摘要： 本文深入探討了 JLink 調(diào)試器在嵌入式系統(tǒng)硬件調(diào)試中的應(yīng)用，詳細(xì)闡述了 JLink 驅(qū)動配置的方法以及硬件調(diào)試技巧。本文以國科安芯的AS32系列MCU芯片為例，通過分析 JLink 調(diào)試器的工作原理、驅(qū)動配置流程、調(diào)試環(huán)境搭建、斷點設(shè)置、寄存器與內(nèi)存調(diào)試、調(diào)試日志分析等方面，結(jié)合實際應(yīng)用案例，旨在為硬件工程師和技術(shù)開發(fā)人員提供一份具有學(xué)術(shù)價值和實踐指導(dǎo)意義的技術(shù)文獻(xiàn)，助力提升硬件調(diào)試的效率與準(zhǔn)確性。

一、引言

JLink 調(diào)試器作為一種主流的硬件調(diào)試工具，憑借其高性能和良好的兼容性，在嵌入式開發(fā)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。本文將從學(xué)術(shù)角度對 JLink 驅(qū)動配置與調(diào)試技巧進(jìn)行深入研究，為硬件調(diào)試提供理論支持和實踐指導(dǎo)。

二、JLink 調(diào)試器概述

（一）JLink 調(diào)試器簡介

JLink 調(diào)試器是由 SEGGER 公司開發(fā)的嵌入式系統(tǒng)硬件調(diào)試工具，支持多種處理器架構(gòu)，如 ARM、RISC - V 等。其具備 JTAG/SWD 接口，可與目標(biāo)芯片進(jìn)行通信，實現(xiàn)程序下載、斷點設(shè)置、寄存器查看與修改等功能，是嵌入式開發(fā)中不可或缺的調(diào)試工具。

（二）JLink 調(diào)試器的組成與工作原理

JLink 調(diào)試器由硬件部分（包括 JTAG/SWD 接口電路、MCU、USB 接口電路等）和軟件部分（包括 JLink 驅(qū)動程序、JLink GDB Server 等）組成。工作時，調(diào)試器通過 USB 接口與宿主計算機相連，JTAG/SWD 接口與目標(biāo)芯片相連。調(diào)試工具（如 Eclipse）通過 JLink GDB Server 向 JLink 驅(qū)動程序發(fā)送指令，驅(qū)動程序?qū)⒅噶钷D(zhuǎn)換后發(fā)送給 JLink 調(diào)試器，調(diào)試器的 MCU 控制 JTAG/SWD 接口與目標(biāo)芯片通信，執(zhí)行調(diào)試操作，并將結(jié)果返回給調(diào)試工具。這種工作機制確保了調(diào)試數(shù)據(jù)的高效傳輸和準(zhǔn)確處理。

三、JLink 驅(qū)動配置

（一）驅(qū)動配置的重要性

JLink 驅(qū)動配置是確保調(diào)試器與宿主計算機正常通信的基礎(chǔ)。驅(qū)動程序作為通信橋梁，其配置的準(zhǔn)確性直接影響數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性。若配置不當(dāng)，可能導(dǎo)致調(diào)試器無法識別或數(shù)據(jù)傳輸錯誤，因此必須嚴(yán)格按照操作流程進(jìn)行配置。

（二）基于 Zadig 工具的 WinUSB 驅(qū)動配置

在 Windows 系統(tǒng)下，使用 Zadig 工具將 JLink 驅(qū)動轉(zhuǎn)換為 WinUSB 格式是一種有效的配置方法。具體步驟如下：

