SWD采样时序
WangGaojie Lv4

最近在工作中遇到一个技术问题,在翻看ARM的一份技术手册《Arm Debug Interface Architecture Specification》,看到SWD章节时,我突然有个疑惑,SWD的DIO信号到达是在CLK的上升沿采样还是下降沿采样?

我反复阅读了文档,似乎并没有明确的描述。只有一张描述时序的图:
swd_timing.png

很有意思,根据这个图来看,应该是Host在上升沿输出信号,Host在下降沿读取信号。

为了确保理解有遗漏的地方,我把文档放到了豆包AI中去分析,让它看看这个时序是怎么样的。
豆包AI帮我解读了文档中SWD相关的部分:

该文档围绕Arm Debug Interface v5展开,其中SWD协议是重要内容,涵盖协议概述、操作、接口等方面。它是一种同步串行接口协议,具有多版本、支持多种操作等特点,在调试中起着关键作用。

  1. 协议概述
    • 基本操作:采用单双向数据连接和独立时钟同步传输数据 ,一次操作包含数据包请求、确认响应和数据传输(按需)三个阶段。传输完成后,主机需进行特定操作以确保数据能顺利通过SW - DP。
    • 协议版本:v1是点对点架构,存在物理连接复杂等缺点;v2是多-drop架构,支持多设备连接,向后兼容,支持设备断电,但与v1在启动状态和休眠状态上存在兼容性问题。
    • 其他特性:包括线路反转(防止信号冲突,时长由DLCR.TURNROUND控制 )、空闲周期(主机完成事务后需插入空闲周期或开始新事务 )、位顺序(数据传输LSB先)、奇偶校验(对数据包请求和数据传输阶段进行偶校验)以及多-drop限制(设备需唯一ID,存在配置和自动检测限制 )。
  2. 协议操作
    • 各种响应情况:成功写操作(OK响应)包括8位写数据包请求、3位OK确认响应和33位WDATA数据传输阶段;成功读操作类似,只是数据传输方向相反。WAIT响应表示SW - DP无法立即处理请求,FAULT响应表示有错误发生,协议错误响应针对多种错误情况。
    • 特殊情况处理:SW - DP可实现写缓冲,能接受写操作,但存在相关限制。此外,还介绍了目标和主机的响应总结,以及SWD协议操作中的各种状态变化和数据传输规则。
  3. 接口相关
    • 接口概述:使用单双向数据引脚SWDIO和时钟引脚SWCLK,支持主机和目标驱动信号,时钟可异步,空闲时可停止。目标需100KΩ上拉电阻确保线路状态已知。
    • 连接与复位:调试器需进行线路复位序列以确保连接正常,复位后特定操作可使接口退出复位状态。SWD协议版本2有特定的目标选择协议,涉及写TARGETSEL寄存器和读DPIDR寄存器等操作 。

豆包AI都已经看到了位顺序是LSB这些细节了,但是它任然没有找到找到SWD的DIO信号到达是在CLK的上升沿采样还是下降沿采样。

所以我又进一步明确问题:SWD协议是上升沿采样还是下降沿采样?
AI这次还联网查询了一下:

SWD协议中,数据在SWDIO上传输时,目标设备在SWCLK的上升沿进行采样。这一采样方式在文档及相关资料中均有明确阐述,是SWD协议数据传输机制的重要组成部分。

  • 数据采样沿的明确规定:在文档中虽未直接提及SWD协议是上升沿采样还是下降沿采样,但参考其他权威资料,如CSDN博客文章《SWD(一) 杂谈》明确指出从相关章节可以看到是上升沿采样。并且在“SWD协议操作”部分描述数据传输过程时,虽未强调采样沿,但从信号传输的逻辑和常见的SWD协议实现来看,上升沿采样符合其数据传输的时序要求。
  • 与协议其他部分的关联性:SWD协议的数据包请求、确认响应和数据传输阶段的操作,都依赖于准确的采样时刻来保证数据的正确传输。上升沿采样确保了在时钟信号的特定时刻,目标设备能稳定地获取总线上的数据,与协议中对数据传输的奇偶校验、数据包格式等规定相互配合,共同保障数据传输的准确性和稳定性。

所以AI也认为文档中没有明确说明。

获取我们需要第三方的代码来佐证一下:
https://github.com/blackmagic-debug/blackmagic/blob/main/src/platforms/common/swdptap.c
根据这段代码中的注释以及函数实现来看,主机端在时钟下降沿输出数据,在时钟上升沿采集数据。

在看看Raspberry Pi的代码:
https://github.com/raspberrypi/debugprobe/blob/master/src/probe.pio
这段代码中的注释和实现同样表明了主机端在时钟下降沿输出数据,在时钟上升沿采集数据。

还有CMSIS-DAP的源码中SW_DP.c文件的实现来看,主机端在时钟下降沿输出数据,在时钟上升沿采集数据。

所以问题是ARM的文档中配图是不是存在错误?还是说它就是一个示意图,没有明确说明。

将问题交给DeepSeek分析一下,我的问题是:ARM芯片的SWD调试协议中DIO在CLK上升沿还是下降沿采样?
它思考了43秒,给出了标题:ARM SWD调试协议DIO采样沿分析
deepseek-swd

DeepSeek的回答简直无可挑剔!

目前的AI工具都太强大了,可以帮助分析很多问题。但是目前AI的代码能力仍然有限,只能用于输出几百行规模的代码,不能用于分析复杂的需求。或许不久后就有能够生成几千行甚至上万行代码的能力,那时候才是解放生产力的时代。