ESP32S3多功能SWD/JTAG调试器

演示视频

https://www.bilibili.com/video/BV1NECJYyEaa

软件代码

发送端的代码在附件中

接收机的代码已经开源在github和gitee中，基于ESP-IDF5.x进行编写，欢迎star

• https://github.com/MGod-monkey/ESP32-Debugger
• https://gitee.com/mgod_wu/ESP32-Debugger

项目简介

1. 接收机基于立创ESP32S3R8N8开发板制作，可独立运行，也可搭配发送机运行，接收机可以搭配发送机实现即插即用，无需上位机和WIFI，即可远程调试和开发
2. 接收机支持支持SWD和JTAG协议，支持 OpenOCD/pyOCD，支持虚拟串口，可同时进行仿真调试和串口收发
3. 接收机支持有线调试和无线调试的切换，通过MODE按钮长按进行模式切换
4. 接收机内置Web服务，可通过访问接收机IP来实现简单的WebSerial调试
5. 接收机支持向目标板供电（5V、3.3V），以及从目标板取电（5V、3.3V）两种方式进行工作
6. 接收机带状态指示灯，可提示当前调试模式，WIFI信号强度等
7. 烧录速度大于10KB/s，串口通信波特率可设置1M及以上
8. 接收机支持使用串口给Arduino等设备烧录固件，支持Arduino的串口烧录协议

实物展示

实物正面图	实物背面图

原理解析（硬件说明）

​ 本项目的发送端硬件由CH554G单片机和ESP12F无线模块组成。CH554G 是一款兼容 MCS51 指令集并支持 USB 2.0 的高性能单片机，主要负责与PC端进行USB 通信。通过USB连接PC，生成 CMSIS DAP调试设备和CDC 虚拟串口设备，提供调试和串口通信功能。同时，CH554G通过UART与ESP12F无线模块连接。ESP12F 负责创建无线热点（AP）并搭建 TCP 服务器，等待接收端设备连接，从而实现数据的无线透传功能，CHECK信号线用于判断是否与接收机建立连接。SY6280AAC用于防止意外过压或过流导致的电路损坏，保障系统的安全性和稳定性，限流大小为I(A)=6800/R2=1A。

​ 接收端硬件主要由立创ESP32S3R8N8 开发板构成，通过移植 DAPLink 代码实现 CMSIS-DAP 功能，用于支持 SWD 和 JTAG 协议的调试功能。在有线调试模式下，基于TinyUSB框架实现USB通信功能，其中 CMSIS-DAP 设备和 CDC 虚拟串口设备通过TinyUSB的HID和CDC模块完成初始化和数据传输，支持在PC端的 Keil 环境中进行调试和串口通信。
​ 同时，接收机还实现了无线调试功能，利用 ESP32S3内置的Wi-Fi模块，连接到发送端创建的AP热点，并与TCP服务器建立连接，实现无线数据传输，从而支持无线下载调试和串口透传。
​ 此外，接收端还支持独立运行，通过连接到与PC端相同的Wi-Fi网络，在局域网内与PC端建立连接，结合USBIP技术栈（通过网络远程共享和访问USB设备的一种技术)，可以实现远程调试和串口透传功能，也能结合elaphureLink上位机实现快速的连接和keil的远程下载调试。

软件烧录

发送机烧录

​ 1.发送端需要烧录ESP12F和CH554G的固件，CH554G需要使用WCHISPTool_Setup烧录工具进行烧录，如果是全新的CH554G，默认插上电脑的USB，上电就会进入Boot模式，此时可以通过工具进行识别和烧录，如果是已经烧录过的CH554G则需要短接U2旁边的触点，然后插上电脑上电，才能通过工具进行烧录，烧录固件为firmware/ch554.hex

​ ESP12F烧录通过引出来的串口接口进行烧录，需要用一个USB转TTL下载工具，使用乐鑫官方下载工具flash_download_tool进行烧录，长按BOOT按钮，然后短按RST按钮，松开BOOT按钮即可进入ESP12F的下载模式

​ flash_download_tool选择ESP8266, 然后选择固件firmware/ESP12F.ion.bin进行烧录，如果点击开始后没反应，先判断一下串口是否连接对了，再判断一下ESP12F是否进入的下载模式

​ 烧录完成后，重新接入电脑，发送机就可以正常使用了，此时ESP12F会生成一个AP热点，热点名称：MGodmonkey,密码：1234567890（后续会考虑给ESP12F添加OTA更新的功能，让其烧录一次代码就能无限远程更新）

接收机烧录

​ 接收机的固件有两种，一个是搭配USBIP技术栈独立使用的单机模式固件，一个是搭配发送机使用的双机模式固件，两种固件下载方式都是一样的。
flash_download_tool选择ESP32S3, LoadMode选择UART,ESP32S3立创开发板连接电脑后会生成两个串口，一个是USB-OTG的USB串行设备，一个是连接CH340K的串口设备，选择第二个串口进行烧录即可

​ flash_download_tool的分区设置要严格按照图中的进行设置，否则可能会出错，烧录的固件在firmware/Single_Mode或firmware/Double_Mode中

文件	索引
bootloader.bin	0x0
ESP32_DAPLink.bin	0x20000
partition-table.bin	0x8000
ota_data_initial.bin	0xf000