連接 JLink 調(diào)試器至宿主計算機的 USB 接口。

下載并安裝 Zadig 工具。

啟動 Zadig，選擇 “List All Devices” 列出所有設(shè)備。

在設(shè)備列表中找到 JLink 設(shè)備，選擇 WinUSB 驅(qū)動程序。

點擊 “Install Driver” 完成驅(qū)動安裝。

通過上述步驟，JLink 調(diào)試器能夠以 WinUSB 模式穩(wěn)定運行，為后續(xù)調(diào)試工作奠定基礎(chǔ)。

（三）其他驅(qū)動配置方法

在 Linux 系統(tǒng)下，可安裝 SEGGER 官方提供的 JLink 驅(qū)動程序包進(jìn)行配置。該驅(qū)動程序包包含適用于 Linux 系統(tǒng)的驅(qū)動文件和配置工具，用戶按照官方文檔指導(dǎo)即可完成安裝配置。此外，某些集成開發(fā)環(huán)境（如 Keil MDK、IAR Embedded Workbench）提供專門的 JLink 驅(qū)動配置插件，能夠自動檢測調(diào)試器并完成驅(qū)動配置，簡化了用戶的操作流程。

四、JLink 調(diào)試技巧

（一）調(diào)試環(huán)境搭建技巧

確保硬件連接正確

檢查 JLink 調(diào)試器與目標(biāo)芯片的 JTAG/SWD 接口連接是否正確，避免虛接或短路。

確保調(diào)試器與宿主計算機的 USB 連接穩(wěn)固，以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

選擇合適的調(diào)試工具鏈與開發(fā)環(huán)境

根據(jù)目標(biāo)芯片架構(gòu)選擇匹配的工具鏈和開發(fā)環(huán)境，如 Eclipse + GCC + JLink 組合。

確保工具鏈版本兼容，按照官方文檔進(jìn)行安裝配置。

配置調(diào)試器參數(shù)

根據(jù)目標(biāo)芯片的硬件手冊和 JLink 用戶指南，配置調(diào)試接口類型、時鐘頻率等參數(shù)。

確保調(diào)試接口與目標(biāo)芯片的調(diào)試接口類型相匹配，以實現(xiàn)有效通信。

（二）斷點設(shè)置技巧

硬件斷點與軟件斷點的合理使用

硬件斷點利用調(diào)試器硬件資源，具有高觸發(fā)效率，但數(shù)量有限。

軟件斷點通過插入指令實現(xiàn)，數(shù)量不限，但可能影響程序執(zhí)行效率。

在調(diào)試關(guān)鍵路徑或時間敏感代碼段時，優(yōu)先使用硬件斷點；在非關(guān)鍵路徑或?qū)π阅芤蟛桓叩拇a段，使用軟件斷點。

斷點設(shè)置的優(yōu)化策略

精準(zhǔn)定位斷點 ：通過分析程序邏輯結(jié)構(gòu)，精準(zhǔn)定位可能出現(xiàn)問題的代碼段，避免在無關(guān)代碼段設(shè)置斷點。

合理設(shè)置斷點條件 ：使用條件斷點，在特定條件下觸發(fā)，減少斷點觸發(fā)次數(shù)，提高調(diào)試效率。

分層設(shè)置斷點 ：對復(fù)雜嵌套函數(shù)或模塊化程序，自頂向下分層設(shè)置斷點，逐步調(diào)試，快速定位問題所在層次。

（三）寄存器與內(nèi)存調(diào)試技巧

寄存器調(diào)試技巧

熟悉目標(biāo)芯片的寄存器映射 ：深入研究芯片硬件手冊，掌握寄存器地址映射、功能描述等信息。

實時監(jiān)測關(guān)鍵寄存器值的變化 ：在調(diào)試工具的寄存器窗口中監(jiān)測關(guān)鍵寄存器值，及時發(fā)現(xiàn)異常變化。

謹(jǐn)慎修改寄存器值 ：了解修改寄存器值的后果，盡量在安全環(huán)境下操作，修改后密切關(guān)注芯片運行狀態(tài)。

內(nèi)存調(diào)試技巧

使用內(nèi)存窗口查看指定地址范圍的數(shù)據(jù) ：在內(nèi)存窗口中輸入地址范圍查看數(shù)據(jù)內(nèi)容，選擇合適的顯示方式。

設(shè)置內(nèi)存斷點監(jiān)測數(shù)據(jù)變化 ：在關(guān)鍵內(nèi)存地址設(shè)置內(nèi)存斷點，監(jiān)測數(shù)據(jù)變化，分析程序邏輯。

