背景

在开发 STM32 等基于 ARM 内核的单片机时，几乎所有人都会遇到同一个问题。那就是选择一款什么样的下载调试器呢？市面上有各式各样的下载调试器可供我们选择，我觉得选择一款最合适自己的，才是重要的。常用的下载器包括 J-Link，ST-Link，J-Link0B，CMSIS-DAP，DAPLink 等。

当接触到 DAPLink 这个方案后，我们根据官方开源的原理图，设计了一版下载调试并且开始了一段时间的试用。实物非常的小巧，尺寸为：25mm x 56mm，实物长下面这样了。
 

daplink.png


同时，我们在源码的基础上进行了一些改进，实现了串口 ISP 功能。另外，原来方案的基础上，增加了板载自恢复保险丝，保证即使短路也不会烧坏主板，这样心里踏实多了。项目经过了长时间的使用测试，固件非常稳定。五合一功能：下载、调试、串口、3.3V/5V 供电，串口ISP。

本文基于 ARMmebed 官方开源代码打造了一款 DAPLink 下载调试器，并做了些许改进，无论初学与否，跟随下面教程，你也可以打造属于你自己的 DAPLink!

DAPLink项目简介及使用方法

2.1 功能介绍

这是一款 ARM 官方开源的仿真器，可以实现全系列 Cortex-M0/M3/M4/M7 内核芯片的程序下载和调试。特性如下：

  • 官方开源，无版权限制，稳定不丢失固件
  • SWD 接口，全系列 Cortex-M0/M3/M4/M7 下载和调试（HID）
  • 自带 USB 虚拟串口，方便程序调试（CDC）
  • 拖拽下载功能，模拟 U 盘，将 Hex 或 bin 格式文件拖拽或拷贝至U盘完成下载(MSC)
  • 串口下载程序，改进官方程序实现（串口ISP）
  • 输出 5.0V 电源，可供电目标电路
  • 输出 3.3V 电源，可供电目标器件
  • 板载自恢复保险丝，短路自保护
  • Win10 即插即用，无需驱动

2.2 接口及尺寸

产品上下共计 8 个插针，其中上面四个插针为下载调试接口，下面四个插针为串口通讯接口。具体引脚如下所示：

接口及尺寸.png

DAPLink 与单片机的连接关系：
 

与单片机连接.png


产品上下共计8个插针以STM32F103xx单片机为例：DIO对应PA13，CLK对应PA14，RST对应NRST（可不连接）。3.3V或5V供电可根据时许需要选择。

2.3 开发环境

DAPLink 由 CMSIS-DAP 发展而来，因此，但凡支持 CMSIS-DAP 协议的开发环境都可用来下载或调试程序，包括不仅限于下列 IDE 软件：

  • MDK Keil
  • IAR

2.4 通过 Keil 下载程序的配置

首先将 DAPLink 插入 PC 的 USB 口，显示如下图所示：

keil配置.png
  • 如果识别成功，在设备管理器中会生成一个串口①USB串行设备(comX),每个电脑显示的数字会不一样，我这显示的是com19, 记住这个数字即可；
  • ”我的电脑“目录下将生成②名称为DAPLINK(E:)的U盘；
  • 如果没出现上述现象，请重新插拔 DAPLink。
    注意：win7 或 win8 操作系统需要安装串口驱动，资料包中包含驱动，或至官网下载
     
keil配置1.png
  • 打开 keil5 软件，点击如上图所示的①配置选项，进入Options fo Target ‘Flash’选项；
  • 在②所示的Debug子菜单下，use:下拉菜单③选择CMSIS-DAP Debugger;
  • 点击④的Setting，进入下一步设置；
     
keil配置2.png
  • 在上图Debug子菜单下按图中①、②、③进行配置，最大速度为 10MHz；
  • DAPLINK 与目标板连接好之后，将会显示④器件信息；
  • 如果没有显示④，请重现连接 DAPLINK 与目标板，并返回第6步重新设置；
  • 切换到Flash Download录下，如下图所示；
     
keil配置3.png
  • 按照上图①、②进行设置；
  • 其中②需根据单片机具体型号进行选择，点击add或Remove进行添加或删除；
  • 接着点击所有OK完成设置；
  • 编译好工程之后，点击下图所示的LOAD，开始程序下载；
     
keil配置4.png
  • 上述配置一次永久有效，下次下载时只需点击LOAD即可。

2.5 串口下载配置

DAPLINK 的官方源码并不支持串口下载程序功能，我们对程序稍微做了些改进，增加了串口下载功能，平时也可以作为普通串口使用。串口电路连接图如下所示：
 

串口连接.png

其中，TxD--->RxD，RxD<---TxD，以 STM32F103xx 为例，DAPLink 的 TxD 对应 PA10，RxD 对应 PA9。

  • 启动单片机串口下载软件 mcuisp.exe；
  • 如下图①配置串口端口和波特率，端口号为前面识别的 DAPLINK 串口号，波特率可以任选，我这里以 460800bps 为例；
  • 如下图②所示选择需要下载的 HEX 文件；
  • 如下图③选择不使用RTS和DTR；
     