外壳说明

发送机的外壳可以在淘宝上买到公版的电流计亚克力外壳来使用：
https://item.taobao.com/item.htm?_u=l2otn78942e7&id=536932505082&spm=a1z09.2.0.0.6b752e8dQAsOIG

接线方式

根据接收机上的引脚进行接线

SW协议接线：

符号	对应引脚
3V3	3V3
GND	GND
SWDIO	DIO
SWCLK	CLK

JTAG协议接线：

符号	对应引脚
3V3	3V3
GND	GND
TMS	DIO
TCK	CLK
TDI	TDI
TDO	TDO
nRESET	RST（可不接）

UART接线：

符号	对应引脚
TXD	TXD
RXD	RXD

指示灯说明

指示灯	状态
橙色呼吸	启动中
橙色闪烁2次	模式切换中
紫色常亮	有线模式
红色常亮	等待连接WIFI / 启动错误
绿色常亮	连接WIFI成功并信号很好
绿色呼吸	连接WIFI成功并信号一般
红色闪烁	连接WIFI成功并信号较差

使用步骤

Keil MDK-ARM版本需要5.29及以上版本，其他软件暂未测试

单接收机使用

1. 有线模式（SWD/JTAG）

   有线模式下直接连接usb到电脑上即可，另一边通过SWD/JATG连接待调试的设备，启动成功后会在电脑上生成一个U盘，这是DAPLink的特性（但离线文件下载功能还没实现，，，所以暂时还不能通过传固件文件到u盘上来实现自动烧录），同时会生成一个虚拟串口

   

​ 此时打开keil工程，点击魔法棒->debug->Use选择CMSIS-DAP Debugger->点击Settings后即可看到设备信息，值得说明的是，JTAG协议下有个小bug，就是有时会显示SWD/JTAG Communication Failure，此时Max Clock设置为5MHz或低于10MHz下的任意频率即可，然后就能正常显示设备了，此时也能正常切换回10MHz下的频率进行使用了（应该是软件代码问题，暂未找到bug原因）

2. 有线模式（UART）

   串口支持接收发，支持在SWD/JTAG调试下一起使用，串口频率可以任意设置，可设置到超过1M波特率

   

3.无线模式(SWD/JTAG)

单机无线模式下keil需要搭配开源上位机`elaphureLink`（`elaphureLink`不支持JTAG协议）或者USBIP（支持SWD/JTAG协议）来使用。双击`elaphureLink.Wpf.exe`打开软件，第一次使用需要安装keil驱动，由于代码已经设置好了mDNS，因此无需知道设备IP也可直接连接

​ 打开keil工程，点击魔法棒->debug->Use选择CMSIS-DAP Debugger->点击Settings后即可看到设备信息

​ USBIP使用需要知道提前ESP32S3的IP地址，并且与ESP32S3同一网络下，有线连接开发板，串口助手连接CH340K开头的设备串口即可看到ESP32S3的串口调试信息，成功连接WIFI后会显示IP地址，一般情况下这个IP不会改变，如果家里设备情况多的话，路由器可能会给其重新分配一个IP，此时就需要重新获取了

​ cmd终端中输入.\usbip.exe attach -r 设备IP -b 1-1即可连接设备并且在设备管理器中即可看到生成的无线CMSIS-DAP，打开keil工程，点击魔法棒->debug->Use选择CMSIS-DAP Debugger->点击Settings后即可看到设备信息

4.无线模式(UART)

无线串口传输跟有线串口传输功能是一样的，不过接收机内置了一个Web服务，可以通过访问ESP32S3的IP地址来使用WebSerial功能，在网页上发送数据到接收机的串口中

搭配发送机使用

发送机能实现单接收机的所有功能，只不过接收机自带WIFI，无需上位机和局域网，通过ESP12F与ESP32S3的WIFI模块进行通信，实现远程调试和串口传输。

发送机插入会在电脑生成一个虚拟串口，此时等待接收机接入发送机的AP热点即连接成功

无线模式WIFI说明

在接收机的代码中main\include\wifi_configuration.h，默认配置了3个WIFI信息，接收机会在这三个wifi中循环尝试连接，第一个wifi是发送机的默认AP热点，因此，如果是单接收机模式，需要在自己电脑上配置对应的热点

static struct {
    const char *ssid;
    const char *password;
} wifi_list[] __attribute__((unused)) = {
    {.ssid = "MGodmonkey", .password = "1234567890"},
    {.ssid = "DAP", .password = "12345678"},
    {.ssid = "INSS-Lab_2.4G", .password = "G-STAR1211"},
    // Add your WAP like this:
    // {.ssid = "your ssid", .password = "your password"},
};

注意事项

• 如果仅需要单机使用，直接打样接收机的板子即可
• 单机模式需要搭配elaphureLink或usbip来使用
• 接收机3D外壳底座的按键部分打印出来需要轻轻的向外掰，注意是轻轻的哦
• 后续发现有啥问题再慢慢补充

总结

该项目是匆匆忙忙赶工期造出来的，因为本人处于研究生开题阶段，也在忙着找创新点，经历过的应该都知道这个阶段的苦哈，项目基本功能已经实现，但还有很多bug和不足，后续会慢慢补充和完善

本项目借鉴了以下优秀的开源项目：

• https://github.com/windowsair/wireless-esp8266-dap