分析內(nèi)存映射與數(shù)據(jù)布局 ：結(jié)合芯片內(nèi)存映射文檔和編譯器存儲布局規(guī)則，分析變量、函數(shù)等存儲位置。

（四）調(diào)試日志與錯誤分析技巧

生成與查看調(diào)試日志

在 Eclipse 調(diào)試工具中，通過 “Save Debug Log” 按鈕保存調(diào)試日志，便于后續(xù)分析。

使用文本編輯器或分析工具，按照關(guān)鍵字篩選查找調(diào)試信息和異常事件。

深入分析錯誤信息與異常事件

仔細(xì)閱讀錯誤描述和堆棧信息，結(jié)合源代碼和調(diào)試功能，回溯程序執(zhí)行流程，查找錯誤原因。

對于硬件異常，分析寄存器值、指令指針地址等信息，定位故障代碼段。

利用調(diào)試日志進(jìn)行回歸測試與問題跟蹤

修復(fù)錯誤后，對比新舊調(diào)試日志，驗證修復(fù)效果，確保未引入新問題。

對間歇性錯誤或復(fù)雜問題的調(diào)試日志進(jìn)行匯總統(tǒng)計，尋找錯誤規(guī)律。

（五）調(diào)試效率提升技巧

熟練掌握調(diào)試工具快捷鍵與操作面板

掌握調(diào)試快捷鍵（如 Resume、Suspend、Step Into 等），減少鼠標(biāo)操作，提高調(diào)試速度。

熟悉調(diào)試工具操作面板（如變量視圖、斷點視圖等）的使用方法，快速獲取調(diào)試信息。

采用增量調(diào)試與模塊化調(diào)試方法

對大型復(fù)雜項目進(jìn)行增量調(diào)試和模塊化調(diào)試，降低調(diào)試難度，提高效率。

先調(diào)試新增或修改代碼，再進(jìn)行集成調(diào)試；先調(diào)試獨立模塊，再進(jìn)行系統(tǒng)集成調(diào)試。

利用調(diào)試器的腳本自動化功能

編寫調(diào)試腳本實現(xiàn)重復(fù)性調(diào)試任務(wù)的自動化執(zhí)行，如程序下載、斷點設(shè)置等。

熟悉調(diào)試工具腳本語言和編程接口，設(shè)計合理腳本邏輯，確保腳本正確性。

五、JLink 調(diào)試在 AS32 芯片應(yīng)用中的實踐案例

（一）AS32 芯片簡介

AS32 系列芯片是由國科安芯推出的一款基于 RISC - V 架構(gòu)的 32 位通用 MCU，具有高性能、低功耗、高集成度等特點，適用于工業(yè)控制、物聯(lián)網(wǎng)、智能家居等多個領(lǐng)域。AS32 芯片提供了豐富的外設(shè)接口，如 GPIO、UART、SPI、I2C、ADC、PWM 等，具備多種工作模式和低功耗管理模式，能夠滿足不同應(yīng)用場景下的多樣化需求。在硬件調(diào)試方面，AS32系列芯片支持 JTAG/SWD 調(diào)試接口，可與 JLink 調(diào)試器配合使用，實現(xiàn)對芯片的高效調(diào)試和開發(fā)。

（二）基于 JLink 的 AS32 芯片調(diào)試實踐

調(diào)試環(huán)境搭建

在搭建基于 JLink 的 AS32 芯片調(diào)試環(huán)境時，首先將 JLink 調(diào)試器通過 USB 接口連接到宿主計算機，并使用杜邦線將 JLink 調(diào)試器的 JTAG 接口與 AS32 開發(fā)板上的 JTAG 調(diào)試接口相連。確保連接正確無誤后，打開 Zadig 工具，按照前文所述的步驟將 JLink 驅(qū)動配置為 WinUSB 模式，以實現(xiàn)調(diào)試器與計算機之間的穩(wěn)定通信。

