Black Magic
Black Magic Probe是一个内建GDB server的嵌入式芯片调试器，可以用来调试ARM、riscv等单片机。关于该调试器的详细信息可以参考官网网。
克隆版本
我基于官方的固件，设计了一个电路板，做了一个自己的版本，主要的功能同官方版本一样，只是多了目标设备电源控制和电压检测功能。
图1. 自己设计制作的BMP
常用命令
这里记录一些该调试器常用的一些命令，方便以后查阅。
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| # 查询BlackMagic设备的串口号
# powershell
Get-CimInstance -ClassName Win32_SerialPort -Filter "PNPDeviceID like 'USB\\VID_1D50&PID_6018&MI_00%'" | Select -ExpandProperty DeviceID | Set-Variable -Name BMP_GDB_PORT
# 固件一键下载
arm-none-eabi-gdb -nx --batch -ex 'target extended-remote \\.\\COM21' -ex 'monitor swdp_scan' -ex 'attach 1' -ex 'load' -ex 'compare-sections' -ex 'kill' binary.elf
# GDB命令
# 连接调试器
target extended-remote \\.\COM21
# 使用SWD模式扫描设备
monitor swdp_scan
# 使用JTAG模式扫描设备
monitor jtag_scan
# 连接目标设备
attach 1
# 设置下载线频率
monitor freq 900k
# 目标设备供电控制
monitor tpwr enable
monitor tpwr disable
# 下载固件
load binary.elf
# 比较固件
compare-sections
# 使用RTT功能
monitor rtt
# 查看寄存器
info registers
# 运行目标设备
start
run
# 断点调试
break <function>
break <file>:<line>
watch <var>
# 退出调试器
detach
kill
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在STM32CubeIDE中调试
新建一个调试配置，类型选择GDB Hardware Debug。
在Debugger选项框中GDB命令输入arm-none-eabi-gdb。勾选Use remote target，Debug server选择Generic Serial, 协议选择extended-remote，端口选择BMP的串口号(例如\\.\COM21 or COM6)。
在Startup选项框中初始命令输入：
mon tpwr enable
mon freq 900k
monitor swdp_scan
attach 1
如果仅调试不下载程序则不勾选load image。可以为下载单独建立一个配置，否则每次下载都要执行一遍下载动作(影响芯片Flash寿命和调试的速度)。
勾选Set breakpoint at, 后面输入main。表示在main函数建立一个默认断点。
在下面的命令框中再输入run指令，这样可以每次启动调试都会复位一次程序，如果不想复位则不输入。
保存该配置即可开始调试。
在VSCODE中调试
我最开始的想法是使用VSCODE中原生的调试组件，但是在进行了一些尝试后发现Native Debug存在一些问题。这似乎是cppdbg不太兼容串口远程调试，在执行附加进程时会出现一些故障，可能是GDB server交互存在一些兼容性问题。我在检索相关资料时也发现其它网友存在该问题。
这个无法使用的调试配置也可以参考：
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| {
"name": "Black Magic Probe(invalid)",
"type": "cppdbg",
"request": "launch",
"cwd": "${workspaceRoot}",
"MIMode": "gdb",
"targetArchitecture": "arm",
"logging": {"engineLogging": true},
"program": "${workspaceRoot}/Debug/${workspaceFolderBasename}.elf",
"miDebuggerPath": "arm-none-eabi-gdb",
"customLaunchSetupCommands": [
{"text": "cd ${workspaceRoot}/Debug"},
{"text": "file ${workspaceFolderBasename}.elf"},
{"text": "target extended-remote \\\\.\\COM23"},
{"text": "monitor tpwr enable"},
{"text": "mon freq 500k"},
{"text": "monitor swdp_scan"},
{"text": "attach 1"},
{"text": "load"},
{"text": "cd ${workspaceRoot}"},
{"text": "set mem inaccessible-by-default off"},
{"text": "break main"}
],
"serverLaunchTimeout": 10000,
"windows": {
"miDebuggerPath": "arm-none-eabi-gdb.exe"
}
}
|
无法使用原生调试，那就只有依赖于VSCODE插件，很流行的一个调试插件cortex-debug支持Black Magic Probe，这里列出下载脚本和调试脚本。
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| {
// Use IntelliSense to learn about possible attributes.
// Hover to view descriptions of existing attributes.
"version": "0.2.0",
"configurations": [
{
"name": "BMP Download",
"cwd": "${workspaceFolder}",
"executable": "${workspaceRoot}/Debug/${workspaceFolderBasename}.elf",
"request": "launch",
"type": "cortex-debug",
"device": "",
"runToEntryPoint": "main",
"showDevDebugOutput": "raw",
"servertype": "bmp",
"interface": "swd",
"BMPGDBSerialPort": "\\\\.\\COM23",
"powerOverBMP": "enable",
"preLaunchCommands": ["mon freq 500k"]
},
{
"name": "BMP Debug",
"cwd": "${workspaceFolder}",
"executable": "${workspaceRoot}/Debug/${workspaceFolderBasename}.elf",
"request": "attach",
"type": "cortex-debug",
"device": "",
"runToEntryPoint": "main",
"showDevDebugOutput": "raw",
"servertype": "bmp",
"interface": "swd",
"BMPGDBSerialPort": "\\\\.\\COM23",
"powerOverBMP": "enable",
"preAttachCommands": ["mon freq 500k"]
}
]
}
|
Black Magic还支持RTT功能，可以使用postAttachCommands选项去手动开启，我简单测试了一下，似乎会影响调试功能。
PS:cortex-debug参数说明
总结
Black Magic Probe非常的灵活好用，不依赖特别的驱动，支持主流的三大操作系统，且不需要类似openocd的中间适配层就能实现完整的嵌入式调试。
相较于Jlink等调试器来说，它的性能不算特别强大，但它可以和GDB调试器直接交互，使得它的灵活性更强。
目前该调试器的缺陷是速度问题，USB2.0FS在某些情况下可能会出现一些意外的情况。后续我想制作一个高速版本的BMP来改进使用体验。