串口下载配置.png
  • 确保 DAPLink 与目标板串口已经连接好，并且配置好 BOOT0,1 的值，以 STM 系列单片机为例：设置BOOT0=1，BOOT1=0；
  • 点击上图所示的④开始编程(P)，随后按下目标板的复位按键；
  • 如下图所示，显示下载程序信息，表示下载成功。
     
串口下载配置1.png

2.6 拖拽下载配置

DAPLINK 的拖拽下载功能，是指只需要将编译好的 .Hex 或 .Bin 文件拖拽至 DAPLINK 的 U 盘便可完成下载。正常情况下，DAPLINK 的 U 盘中将包含下图所示的两个文件：
 

拖拽下载.png


如果拖拽下载成功，下载成功的详细信息可以在 DETAILS.TXT 文件查询。如果下载不成功，U 盘目录下将生成 FAIL.TXT 文件， 在文件中可以查看下载失败的具体原因。

但是，U 盘拖拽下载功能有所限制，一种固件只能对应一系列单片机。例如，我们这款产品出厂时烧录的是 STM32F103xx 系列的固件，因此，只支持 STM32F103xx 系列单片机拖拽下载。如果你想要拖拽下载 STM32F401xx 系列单片机程序，则必须将固件更新为 STM32F401xx 的固件。产品资料包中包含了官方支持的几种固件。固件更新方法详见下一节内容。

2.7 固件更新办法

  • 使用跳线冒或者镊子等工具将 RST 和 GND 之间短路，并将 DAPLINK 插入 PC，生成的 U 盘名称将变为 MAINTENANCE(E:)，如下图所示：
     
拖拽下载1.png
  • 出现了上述U盘之后，将跳线帽断开，即保证 RST 和 GND 处于断开状态；
  • 将对应系列单片机的.bin格式固件拖拽至 U 盘，完成更新；
  • 如果下载成功，将 DAPLink 重新拔插一下便可正常使用了。

注意事项：

固件一定要是名称中包含 CRC 的跳线帽断开，即保证 RST 和 GND 处于断开状态；

  • 将对应系列单片机的.bin格式的文件，如果 DAPLINK 的 bootloader 文件损坏了，我们需要使用其他的下载器先将 bootloader 文件下载至 DAPLink 中，再按照上面的方法更新固件。DAPLink 自身的下载口在设备的侧面，打开源代码文件夹stm32f103xb_bl 的 bootloader 工程，并通过 keil5 软件将其下载至模块中。
     
拖拽下载2.png

3. DAPLink官方源码编译方法

对于喜欢DIY的朋友来说，使用官方源码来定制个性化的DAPLINK将会是一件乐趣无穷的事情。小编经过一段时间的摸索，熟悉了源码编译的流程，即使是初学者，按照这套流程也能快速的将程序跑起来，为了让大家在学习，开发的过程中少走些弯路，将它们在这里分享给大家。

3.1 工具软件安装

包括下面这些必备的软件，软件包含在资料包中，也可以自己网上下载：

  • python2.7
  • Git
  • MDK5.25
  • pip
     
工具包.png

软件安装注意事项：

  • 首先 Python 请安装版本 2.7，其他版本可用性没有测试
  • 安装好 python 之后，请注意添加环境变量，方法如下图所示
     
python变量.png
  • 安装好 python 后记得安装 pip
  • 安装好 MDK5.25

3.2 源码下载

官方源码可以从 github 仓库下载，官方一直在维护和更新，下载地址如下：
https://github.com/ARMmbed/DAPLink。下载后，将文件解压，记住文件路径不要包含中文字符，解压后源码目录如下图所示：
 

源码下载目录.png

3.3 建立编译环境

在源码目录下运行 git bash, 如下图所示，在右键菜单中选择“Git Bash Here”:
 

源码gitbash.png
  • 在 git 输入以下代码建立初始运行环境
pip install future
pip install virtualenv
virtualenv venv
  • 在 git 输入以下代码生成工程文件
venv/Scripts/activate.bat
pip instll –r requirements.txt
progen generate –t uvision
venv/Scripts/deactivate.bat
  • 在 git 输入以下代码初始化仓库，并提交代码至本地仓库
git init
git add .
git config --global user.name "hugh"
git config --global user.email "hugh@163.com"                                
git commit -m "layout"

注意：上述代码必须逐条执行，需等上一条执行完毕，再执行下一条，上述代码代码执行需要连接互联网，执行过程需要一点时间，务必耐性等待。

3.4 编译以及 DIY

按照上述操作过后，在源码目录的 Projectfiles 文件夹下将分别生成 bootloader 工程和固件工程。
 

固件工程.png


我们打开其中一个固件工程进行编译，如果 3.3 各部分操作无误，编译结果将如下图所示。
 

固件工程1.png

资源链接

到目前为止，便可以根据你自己的想法进行 DIY 了。DAPLink 的功能详细介绍和使用方法可以参考百度网盘文档。

电路板 PCB 工程开源如下，注意该工程本来是要设计离线DAP用的，中途项目暂缓，先将 PCB 工程开源出来（电路板验证过），DIY 玩家可以自行打样，移植的时候需要自行根据原理图结合程序更改IO口配置。工程下载链接：ProProjectRYDAPonline20240123.epro
注意使用立创EDA专业版导入工程即可使用。