在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)領(lǐng)域，MCU（微控制單元）芯片在眾多智能設(shè)備中發(fā)揮著核心的控制作用，其性能優(yōu)化與功能拓展一直是技術(shù)發(fā)展的重要方向。OpenOCD（Open On-Chip Debugger）作為一個(gè)功能強(qiáng)大的開源調(diào)試工具，廣泛應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中，為系統(tǒng)調(diào)試與程序燒錄提供了重要支持。

隨著自研MCU芯片項(xiàng)目的不斷推進(jìn)，如何實(shí)現(xiàn)其與OpenOCD的無縫對接成為關(guān)鍵問題之一。而閃存驅(qū)動(dòng)作為連接MCU與外部存儲(chǔ)、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高效存儲(chǔ)與讀取的核心組件，其與OpenOCD的適配對于提升整個(gè)系統(tǒng)開發(fā)效率具有重要意義。

本文檔系統(tǒng)性地記錄了國科安芯自研MCU芯片AS32A601添加閃存驅(qū)動(dòng)至OpenOCD工具的完整過程。通過深入研究OpenOCD的架構(gòu)與工作原理，結(jié)合芯片的技術(shù)手冊，詳細(xì)闡述了驅(qū)動(dòng)編寫、調(diào)試與驗(yàn)證的各個(gè)步驟。旨在為后續(xù)類似項(xiàng)目開發(fā)提供詳實(shí)的參考與借鑒，助力嵌入式開發(fā)人員高效實(shí)現(xiàn)MCU芯片與OpenOCD的適配，加速產(chǎn)品研發(fā)與技術(shù)迭代進(jìn)程。

OpenOCD編譯環(huán)境搭建

注：本節(jié)所有內(nèi)容是基于Windows系統(tǒng)開發(fā)，如使用其他操作系統(tǒng)請自行參考。

安裝MSYS2

• 安裝MSYS2需要進(jìn)入到MSYS2官網(wǎng)下載安裝包，進(jìn)入官網(wǎng)后如圖點(diǎn)擊msys2-x86_64-20240727.exe鏈接下載安裝包。

安裝步驟：

• 雙擊運(yùn)行安裝程序，出現(xiàn)如圖所示信息單擊下一步：

• 選擇軟件安裝路徑后單擊下一步：

• 出現(xiàn)如圖界面單擊下一步：

• 等待安裝（可能比較慢請耐心等待）：

• 如果在安裝過程中出現(xiàn)卡在50%一直不動(dòng)等情況，可以單擊取消

添加環(huán)境

1. 打開我的電腦，進(jìn)到安裝目錄找到mingw64文件夾，點(diǎn)擊進(jìn)去找到bin文件夾點(diǎn)擊進(jìn)去復(fù)制路徑。
2. 設(shè)置環(huán)境變量：將上面復(fù)制的路徑添加到環(huán)境變量中。

• 更換鏡像源：更換國內(nèi)鏡像源，此處參考阿里鏡像源上關(guān)于msys2的方式進(jìn)行更換

1. 編輯 /etc/pacman.d/mirrorlist.mingw32 ，在文件開頭添加：Server = https://mirrors.aliyun.com/msys2/mingw/i686
2. 編輯 /etc/pacman.d/mirrorlist.mingw64 ，在文件開頭添加：Server = https://mirrors.aliyun.com/msys2/mingw/x86_64
3. 編輯 /etc/pacman.d/mirrorlist.msys ，在文件開頭添加：Server = https://mirrors.aliyun.com/msys2/msys/$arch
4. 編輯 /etc/pacman.d/mirrorlist.ucrt64 ，在文件開頭添加：Server = https://mirrors.aliyun.com/msys2/mingw/ucrt64

安裝依賴環(huán)境

點(diǎn)擊相應(yīng)的命令行軟件打開命令行窗口，這里選擇“MSYS2 MINGW64”。

1. 更新MSYS2，使用以下指令更新系統(tǒng)文件。直至無更新內(nèi)容為止。
2. 安裝依賴環(huán)境 不同的操作系統(tǒng)對安裝的環(huán)境有些許的差異要求，一般而言不同的軟件依賴包有差異的一般為64bit的標(biāo)識(shí)為“x86_64”，而32bit系統(tǒng)一般為“i686”。
3. 64bit操作命令（使用時(shí)直接復(fù)制粘貼即可）:
4. 32bit操作命令（使用時(shí)直接復(fù)制粘貼即可）:

OpenOCD源碼獲取和編譯流程

下載OpenOCD

1. 打開MSYS2 MINGW64命令行窗口，跳轉(zhuǎn)到要克隆的地址，使用 git clone 命令將最新的OpenOCD源碼克隆至本地。（此處給出一個(gè)git clone命令操作示例，如需下載其他版本的源碼，請自行修改克隆地址） git clone https://github.com/riscv-collab/riscv-openocd.git

注：后續(xù)所有輸入指令操作，都是在MSYS2 MINGW64命令行窗口中操作，需要將路徑跳轉(zhuǎn)到克隆源碼地址下，如圖所示。

1. 在MSYS2 MINGW64命令行窗口，使用cd命令將路徑跳轉(zhuǎn)到剛克隆的源碼地址下，輸入./bootstrap 命令克隆OpenOCD的依賴文件，如下圖所示。

配置OpenOCD

1. 使用以下指令配置OpenOCD，這里選擇“--enable-jlink”配置，其他配置（只要安裝了相應(yīng)的依賴）會(huì)默認(rèn)開啟：
2. 配置過程需要一些依賴包，如果配置過程中提示依賴包版本不足或沒有安裝，需要先安裝依賴包。 根據(jù)提示，使用pacman -Ss + 搜索依賴包名，即可找到依賴包。 使用pacman -S + 安裝依賴包名，即可完成依賴包的安裝。
3. 安裝依賴包完成后，繼續(xù)執(zhí)行第一步操作，直至配置完成。

OpenOCD添加驅(qū)動(dòng)

文件總覽

以AS32I601為例，在整個(gè)自研芯片集成過程中，需要編寫并測試如下設(shè)備支持文件：

1. 閃存驅(qū)動(dòng)程序文件（as32i601.c）
2. 內(nèi)置閃存驅(qū)動(dòng)程序列表文件（drivers.c）
3. 編譯腳本文件（Makefile.am）
4. 運(yùn)行腳本文件（as32i601.cfg）

目前，文件實(shí)現(xiàn)了編程功能，其他功能可后續(xù)補(bǔ)充，不影響實(shí)際功能使用。

設(shè)備支持文件存放結(jié)構(gòu)如下：

1. openocdsrcflashnoras32i601.c
2. openocdsrcflashnordrivers.c
3. openocdsrcflashnorMakefile.am
4. openocdtcltargetas32i601.cfg

文件詳解

閃存驅(qū)動(dòng)程序文件（as32i601.c）

由于本芯片特性，燒錄過程無法通過RAM運(yùn)行片上代碼的形式進(jìn)行代碼燒錄，因此選用了OpenOCD直接操作qspi寄存器的形式完成flash代碼燒錄，根據(jù)文件中flash_driver結(jié)構(gòu)體所示，該文件需要完成flash_bank_command、erase、write、probe函數(shù)編寫，其他函數(shù)可采用官方庫文件函數(shù)和參考其他芯片驅(qū)動(dòng)文件即可。

flash_driver結(jié)構(gòu)體，該結(jié)構(gòu)體定義了OpenOCD閃存驅(qū)動(dòng)程序所需的所有回調(diào)。

conststructflash_driveras32i601_flash = { .name = "as32i601", .commands = as32i601_command_handlers, .flash_bank_command = as32i601_flash_bank_command, .erase = as32i601_erase, .protect = as32i601_protect, .write = as32i601_write, .read = default_flash_read, .probe = as32i601_probe, .auto_probe = as32i601_probe, .erase_check = default_flash_blank_check, .info = get_as32i601_info, .free_driver_priv = default_flash_free_driver_priv, };

