Распиновка JTAG и SWD

Сигналы JTAG и SWD

VTref — не питание. SEGGER подчёркивает: по этому входу адаптер проверяет, включена ли плата, и задаёт пороги своих входов и уровни выходов. VTref соединяют прямо с шиной питания выводов микроконтроллера, без последовательного резистора.

Руководство Keil ULINKpro рекомендует подтяжки 100 кОм: SWDIO/TMS, TDI и nRESET — к питанию, SWCLK/TCK — к земле; nRESET адаптер тянет к нулю выходом с открытым стоком. Если подтяжки есть в самом кристалле, внешние не ставят. У STM32F1 встроены подтяжка к питанию на JTMS/SWDIO, JTDI и NJTRST и подтяжка к земле на JTCK/SWCLK (RM0008, разд. 31.4.3).

20-контактный разъём JTAG: ARM, J-Link, ST-LINK/V2

Это коробчатая вилка IDC с шагом 2,54 мм под гнездо плоского шлейфа. Нечётные контакты — сигнальные, чётные с 4 по 20 — общий провод, так что в шлейфе каждый сигнал идёт между «землями». ST советует подключать все контакты GND: это снижает помехи на шлейфе, а для работы достаточно хотя бы одного. Производители адаптеров по-разному используют контакты 2, 11, 17 и 19:

• J-Link. Контакт 2 у него не подключён, а некоторые платы подают питание для разъёма на контакт 2 вместо 1 — с J-Link они работают, только если на плате соединить контакты 1 и 2. Если у кристалла нет сигнала RTCK, контакт 11 соединяют с землёй. Питание 5 В на контакте 19 защищено от перегрузки и короткого замыкания и включается программно. У части моделей, например J-Link ULTRA+, контакты 14, 16, 18 и 20 зарезервированы, и SEGGER просит не считать их соединёнными с землёй внутри адаптера.
• ST-LINK/V2 работает с платами на 1,65–3,6 В, его входы выдерживают 5 В. SWD — до 4 МГц (по умолчанию 1,8 МГц), JTAG — до 9 МГц. Если плата подключается только по SWD, ST советует соединить контакты 3 (TRST) и 5 (TDI) с землёй — меньше помех на шлейфе. Для STM8 у ST-LINK/V2 отдельный разъём SWIM.
• STLINK-V3SET повторяет этот разъём на плате-переходнике, но сигнал TRST (контакт 3) не поддерживает.

Cortex Debug: 10 контактов с шагом 1,27 мм

Для плат, где 20-контактный IDC слишком велик, Arm предложила разъём Cortex Debug на 10 контактов с шагом 1,27 мм (0,05″) на основе микроразъёма Samtec FTSH. Он поддерживает и JTAG, и SWD с трассировкой SWO. Штырь 7 удалён и служит ключом. Контакт 9 (GNDDetect) STLINK-V3, например, замыкает на землю, а плата может по нему определить, что отладчик подключён.

Cortex Debug+ETM на 20 контактов того же шага — расширенная версия для трассировки команд. Первые десять контактов у него те же, на 12, 14, 16, 18 и 20 — TRACECLK и TRACEDATA[0]–TRACEDATA[3], нечётные с 11 по 19 — общий провод, причём 11 и 13 Arm обозначает как GND/TgtPwr+Cap: через них адаптер может питать плату. У SEGGER J-Trace Pro этот разъём 19-контактный: на 11 и 13 — выход 5 В для питания платы.

К адаптеру с 20-контактным разъёмом такую плату подключают через переходник: например, SEGGER выпускает переходники для J-Link. У STLINK-V3SET переходник не нужен — в комплекте есть шлейфы с разъёмами ARM10 и ARM20 шага 1,27 мм.

STDC14: 14 контактов у STLINK-V3

STDC14 — разъём ST на 14 контактов с шагом 1,27 мм у STLINK-V3SET, STLINK-V3MINIE и других адаптеров третьего поколения. По UM2910 контакты 3–12 повторяют контакты 1–10 разъёма Cortex Debug (в документах ST он называется MIPI10 или ARM10), поэтому плату с Cortex Debug подключают шлейфом STDC14–MIPI10 из комплекта STLINK-V3SET. Контакты 1 и 2 зарезервированы и на плате не подключаются. Контакт 9 в SWD не нужен: у STLINK-V3SET на нём необязательный возврат такта JRCLK, у STLINK-V3MINIE он зарезервирован.

На контакты 13 и 14 выведен UART виртуального COM-порта: T_VCP_RX — выход адаптера, его подключают к RX микроконтроллера, T_VCP_TX — вход, к TX. STLINK-V3SET и STLINK-V3MINIE плату не питают, T_VCC (контакт 3) у них — вход. STLINK-V3MINIE работает с напряжением 1,65–3,6 В, SWD — до 24 МГц, JTAG — до 21 МГц; STLINK-V3SET без платы-адаптера B-STLINK-VOLT — с напряжением 3–3,6 В.

ST-LINK/V2, его клоны и ST-LINK на платах Nucleo

Фирменный ST-LINK/V2 подключается к STM32 только 20-контактным шлейфом JTAG — его разводка в таблице выше. VAPP (контакты 1 и 2) — вход: через него ST-LINK получает напряжение платы, чтобы уровни сигналов совпадали. Контакт 19 выдаёт 3,3 В, но в таблице ST он к плате не подключается.