在宿主計算機上安裝 Eclipse IDE 2025 - 03（4.35.0）版本，并從國科安芯官網(wǎng)下載 ansilic_Toolchain 工具鏈（包含 GCC 工具鏈、OpenOCD 以及相關(guān)配置文件）和 AS32 驅(qū)動庫。將 ansilic_Toolchain 文件夾放置在 Eclipse 的安裝目錄下，并在 Eclipse 中配置好 GCC 工具鏈的路徑，以便在新建工程時能夠正確選擇和使用該工具鏈進(jìn)行編譯和調(diào)試設(shè)置。

新建一個 AS32 工程，*附件：Eclipse調(diào)試AS32過程指導(dǎo).pdf中所描述的工程創(chuàng)建與配置步驟，完成工程的目錄管理、項目配置以及驅(qū)動文件的導(dǎo)入等工作。在工程配置過程中，特別需要注意根據(jù) AS32 芯片的實際內(nèi)核類型（如 RV32I）正確設(shè)置目標(biāo)處理器選項，并合理配置編譯器、鏈接器的各項參數(shù)，以確保生成的代碼能夠準(zhǔn)確無誤地在芯片上運行。

流水燈功能調(diào)試

在 AS32 開發(fā)板上，通常會配備一些 LED 燈用于演示和調(diào)試目的。以下以實現(xiàn)一個簡單的流水燈功能為例，介紹基于 JLink 的 AS32 芯片調(diào)試過程。

在新建的 AS32 工程的 User 目錄下，創(chuàng)建一個新的 C 源文件（led.c）和對應(yīng)的頭文件（led.h）。在 led.h 文件中，定義 LED 燈的相關(guān)宏定義和函數(shù)聲明，如 LED 引腳定義、LED 開啟和關(guān)閉函數(shù)原型等。在 led.c 文件中，編寫實現(xiàn) LED 控制的函數(shù)代碼，通過操作 GPIO 寄存器來控制 LED 燈的亮滅狀態(tài)。同時，在 main.c 文件中，編寫 main 函數(shù)邏輯，實現(xiàn)流水燈的效果，即依次控制各個 LED 燈按照一定的時間間隔依次點亮和熄滅。

在 Eclipse 中設(shè)置好 JLink 調(diào)試配置，按照前文所述的 JLink GDB ServerCL 和 OpenOCD 調(diào)試配置步驟，分別配置好 JLink GDB ServerCL 和 OpenOCD 的路徑、端口號、調(diào)試協(xié)議等相關(guān)參數(shù)，并指定調(diào)試用的可執(zhí)行文件（如 led.elf）。啟動調(diào)試后，JLink 調(diào)試器將程序下載到 AS32 芯片中并開始運行。通過觀察開發(fā)板上的 LED 燈是否按照預(yù)期的流水燈效果進(jìn)行閃爍，可初步判斷程序是否正常運行。

若 LED 燈未按照預(yù)期效果閃爍，可利用 JLink 調(diào)試工具中的斷點設(shè)置功能，在 main 函數(shù)的循環(huán)體內(nèi)設(shè)置斷點，暫停程序執(zhí)行，查看此時 GPIO 寄存器的值是否與預(yù)期的 LED 燈狀態(tài)相符。例如，若期望某個 LED 燈點亮，對應(yīng)的 GPIO 寄存器的輸出位應(yīng)設(shè)置為高電平（1），若實際寄存器值與此不符，則表明程序?qū)?GPIO 寄存器的操作存在錯誤，需仔細(xì)檢查相關(guān)代碼，如 GPIO 引腳的初始化配置、寄存器地址是否正確、寫入的值是否正確等，并根據(jù)檢查結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的修正。在修復(fù)代碼后，再次運行程序并查看 LED 燈的效果，重復(fù)上述調(diào)試過程，直至流水燈功能正常實現(xiàn)。

UART 通信調(diào)試

AS32 芯片的 UART 通信功能是其重要的外設(shè)功能之一，在許多應(yīng)用場景中都發(fā)揮著關(guān)鍵作用，如與上位機進(jìn)行數(shù)據(jù)交互、與其他串口設(shè)備進(jìn)行通信等。以下以調(diào)試 AS32 芯片的 UART 通信功能為例，介紹基于 JLink 的 UART 通信調(diào)試技巧。

