函式，這其實是假象（應該跟cache有關），並不能正常除錯，點選suspend按鈕就能看到跑飛。

3.2 LinkServer復位型別

　　LinkServer即對應DAPLink偵錯程式，是MCUXpresso IDE預設的偵錯程式型別，IDE裡為這個預設偵錯程式實現了友好的復位型別選項。

　　上圖復位型別設定紅框1中的“Reset handling”一共提供了五種復位選擇。這五種復位除了SOFT外，其餘都不會主動設PC指標，預設全靠breakpoint去觸發除錯。

  • Default：等同於於SYSRESETREQ方式
  • SYSRESETREQ：藉助Cortex-M核心模組SCB中的AIRCR暫存器的SYSRESETREQ位來同時復位MCU外設模組
  • VECTRESET：藉助Cortex-M核心模組SCB中的AIRCR暫存器的VECTRESET位功能來複位Core
  • SOFT：直接將CPU的PC指標重置到應用程式入口函式，相當於軟復位
  • 空：等同於SYSRESETREQ方式

　　同上節JLink復位型別一樣，LinkServer下也提供了額外的Commands設定（紅框2/3），具體命令寫法需檢視 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裡可以看到，下載完成後呼叫了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工程預編譯選項裡把XIP_BOOT_HEADER_ENABLE設成0（也可以研究下在紅框3中增加LinkServer命令去設定PC），否則沒法正常除錯。

四、復位型別對線上除錯的影響

　　復位型別對線上除錯的影響分兩種：一、是否影響應用程式正常除錯；二、是否影響應用程式正常執行。對於第二點，因為應用程式的設計差異，無法確定復位型別的不同導致的未復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。

　　設定不同的復位型別是否影響應用程式正常除錯（能否停在程式入口函式，能否進行單步）？痞子衡在MIMXRT1050-EVKB上實測了SDK裡的led_blinky例程，選取了flexspi_nor_debug（在Flash）build做了很多組測試，結果如下：

例程Build 模擬器 復位型別 BootMode 除錯現象
flexspi_nor_debug J-Link monitor reset 1 2'b01 - SDP
2'b10 - Flash Boot		 正常下載與除錯
flexspi_nor_debug J-Link monitor reset 0/2 2'b01 - SDP 正常下載，無法除錯
flexspi_nor_debug J-Link monitor reset 0/2 2'b10 - Flash Boot 正常下載與除錯
flexspi_nor_debug LinkServer - SOFT 2'b01 - SDP
2'b10 - Flash Boot		 正常下載與除錯，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，無法除錯
flexspi_nor_debug LinkServer - 除SOFT外其餘四種 2'b10 - Flash Boot 正常下載與除錯

　　從上表的測試結果，我們可以得到如下結論：

  • 結論1：在Flash除錯，要想正常除錯，要麼不復位片上外設（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裡指令。
  • 結論2：JLink復位下，MCUXpresso IDE除錯體驗與其他IDE是一致的。
  • 結論3：LinkServer復位下，MCUXpresso IDE下VECTRESET方式復位達不到其他IDE下同等方式的效果，因為初始PC無法得到。

五、客戶板卡上除錯問題的原因

　　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，板卡啟動模式設定，Flash下載演算法，工程裡的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裡，客戶App不會被啟動，因此無法硬復位後進除錯。

　　BootROM中系統初始化函式裡對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下線上除錯時使用不同復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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