Недорогие клоны в корпусе-«флешке» устроены иначе. Вместо 20-контактного у них 10-контактный разъём 2 × 5 с шагом 2,54 мм: на нём есть SWDIO, SWCLK, сброс, SWIM для STM8, общий провод и выходы питания 3,3 и 5 В, у некоторых вариантов — ещё линии JTAG, а входа VTref нет. Назначение контактов напечатано на корпусе и у разных партий разное: описаны как минимум два варианта разводки. Подключайте клон строго по надписи на своём экземпляре, а не по чужой картинке. Выход 3.3V можно соединить с выводом 3V3 платы, если она питается от программатора; выход 5.0V — только со входом 5 В, после которого стоит стабилизатор.

ST-LINK/V2-1 на плате Nucleo-64 тоже годится как внешний программатор. Снимите обе перемычки CN2 — встроенный ST-LINK отключится от STM32 на плате Nucleo и будет работать через 6-контактный разъём SWD CN4:

Если провод NRST (контакт 5) подключён к внешней плате, на Nucleo нужно разомкнуть паяную перемычку SB12 — иначе сигнал сброса пойдёт и на STM32 самой Nucleo.

Подключение SWD к STM32F103 на плате Blue Pill

Отладочный порт SWJ-DP у STM32F103 после сброса занимает пять выводов: PA13 — SWDIO/JTMS, PA14 — SWCLK/JTCK, PA15 — JTDI, PB3 — JTDO/TRACESWO, PB4 — NJTRST (RM0008, разд. 31.4). Для SWD нужны только PA13 и PA14. На плате Blue Pill они выведены и на отдельную четырёхконтактную гребёнку на торце с подписями 3V3, DIO, CLK и GND — так её описывает проект STM32-base. Плату выпускают разные фабрики, поэтому сверяйте порядок с надписями на своём экземпляре.

Внешние подтяжки на SWDIO и SWCLK не нужны — у STM32F1 они встроены. Если программа переназначила PA13 и PA14 или отключила отладочный порт, подключайтесь под сбросом или загрузитесь с BOOT0 = 1. Как это работает, разобрано в статье об архитектуре Cortex-M3, там же — отладочные блоки ядра.

Blue Pill питают от USB или от программатора: 3,3 В — на вывод 3V3, 5 В — на вывод 5V, после которого стоит стабилизатор. Подавать 5 В на 3V3 нельзя: предельное напряжение питания STM32F103 — 4,0 В. Описание платы предупреждает и о другом: выводы 5V соединены с разъёмом USB напрямую, поэтому нельзя одновременно питать плату от USB и от внешнего источника 5 В.

Программы: OpenOCD и STM32CubeProgrammer

Обзор программ для прошивки — в разделе «Программы для электронщика». Для STM32F103 и ST-LINK хватает двух бесплатных утилит:

openocd -f interface/stlink.cfg -f target/stm32f1x.cfg -c "program firmware.elf verify reset exit"
STM32_Programmer_CLI -c port=SWD -w firmware.bin 0x08000000 -v -rst
STM32_Programmer_CLI -c port=SWD mode=UR freq=1000 -e all

Первая строка — OpenOCD: файлы настройки адаптера и кристалла, затем команда program с проверкой записи и сбросом; частоту SWD в OpenOCD задаёт команда adapter speed в килогерцах. Вторая — STM32CubeProgrammer: -w записывает двоичный файл с адреса 0x0800 0000, -v проверяет запись, -rst сбрасывает кристалл. Третья подключается под сбросом (mode=UR, нужен провод NRST) на частоте 1000 кГц и стирает всю флеш-память — так оживляют кристалл, в котором программа отключила SWD.

Типичные ошибки

• Разъём повёрнут на 180°. На простой гребёнке без ключа контакт 1 встаёт на место последнего: у 20-контактного JTAG VTref попадает на общий провод, а все сигнальные линии — на «земли» чётного ряда, и адаптер видит плату выключенной. Коробчатая вилка с прорезью и удалённый штырь 7 у Cortex Debug от такой ошибки защищают, отдельные провода и самодельные шлейфы — нет.
• Нет общего провода. Плата питается от своего блока, адаптер — от USB компьютера, а GND между ними не соединён. Особенно легко забыть его, когда к Blue Pill идут четыре отдельных провода.
• VTref не подключён. Без него адаптер не знает уровня сигналов платы: J-Link по VTref проверяет, есть ли на плате питание, и без него считает её выключенной, а ST-LINK/V2 и STLINK-V3 берут опорное напряжение с VAPP или T_VCC. У современных J-Link напряжение можно задать вручную (Fixed VTref), а у клонов ST-LINK такого входа нет вовсе.
• 5 В на 3,3-вольтовую плату. Контакт 19 J-Link или вывод 5.0V клона, соединённый с шиной 3,3 В, превышает предельное напряжение питания STM32F103 4,0 В. 5 В подают только на вход стабилизатора платы.
• Длинные провода SWD. SWD работает на мегагерцах: STM32CubeProgrammer по умолчанию подключается к ST-LINK на частоте 4000 кГц. На длинных отдельных проводах фронты искажаются, связь рвётся или запись не проходит проверку. Укоротите провода, проложите рядом с SWCLK общий провод и снизьте частоту — параметром freq в STM32CubeProgrammer или командой adapter speed в OpenOCD.
• Программа отключила SWD. Поле SWJ_CFG, выводы PA13 и PA14 в режиме порта или глубокий сон — и отладчик больше не подключается. Помогает подключение под сбросом с проводом NRST или загрузка с BOOT0 = 1.
• Клон подключён по чужой картинке. Разводка клонов ST-LINK/V2 у разных партий разная: там, где у одного варианта SWDIO, у другого может оказаться общий провод или питание. В лучшем случае адаптер просто не увидит кристалл. Сверяйтесь с надписью на корпусе своего экземпляра.

Разъёмы программирования AVR — ISP, UPDI и TPI — разобраны в статье «Распиновка AVR ISP», ядра Cortex-M и их отличия — в разделе ARM.