在 AS32 芯片的驅(qū)動庫中，包含了 UART 外設(shè)的驅(qū)動代碼，如 uart_init（）初始化函數(shù)、uart_write（）寫函數(shù)、uart_read（）讀函數(shù)等。在調(diào)試 UART 通信功能時，首先需在工程中正確配置 UART 外設(shè)的驅(qū)動文件路徑，并確保相關(guān)驅(qū)動函數(shù)被正確調(diào)用。在 main.c 文件中，調(diào)用 uart_init（）函數(shù)對 UART 外設(shè)進(jìn)行初始化配置，包括設(shè)置波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、校驗位等參數(shù)，并配置 UART 的發(fā)送和接收中斷使能等選項（若使用中斷方式通信）。

在宿主計算機上，使用串口調(diào)試助手軟件（如 SecureCRT、Xshell 等）連接到 AS32 芯片的 UART 通信端口（通過 USB 轉(zhuǎn) UART 模塊或串口線連接），設(shè)置好相應(yīng)的波特率、數(shù)據(jù)位、停止位等參數(shù)，與芯片的 UART 配置保持一致。然后，在 main.c 文件中，編寫代碼通過 uart_write（）函數(shù)向 UART 發(fā)送一串測試數(shù)據(jù)（如 “Hello, AS32 UART!”），并在串口調(diào)試助手中查看是否能夠正確接收到該數(shù)據(jù)。若未接收到數(shù)據(jù)或接收到的數(shù)據(jù)錯誤，可利用 JLink 調(diào)試工具中的寄存器窗口和內(nèi)存窗口，查看 UART 控制寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、狀態(tài)寄存器等寄存器的值，檢查 UART 的初始化配置是否正確、發(fā)送數(shù)據(jù)是否正確寫入到發(fā)送緩沖區(qū)、發(fā)送中斷是否正確觸發(fā)等。例如，若 UART 的發(fā)送中斷標(biāo)志位未正確設(shè)置或發(fā)送中斷處理函數(shù)未正確響應(yīng)，則可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)無法發(fā)送出去；若接收數(shù)據(jù)時，UART 的接收緩沖區(qū)未正確配置或接收中斷處理邏輯存在錯誤，則可能導(dǎo)致接收數(shù)據(jù)錯誤或丟失。通過仔細(xì)分析寄存器值和程序邏輯，逐步排查可能存在的問題，并對代碼進(jìn)行相應(yīng)的修正。

在驗證 UART 發(fā)送功能正常后，測試 UART 的接收功能。在開發(fā)板上連接一個外部串口設(shè)備（如另一個 UART 測試板或通過 USB 轉(zhuǎn) UART 模塊連接到計算機的另一串口）向 AS32 芯片的 UART 接收端發(fā)送數(shù)據(jù)，同時在 main.c 文件中編寫代碼，通過 uart_read（）函數(shù)讀取接收到的數(shù)據(jù)，并將其回傳給外部串口設(shè)備或顯示在調(diào)試串口上。在調(diào)試過程中，同樣可利用 JLink 調(diào)試工具對 UART 的接收寄存器、狀態(tài)寄存器等進(jìn)行監(jiān)測，查看接收數(shù)據(jù)是否正確進(jìn)入接收緩沖區(qū)、接收中斷是否正常觸發(fā)以及接收數(shù)據(jù)處理邏輯是否正確執(zhí)行等。若發(fā)現(xiàn)問題，及時對相關(guān)代碼和配置進(jìn)行調(diào)整，直至 UART 通信的發(fā)送和接收功能均正常工作，實現(xiàn)穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)傳輸。

六、結(jié)語

JLink 調(diào)試器在嵌入式系統(tǒng)硬件調(diào)試中具有重要作用。本文從驅(qū)動配置和調(diào)試技巧兩方面進(jìn)行了深入研究，結(jié)合實際應(yīng)用案例，為硬件工程師提供了理論支持和實踐指導(dǎo)。隨著嵌入式系統(tǒng)復(fù)雜度增加，JLink 調(diào)試技術(shù)將不斷完善，為硬件調(diào)試提供更高效便捷的手段。

審核編輯 黃宇