【STM32】JTAG / SWD 调试原理简析
JTAG / SWD 调试原理简析（以 STM32F10x 为例）
（调试代码配合文章可使用，已经上传至我的资源中，下载打开即可使用。）
一、内核调试模块（Debug Module）的作用
STM32F10x 搭载的是 ARM Cortex-M3 内核，该内核内建硬件调试模块（如 DWT、FPB、ITM、NVIC），支持以下功能：
| 功能 | 说明 |
|---|---|
| 设置断点 | 指令断点（Break on PC）或数据断点（Watchpoint） |
| 单步执行 | 一条条地执行代码，便于调试 |
| 查看寄存器 | 中断时可查看 CPU 寄存器、栈、变量等 |
| 读取/写入内存 | 可在运行中修改变量值 |
| 调试不中断外设 | 即使 CPU 停止，外设（如 UART）仍可运行（可配置） |
在线仿真主要是借助ARM Cortex-M3 内核中的调试系统，在单片机当中，内核跟随原厂在设计之初自带的调试系统，使用调试系统可以知道单片机内核的实时运行情况，以及我们能够通过这个调试系统找寻到单片机在运行中发生的BUG。这篇文章是尝试使用这个调试系统来讲解如何控制单片机，并通过调试系统掌握单片机的运行状况。
二、调试通信接口（JTAG 与 SWD）
Cortex-M3 内核支持两种调试接口：
| 接口 | 引脚 | 特点 |
|---|---|---|
| JTAG | 4~5 根线（TCK、TMS、TDI、TDO、TRST） | 功能丰富，支持链式连接多个设备 |
| SWD（Serial Wire Debug） | 2 根线（SWDIO、SWCLK） | ARM 推出的简化调试接口，占用少，主流 |
💡 STM32F10x 支持 JTAG / SWD 二选一，多数开发板默认使用 SWD，用于连接 ST-Link 或 J-Link。
使用ST-LINK连接开发板进行烧录和调试代码＋ 仿真：（此处使用 SWD（Serial Wire Debug）方式，连接 2 根线（SWDIO、SWCLK）+ 一根 GND）
图一：
图二：
JTAG/SWD模式设置库函数（在文件stm32f10x_gpio.c中）：
void GPIO_PinRemapConfig(uint32_t GPIO_Remap, FunctionalState NewState)
三、调试过程简述
[开发板] <—(SWD/JTAG)—> [调试器：ST-Link、J-Link等] <—USB—> [主机：Keil/IAR]
调试器连接 MCU 后：1.初始化内核调试模块2.设置断点、观察点、调试寄存器3.停止 CPU 执行（可查看状态）4.继续运行或重启 CPU
在停止状态下，内核状态、外设状态都可查询，完成调试后可继续程序执行，不中断系统全局状态。
具体操作详情：
第一步：安装一下ST-Link的驱动：
第二步：连接上 ST-Link，给单片机供上电：如图一图二所示。
第三步（你自行选择任意项目调试即可，如有需要，也可以使用我在资源中提供的代码示例进行调试）：调试代码示例。
点击魔法棒工具 ——> 选择 Debug ——> 选择ST-Link Debugger ——> 点击Setting
进入后可以看见 SWDIO 显示所连接单片机的ID：
选择仿真模式：（用keil软件模拟单片机运行的过程）
调试器常用功能（Keil / IAR 中）：
| 功能 | 实现方式 |
|---|---|
| 设置断点 | 使用 FPB（Flash Patch & Breakpoint）模块 |
| 单步执行 | 控制 PC（程序计数器） |
| 查看变量 | 通过 DAP 读取内存 |
| 写入变量 | 在线修改变量值 |
| 查看寄存器 | NVIC/DWT 等模块 |
| 查看堆栈 | 读取 PSP/MSP 栈指针 |
需要注意的事项：
SWD 模式调试时，PA13（SWDIO）、PA14（SWCLK） 会被占用，不可用于普通 IO。
若使用 JTAG 模式，占用更多引脚（一般不推荐）。
芯片若设置为“读保护”或“调试锁定”，调试器可能无法连接。