第一行，as32i601_flash為閃存驅(qū)動(dòng)程序名稱，這個(gè)名稱需要放到內(nèi)置閃存驅(qū)動(dòng)程序列表文件（drivers.c）中。 第二行，as32i601為定義的閃存名字，此名稱會(huì)在運(yùn)行腳本文件（as32i601.cfg）中用到。 第四行，flash_bank_command為通過腳本文件傳入的信息，用于獲取芯片信息，如芯片地址等。 第五行，erase為擦除函數(shù)，該函數(shù)傳入擦除的起始塊和終止塊，需要在此函數(shù)中實(shí)現(xiàn)擦除功能。 第六行，write為寫入函數(shù)，該函數(shù)傳入寫入的起始地址、寫入的數(shù)據(jù)和寫入的大小，需要在此函數(shù)中實(shí)現(xiàn)寫入功能。

flash_bank_command實(shí)現(xiàn)函數(shù)為as32i601_flash_bank_command，可以在此函數(shù)中獲取閃存庫命令。

FLASH_BANK_COMMAND_HANDLER(as32i601_flash_bank_command) { if (CMD_ARGC < 7) return ERROR_COMMAND_SYNTAX_ERROR; bank->driver_priv = malloc(sizeof(as32i601_priv)); COMMAND_PARSE_NUMBER(u32, CMD_ARGV[6], priv->ctrlAddress); LOG_INFO("as32i601 probe: 0x%x ctrlAddress", priv->ctrlAddress); priv->probed = 0; return ERROR_OK; }

第六行，為as32i601_priv結(jié)構(gòu)體申請一段內(nèi)存。 第七行，通過命令行獲取控制器基地址，并賦值給priv->ctrlAddress。

erase實(shí)現(xiàn)函數(shù)為as32i601_erase，此函數(shù)中實(shí)現(xiàn)擦除功能。

intas32i601_erase(struct flash_bank *bank, unsignedint first, unsignedint last) { structtarget *target = bank->target; if (target->state != TARGET_HALTED) { LOG_ERROR("Target not halted"); return ERROR_TARGET_NOT_HALTED; } LOG_INFO("as32i601_erase"); // flash memory mass erase as32i601_flashStop(bank); for(unsignedint sector = first; sector <= last; sector += 0x400) { as32i601_Write_Reg(bank, QSPI_CR, 0x00000031); as32i601_Write_Reg(bank, QSPI_CCR, 0x00000106); as32i601_WaitNotBusy(bank); as32i601_Write_Reg(bank, QSPI_CCR, 0x000025d8); as32i601_Write_Reg(bank, QSPI_AR, bank->sectors[sector].offset); as32i601_WaitNotBusy(bank); as32i601_read_flashstatus(bank); bank->sectors[sector].is_erased = 1; } return ERROR_OK; }

第十五行，0x400為實(shí)際芯片扇區(qū)大小除以行大小所得到的值。因?yàn)榇税姹镜腛penOCD會(huì)將bin文件大小按照所設(shè)置的扇區(qū)大小對齊，所以此文件將扇區(qū)參數(shù)設(shè)置為行大小。 第十七到二十四行為扇區(qū)擦除操作，這里不過多進(jìn)行講解，as32i601_Write_Reg函數(shù)是通過OpenOCD底層函數(shù)target_write_memory封裝而來，可以根據(jù)自己需求進(jìn)行自定義封裝。

