[嵌入式]调试单片机的link-debuger

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简介

本项目是一个link debuger，用于调试带有JTAG、SWD接口的微控制器。由于SWD接口的优势，以及本项目宗旨是做一个美观、小巧、功能全的调试器，因此查阅了许多开源电路、开源固件。最终做了该PCB。由上下两层PCB通过铜柱连接在一起。铜柱复用为上下板供电线路。

优点

• 小巧、多功能

• 插针隐藏设计、方便携带

• 支持Jlink、STlink、DAPlink

• 支持RS485调试

• 支持ESP32等IC的自动下载（RTS、DTR信号预留）

• 使用Typec接口的对称性改成SWD、UART信号接口

• 采用底板顶板贴合设计、铜柱复用电源连接底板顶板

实物展示

底板3D图

功能

1. debuger（jlink、stlink、daplink任意中的一种）

   • SWD接口下载和调试功能

   • link虚拟的串口功能（需要jlink、stlink、daplink固件支持）

   • link支持拖拽下载（需要jlink、stlink、daplink固件支持）

2. USB转UART（CP2102虚拟的串口）

3. USB转RS485（RS485由CP2102的UART电平转化，同一时刻只使用一种，EN接通使用RS485，不接使用UART）

4. USB HUB（可以再接入其他1个USB设备，TYPEC接口）

5. 信号线交叉硬件设计

功能说明

• link功能表示可是使用jlink、stlink、daplink任意一种固件，烧录入不同的link固件，该设备就是可以实现变身。

• USB转串口功能，因为三种固件都支持虚拟UART功能，因此都可以使用USB转UART（TTL），下载、调试、UART调试集一身。

• 除了固件虚拟的UART，再接入一个CP2102虚拟一个串口，该串口主要引出RTS、DTR信号，在目标板上合理设计可以自动下载ESP32、STM32串口下载。

• 还将CP2102虚拟的UART（TTL）进行电平转换后得到RS485接口，用于RS485调试

• 在输入USB接口之后绘制了一个USB HUB芯片，芯片是支持一拖四USB HUB，速率达到USB2.0。可通过电阻选择USB HUB是否使用。设计成可选择，主要防止USB HUB的不稳定造成link debugger的不稳定，如USB HUB不稳定或者不使用，可进行硬件上的切换。切换方式通过丝印在背面。

• 信号线交叉设计主要用于在电路设计时大意将例如UART的RX、TX接错时可切换debuger的电阻即可。切换方式通过丝印在背面。

• 本设计接口使用了typec USB接口定义了SWD接口、UART接口。在设计你的原型电路时，可以使用typec USB来设计SWD、UART接口后，通过typec USB线连接PC、link debuger、原型电路即可开始下载与调试。

• 该设备输出共四个typec USB：

  • typec USB1：SWD、UART接口

  • typec USB2：固件虚拟的UART接口

  • typec USB3：CP2102虚拟的UART接口，带DTR、RTS信号

  • typec USB4：USB HUB接口

接口定义

支持固件类型

1. jlink
2. stlink
3. daplink

支持接口与定义

说明：个人觉得嵌入式开发调试接口20PIN的牛角座端子太大，不适合在开发板或者项目电路板上使用，直接使用插针的方式在电路板使用，当迁移电路板后需要再次每根杜邦线连接，累~，在USB接口定义有可以直接使用的线和接口，因此我想使用USB线来做我们SWD、UART接口的使用。

我在之后的电路板、自绘开发上直接使用TYPEC接口母座来连接SWD、UART接口后，使用TYPEC线连接link_debuger和电路板即可开始使用。因此有了以下将USB接口信号改成SWD、UART接口的定义。
利用TYPEC正反插时的对称性。

1. typec USB类型的SWD&UART支持接口：

   • VCC、SCK、SWD、SWO、RST、TX、RX、GND
   • 接口对应

     TYPEC母座信号定义	自定义SWD、UART信号
     VBUS	VCC
     D+(DP)	SCK（可与SWD交换）
     D-(DN)	SWD（可与SCK交换）
     TX1-&TX2-	RST
     RX1-&RX2-	SWO
     TX1+&TX2+	TX（可与RX交换）
     RX1+&RX2+	RX（可与TX交换）
     GND	GND

2. typec USB类型的UART

   • VCC、TX、RX、GND
   • 接口对应说明

     TYPEC母座信号定义	自定义SWD、UART信号
     VBUS	VCC
     D-(DN)	TX（可与RX交换）
     D+(DP)	RX（可与TX交换）
     GND	GND

3. typec USB类型的UART，带DTR、RTS信号

   • VCC、TX、RX、RTS、DTR、GND
   • 接口对应说明

     TYPEC母座信号定义	自定义SWD、UART信号
     VBUS	VCC
     D-(DN)	RX（可与TX交换）
     D+(DP)	TX（可与RX交换）
     TX1+&TX2+	DTR
     RX1+&RX2+	RTS
     GND	GND

4. typec USB类型的USB HUB2.0

   • 5.0V、D+、D-、GND

5. 2.54间距8PIN的SWD&UART接口

   • VCC、SCK、SWD、SWO、RST、TX、RX、GND

6. 2.54间距6PIN的UART接口

   • VCC、TX、RX、RTS、DTR、GND

7. 2.54间距2PIN的RS485接口（EN接通使用RS485，不接使用UART）

   • A、B

8. 2.54间距6PIN的供电

   • 3.3V、3.3V、5.0V、5.0V、GND、GND

9. 20PIN的JTAG接口（只支持SWD，默认不焊接，焊接20PIN贴片插针或者牛角座即可使用）

固件切换

1. 使用自己的STLINK与link_debuger的5.0V、SWD、SCK、GND连接。

2. 打开STM32 ST-LINK Utility

3. 连接设备
   

4. 打开文件
   

5. 选择固件（DAP选择bootloader）
   

6. 开始编程
   

7. 点击start、等待进度条完成后即可使用