在低功耗模式下，部分芯片调试功能可能会失效，需要特别配置。
然后我们进入调试功能：
上面那一行用于调试的工具条：
运行代码，开启仿真，我们可以看见PC7产生了电平跳变，而PC8没有产生电平跳变：
接下来，我们将bug修改正确后，再次运行代码。这次，如果我们在写代码的过程中发现某个变量的值不对，我们可以将这个变量添加到 Watch 窗口，观测这个值在运行中的变化过程：（同时，可以打开逻辑分析仪，看见数值变化的过程）
以上，便是Keil MDK（Microcontroller Development Kit）进行嵌入式开发时，程序调试软件仿真的方法。
接下来，我们需要进行硬件的仿真方式：
为此新增一个按键（PC0）按键来控制蓝灯（PC6）的亮灭：
新增后记得将 PC6 初始化，
因为硬件仿真没有软件仿真那样电平跳变的直观图，所以我们主要打开逻辑分析仪查看程序运行中的数值变化，
Keil 的调试方式对比：软件仿真 vs 硬件仿真
| 项目 | 软件仿真（Software Simulator） | 硬件仿真（Hardware Debugger） |
|---|---|---|
| 依赖硬件 | ❌ 无需真实芯片 | ✅ 依赖真实芯片和调试器（如 ST-Link、J-Link） |
| 运行环境 | PC 上模拟执行 | 在真实 MCU 上运行 |
| 调试精度 | 逻辑级仿真，模拟部分外设 | 精准反映芯片真实状态 |
| 外设支持 | 部分支持（如 GPIO、定时器、串口） | 全部真实外设 |
| 速度 | 可加快、暂停、单步 | 实时运行，速度真实 |
| 中断响应 | 模拟中断 | 实时中断响应 |
| 适用阶段 | 初期代码验证、无硬件时 | 联调验证、系统调试 |
| 优点 | 快速、便捷、无需硬件 | 准确、全面、可检测硬件问题 |
| 缺点 | 与真实芯片有差异 | 需要烧录器与板子连接 |
软件仿真（Software Simulator）
✅ 特点：
不需要连接目标硬件
在 PC 上通过 Keil 内置模拟器运行代码
支持：寄存器查看单步、断点波形查看（Logic Analyzer）
部分外设支持，如：GPIO、UART、定时器（部分型号）🚫 不支持的内容：真正的 ADC 采样、电平变化实时中断延迟行为精确的外设时序📌 启用方式：1.打开 Options for Target2.选择 Debug 页面3.选择 Use Simulator4.点击 Start/Stop Debug 进入仿真
硬件仿真（Hardware Debugging）
✅ 特点：
通过 JTAG/SWD 接口 与目标板连接
依赖调试器设备，如：ST-Link（STM32官方）J-Link（Segger）CMSIS-DAP 调试器
在真实 MCU 芯片上运行和调试程序🔍 支持功能：
在线烧录程序
设置断点、单步执行
实时查看变量、内存、寄存器
外设调试（定时器、ADC、串口等）
Flash 断点（FPB）与中断嵌套调试📌 启用方式：
1.打开 Options for Target
2.Debug 选项卡中选择：ST-Link DebuggerJ-Link Debugger
3.点击 Start Debug 进入硬件调试
选择建议（实际开发中）
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学习 STM32 架构、验证逻辑 软件仿真
外设调试、硬件测试 硬件仿真
实时性分析、功耗测试 硬件仿真
RTOS 调度分析 硬件仿真
软件仿真适合无硬件时快速验证程序逻辑，硬件仿真是真实调试的必备手段，能精准反映 MCU 的运行状态和外设行为。
Cortex-M3 的内核调试模块提供了强大的调试能力，STM32F103 可通过 JTAG 或 SWD 接口与调试器通信，实现断点、单步、变量观察等功能，而 SWD 是更主流、更节省 IO 资源的调试方式。
以上，欢迎有从事同行业的电子信息工程、互联网通信、嵌入式开发的朋友共同探讨与提问，我可以提供实战演示或模板库。希望内容能够对你产生帮助！