write實(shí)現(xiàn)函數(shù)為as32i601_write，此函數(shù)中實(shí)現(xiàn)bin文件寫入功能。

staticintas32i601_write(struct flash_bank *bank, constuint8_t *buffer,uint32_t offset, uint32_t count) { structtarget *target = bank->target; if(target->state != TARGET_HALTED){ LOG_ERROR("Target not halted"); return ERROR_TARGET_NOT_HALTED; } if(offset & 0x03){ LOG_ERROR("offset 0x%" PRIx32 " breaks required 4-byte alignment", offset); return ERROR_FLASH_DST_BREAKS_ALIGNMENT; } if(count & 0x3){ LOG_ERROR("size 0x%" PRIx32 " breaks required 4-byte alignment", count); return ERROR_FLASH_DST_BREAKS_ALIGNMENT; } as32i601_flashStop(bank); uint32_t addr = offset; LOG_INFO("as32i601 probe: %d count, 0%d addr", count, addr); while(count >= 256) { as32i601_Write_Reg(bank, QSPI_CR, 0x00000031); as32i601_Write_Reg(bank, QSPI_CCR, 0x00000106); as32i601_WaitNotBusy(bank); as32i601_Write_Reg(bank, QSPI_CCR, 0x00802502); as32i601_Write_Reg(bank, QSPI_AR, addr); as32i601_Write_Reg(bank, QSPI_DLR, 256-1); // flash memory word programfor(uint32_t address = 0; address < 256; address += 4) { constuint8_t *t_buffer = buffer + address; uint32_t value = buf_get_u32(t_buffer, 0, 32); as32i601_Write_Reg(bank, QSPI_DR, value); } buffer += 256; as32i601_WaitNotBusy(bank); as32i601_read_flashstatus(bank); LOG_INFO("as32i601 probe: %d count", count); addr = addr + 0x100; count = count - 0x100; } LOG_INFO("as32i601 flash write success"); return ERROR_OK; }

第五行到第十六行，為判斷當(dāng)時(shí)cpu狀態(tài)和傳入?yún)?shù)是否正確。 第三十八行，為將八位數(shù)組轉(zhuǎn)換為32位數(shù)據(jù)，此函數(shù)為OpenOCD底層函數(shù)。 第二十三行到第四十九行，為寫入操作，這里不過多進(jìn)行講解。

probe實(shí)現(xiàn)函數(shù)為as32i601_probe，通過此函數(shù)設(shè)定flash信息。

staticintas32i601_probe(struct flash_bank *bank) { LOG_INFO("as32i601 qspi_probe"); if(!priv->probed){ bank->num_sectors = bank->size/(256); uint32_t offset = 0; bank->sectors = malloc(sizeof(struct flash_sector) * bank->num_sectors); for (unsignedint i = 0; i < bank->num_sectors; i++) { bank->sectors[i].offset = offset; bank->sectors[i].size = 256; offset += bank->sectors[i].size; bank->sectors[i].is_erased = -1; bank->sectors[i].is_protected = 1; } priv->probed = 1; } return ERROR_OK; }

第六行，通過bin文件大小計(jì)算出所用扇區(qū)數(shù)量，因?yàn)榇税姹镜腛penOCD會(huì)將bin文件大小按照所設(shè)置的扇區(qū)大小對齊，所以此文件將扇區(qū)參數(shù)設(shè)置為行大小。 第九行到第十五行，初始化扇區(qū)信息。

內(nèi)置閃存驅(qū)動(dòng)程序列表文件（drivers.c）

此文件列表中定義了所有閃存，需要將芯片信息加入其中。 （注：不同版本的OpenOCD此處可能略有差異，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行修改）

externconststructflash_driveras32i601_flash;staticconststructflash_driver * constflash_drivers[] = { &aduc702x_flash, &aducm360_flash, ... &as32i601_flash, ... &xmc4xxx_flash, &w600_flash, &rsl10_flash, NULL, };

第一行和第七行，根據(jù)格式添加信息，此處為as32i601_flash。

編譯腳本文件（Makefile.am）

此文件為編譯腳本文件，添加驅(qū)動(dòng)文件路徑。

NOR_DRIVERS = %D%/aduc702x.c %D%/aducm360.c ... %D%/str9xpec.c %D%/swm050.c %D%/as32i601.c ... %D%/xmc1xxx.c %D%/xmc4xxx.c

第七行，根據(jù)格式添加閃存驅(qū)動(dòng)程序文件（as32i601.c）。

運(yùn)行腳本文件（as32i601.cfg）

此文件為運(yùn)行腳本文件，包含芯片配置信息。

adapter driver jlink adapter speed 1000 transport select jtag reset_config srst_nogate set _CHIPNAME riscv jtag newtap **_CHIPNAME cpu -irlen 5 -expected-id 0x10002FFFset _TARGETNAME **_CHIPNAME.cpu target create **_TARGETNAME.0 riscv -chain-position **_TARGETNAME **_TARGETNAME.0 configure -work-area-phys 0x20000000 -work-area-size 0x80000 -work-area-backup 1set _FLASHNAME **_CHIPNAME.flash flash bank **_FLASHNAME as32i601 0x100000000x0100000000 **_TARGETNAME.00x42100800 init halt

