深入理解调试访问端口（DAP）：从ARM核心到混合设计
在嵌入式系统开发中，调试是一个不可或缺的环节。调试访问端口（DAP）作为连接开发者与硬件的桥梁，其重要性不言而喻。本文将基于SEGGER Wiki上的资料，深入探讨DAP的概念、组成部分以及其在不同架构中的应用。
DAP概述
调试访问端口（DAP）是指DP（Debug Port）和所有连接到DP的AP（Access Port）的集合，它描述了整个调试层次结构。DAP最初是作为一项标准设计的，旨在为ARM核心提供调试访问，但随着发展，它已经成为一个能够通过单一调试连接器访问ARM和非ARM核心的标准，所有核心共享设备上的相同引脚。这使得硅片供应商能够轻松创建包含ARM和非ARM核心的混合设备，并且只暴露一个标准化的调试接口，允许对设备中的所有核心进行调试访问。
DP（Debug Port）
DP负责将用于与调试逻辑通信的物理协议转换为ARM特定的内部调试逻辑。DP有几种类型：
- JTAG-DP：使用JTAG与调试逻辑交换信息。
- SW-DP：使用2线串行线调试（SWD）与调试逻辑交换信息。
- SWJ-DP：可以在运行时使用ARM指定的特定切换序列在JTAG和SWD之间切换协议。
在一个DAP中，只有一个DP。
AP（Access Port）
AP主要是一个内存总线接口，用于访问实际的调试逻辑/资源。与DP执行协议转换不同，AP通常执行实际的内存访问以读写调试寄存器。AP类似于DMA，允许在不使用CPU核心的情况下发出内存访问。AP有几种类型：
- AHB-AP：高级高性能总线-访问端口。
- APB-AP：高级外设总线-访问端口。
- AXI-AP：高级可扩展接口-访问端口。
- JTAG-AP：联合测试行动组-访问端口。
在一个DAP系统中，可以有多个AP连接到单个DP。
DAP拓扑示例
Cortex-M
对于基于Cortex-M的微控制器，AHB-AP是首先引入的AP类型，它作为系统的第二个内存接口，与CPU核心共享相同的4 GiB地址空间。这意味着调试寄存器可以通过调试接口以及CPU核心本身访问。这种设置的一个好处是AHB-AP允许独立于核心读写系统内存（如RAM、特殊功能寄存器等），这使得像SEGGER RTT这样的技术得以应用。
Cortex-A
对于基于Cortex-A和Cortex-R的微控制器，APB-AP提供了一个独立的4 GiB地址空间，与核心地址空间不同。这种设计的理念是将调试寄存器访问和系统内存访问分开，以防止核心意外修改调试寄存器。这也为其他内存等留出了更多的4 GiB系统地址空间。
混合设计
在混合设计中，可以包含ARM和非ARM核心。例如，Cortex-M核心可以通过AHB-AP访问，而ARM11核心可能位于JTAG-AP之后，两者都连接到同一个DP。JTAG-AP允许对ARM11发出特定的JTAG指令，而不影响DAP中的其他核心。
级联AP
从CoreSight SoC-600开始，核心的调试AP也可以位于另一个AP（通常是APB-AP）之后。这是一种非常罕见但可能的设置。
通过本文的介绍，我们可以看到DAP在嵌入式系统调试中扮演着核心角色，无论是在单一架构还是混合架构中。了解DAP的工作原理和拓扑结构对于嵌入式系统开发者来说至关重要，它不仅有助于提高调试效率，还能在设计阶段就考虑到调试的便利性。随着技术的发展，DAP的标准和实现也在不断进化，为开发者提供了更多的工具和可能性。
在嵌入式系统设计中，AHB-AP、APB-AP、JTAG-AP和SYS-AP是不同类型的访问端口（AP），它们各自有不同的特点和应用场景。以下是它们之间的主要差异：
AHB-AP（Advanced High-performance Bus - Access Port）：
- AHB-AP是高性能总线访问端口，它位于Cortex-M存储器系统和调试接口模块（SWJ-DP/SW-DP）之间，充当总线桥的角色，将串行线/SWJ接口的命令转换成AHB数据传送。
- AHB-AP提供了错误响应处理机制和等待机制，允许独立于核心读写系统内存，如RAM、SFRs等，类似于DMA功能。
- AHB-AP支持高达4 GiB的地址空间，并且允许调试寄存器和系统内存的访问。
- 可以实现RTT，内存变量准实时读取，绘制曲线等高级调试功能
- 支持变量变化的动态显示，支持在程序运行过程中动态修改地址空间内容，不需要经过halt操作
- 实现独立于CPU运行的无感变量读取和写入，不影响程序实际运行，可以实现类似XCP的调参功能
APB-AP（Advanced Peripheral Bus - Access Port）：
- APB-AP是为低带宽和低功耗外设设计的总线访问端口，它简化了协议，减少了信号数量和复杂性。
- APB-AP提供独立的4 GiB地址空间，与核心地址空间不同，用于分离调试寄存器访问和系统内存访问。
- APB-AP不允许独立于核心访问系统内存（RAM、SFRs等），与AHB-AP相比，它在设计上更注重于降低功耗和成本。
JTAG-AP（Joint Test Action Group - Access Port）：
- JTAG-AP是一种特殊的AP，不同于其他AP，它不提供类似DMA的功能来访问内存。
- JTAG-AP支持通过特定的JTAG指令（Shift-IR）访问非内存映射的调试寄存器，主要用于支持旧的ARM核心设计。
- JTAG-AP允许对旧核心（如ARM11）发出特定的JTAG指令，而不影响DAP中的其他核心。
SYS-AP（System Access Port）：
- SYS-AP通常指的是系统级别的访问端口，它可能涉及到系统资源的管理和访问，但具体定义和功能可能因不同的系统和实现而异。
- SYS-AP可能与系统级的调试、诊断和其他系统级功能相关，但具体的差异和特点需要根据具体的系统文档来确定。
总结来说，AHB-AP和APB-AP主要区别在于它们所服务的外设性能需求，AHB-AP适用于高性能需求，而APB-AP适用于低性能需求。JTAG-AP则专门用于支持旧的非内存映射调试寄存器的访问。SYS-AP的具体功能和差异需要根据具体的系统文档来确定。
最后更新于 2024-12-06 01:05:54 并被添加「嵌入式 调试 ARM 系统」标签，已有 450 位童鞋阅读过。
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