B站_Miachael_ee_通过GDB和OpenOCD对ESP32 进行JTAG Debug_笔记1

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一、JTAG接口介绍

1.简介

JTAG， Joint Test Action Group，联合测试行动组，以制定该标准的联合测试行动组命名，是用于验证印刷电路板设计和测试印刷电路板制造后的行业标准。

2.接口定义

3.调试接口功能框图

• ESP32 C3已经集成了USB转换芯片
  

4.ESP32 S3 JTAG相关简介

• ESP32-S3规格书下载链接
  

• ESP32-S3中有标准的JTAG接口和一个USB串口/JTAG控制器（该控制器可用于烧录芯片的flash、读取程序输出的数据以及将调试器连
  接到正在运行的程序中）‘
  

5.ESP32-S3 JTAG调试接口

• （1）标准的JTAG调试接口（电脑需要通过USB转JTAG芯片连接ESP32-S3进行调试）
  
  

• （2）USB转JTAG控制器接口（电脑可以直接连接ESP32-S3的USB进行JTAG调试）
  
  

二、OpenOCD

1.OpenOCD官网链接

2.OpenOCD的功能模块

• Target（目标设备模块）：
  • 功能：定义并管理与目标芯片（如ARM Cortex-M、STM32、ESP32）的通信协议和调试接口；
  • 作用：
    • 配置芯片的调试模式（如：JTAG、SWD、JTAG/SWD混合调试）；
    • 控制芯片的运行状态（暂停、恢复、单步执行）；
    • 管理寄存器读写、内存访问等底层操作；
• Flash（闪存模块）：
  • 功能：负责对目标设备的闪存（Flash Memory）进行读写操作、支持烧录固件、擦除和验证；
  • 作用：
    • 实现不同类型闪存的驱动；
    • 优化闪存操作（如分页读写、扇区擦除）以提高效率；
    • 支持固件校验（如CRC检查）确保烧录正确；
• Daemon / ˈdiːmən / (守护进程模块）：
  • 功能：OpenOCD的核心服务，负责管理与硬件的连接、处理命令请求并提供接口给其他工具（如GDB）；
  • 作用：
    • 监听TCP端口（默认3333）接收GDB连接；
    • 监听Telnet端口i偶（默认4444）接收用户命令；
    • 维护与调试硬件（如J-Link、ST-Link）的通信会话；
• GDB Server（GDB服务器模块）
  • 功能：作为GDB（GNU Debugger）与目标设备之间的桥梁，将GDB的调试命令（如断点、单步执行）转换为目标设备可理解的操作；；
  • 作用：
    • 支持GDB原生调试协议（RSP）；
    • 处理断点、观察点和内存访问请求；
    • 同步GDB与目标设备的状态；
• CLI（命令行界面模块）
  • 功能：提供交互命令行接口，允许用户直接发送命令控制调试流程；
  • 作用：
    • 执行低级调试操作（如寄存器读写、内存转储）；
    • 配置OpenOCD参数（如时钟频率、接口速度）；
    • 手动控制调试会话（如重置设备、加载固件）；
• 模块间的协作流程
  • 启动调试阶段：Daemon加载配置文件（如接口、目标设备）、初始化硬件连接；
  • 调试阶段：
    • GDB通过GDB Server发送调试命令；
    • Target模块将命令转换为硬件操作；
    • Flash模块负责固件烧录；
    • CLI提供手动控制；
  • 通信链路：
    目标设备 <—> 调试器硬件 <—> Target/Flash <—> Daemon <—> GDB Server <—> GDB

3.OpenOCD源码下载

三、在ESP32中运行OpenOCD

1.ESP-IDF 离线安装

2.ESP-IDF中的OpenOCD

• ESP-IDF中已经自带了OpenOCD，
  
  • bin文件夹中主要是openocd执行文件，乐鑫官方把openocd编译成立一个可执行文件和库文件（.dll, Dynamic Link Library，动态链接库）
    
  • share文件夹中最重要的是其openocd文件夹下的scripts文件夹（脚本文件夹）
    
    
    
    
    

3.启动OpenOCD

（1）查看OpenOCD版本

（2）下载程序到开发板内

• 配置芯片型号
  
• 配置示例
  
• 编译程序
  
• 烧录程序到开发板中
  
• 运行OpenOCD,openocd -f board/esp32s3-builtin.cfg
  
• ctrl + C，退出OpenOCD;

四、GDB

1.GDB简介

• GDB，GNU Debugger，GNU调试器；运行于类UNIX系统，支持C、C++等多种编程语言；
• 于1986年首次发行；GDB是一款免费软件，支持GPL，GNU General Public License，现在由自由软件基金会所维护；
• GDB的功能
  • 跟踪和改变计算机中执行的程序；
  • 检测和修改程序的内部变量，甚至能够单独调用函数；
• GDB支持arm、AVR等多重处理器；
• GDB支持Remote Debugging，远程调试；
• 如果要使用GDB调试程序，则通过gcc编译c程序时需要加入“-g”参数；

2.运行GDB

（1）ESP-IDF中的GDB执行文件，复制该执行文件的名字：xtensa-esp32s3-elf-gdb

• 注意：需要根据芯片的架构选择不同的gdb，例如：ESP32-C3是Risc-V，ESP32-S3是Xtensa；
  乐鑫芯片概述网址
  
  

（2）elf文件与bin文件

• elf文件中有.debug调试信息，使用GDB调试时需要加上.elf文件的路径
  

（3）创建存放gdb启动参数的文件

set remotetimeout 100          
target extended-remote :3333   
set remote hardware-watchpoint-limit 2  
mon reset halt                
flushregs                     
thb app_main                  
c                             

（4）运行GDB

• 打开一个终端，运行OpenOCD； openocd -f board/esp32s3-builtin.cfg
  
• 打开另一个终端，运行GDB，xtensa-esp32s3-elf-gdb build\blink.elf -x gdbinit
  
• 查看断点附近的代码
  
• 输入q+Enter,退出GDB调试；