第一行，為適配器驅(qū)動(dòng)，此處為jlink。 第三行，為適配器傳輸速度，此處為1000。 第五行，為傳輸方式，此處為jtag。 第七行，為復(fù)位配置。 第九行，為芯片類型，此處為riscv。 第十行，設(shè)置IR寄存器長度和ID號(hào)。 第十五行，設(shè)置sram的物理地址和長度（以自定義芯片為例）。 第十八行，設(shè)置閃存名稱（此名稱和閃存驅(qū)動(dòng)程序文件中的name名稱對應(yīng)）、閃存地址、大小和控制寄存器基地址（以自定義芯片為例）。

編譯OpenOCD

1. 使用如下指令編譯OpenOCD

注：若編譯過程中出現(xiàn)如圖所示錯(cuò)誤，說明calloc函數(shù)所使用的頭文件與實(shí)際代碼使用版本不匹配，需要將頭文件修改為正確的版本。

1. 編譯錯(cuò)誤失敗原因分析：void *__cdecl calloc(size_t _NumOfElements,size_t _SizeOfElements);
2. 本地庫環(huán)境修改
3. mingw下載
4. 打開MinGW官網(wǎng)，點(diǎn)擊此處下載安裝包
5. 雙擊進(jìn)行軟件安裝
6. 等待安裝完成
7. 編譯器安裝
8. 勾選“mingw32-gcc”
9. 點(diǎn)擊“Apply Changes”
10. 點(diǎn)擊“Apply”
11. 等待更新完成
12. 添加環(huán)境變量 打開系統(tǒng)環(huán)境變量設(shè)置窗口，如圖所示，將安裝路徑“C:MinGWbin和C:MinGWinclude”填入環(huán)境變量。（若安裝在其他路徑，可自行修改添加）
13. 編譯完成后，為后續(xù)使用方便，可以將相應(yīng)文件復(fù)制出來完成對OpenOCD的打包壓縮。

閃存驅(qū)動(dòng)使用流程與驗(yàn)證

注：本章所有輸入指令操作，都是在cmd窗口中進(jìn)行。

閃存下載

打開cmd窗口，使用如下命令，將bin文件下載到芯片中。（注：文件路徑可使用絕對路徑也可使用相對路徑，在相應(yīng)環(huán)境中進(jìn)行修改即可） ./openocd/bin/openocd.exe -f ./openocd/target/as32i601.cfg -c "program ./SV32C601_Software/demo/gpio/GPIO_IO_test/OBJ/bin/gpio_io_test.bin 0x10000000" -c "shutdown" 命令執(zhí)行后，會(huì)彈出一個(gè)窗口，等待窗口自動(dòng)執(zhí)行完成后結(jié)束。（此處包含了運(yùn)行調(diào)試信息，若無需此信息，可自行在閃存驅(qū)動(dòng)程序文件將對應(yīng)代碼注釋即可）

運(yùn)行界面如圖所示：

閃存讀取

打開cmd窗口，使用如下命令，連接OpenOCD并讀取閃存，判斷是否下載正確。

./openocd/bin/openocd.exe -f ./openocd/target/as32i601.cfg telnet localhost 4444 halt mdw 0x1000000040

第一行：在cmd窗口輸入此命令，連接OpenOCD，OpenOCD會(huì)監(jiān)聽4444端口。 第三行：在一個(gè)新的窗口輸入此命令，會(huì)連接telnet端口。 第五行：在telnet窗口輸入此命令，操作為停止cpu。 第七行：在telnet窗口輸入此命令，讀取0x10000000地址的數(shù)據(jù)，讀取寬度為40個(gè)字。

將讀取的數(shù)據(jù)和bin文件進(jìn)行對比，如果一致，則說明驅(qū)動(dòng)程序執(zhí)行正確，二進(jìn)制文件下載成功。（注：此處需要多讀取幾個(gè)地址，以確保整個(gè)bin文件下載正確）

運(yùn)行界面如圖所示： OpenOCD連接界面：

讀取內(nèi)存界面：

審核編輯 黃宇