开源CH551/2实现的汇编优化高速DAP-Link (CMSIS-DAP v2)

posystorage · 2022-02-07 17:34:55

本工作在本站大佬 @ljbfly 的工作基础上改进而来
详细见帖子：CH552 版 CMSIS-DAP v2 https://whycan.com/t_3732.html
基本大框架没有动，使用汇编优化了SWD时序，高速提供IO模拟的SWD时序，也提供一个硬件SPI的尝鲜。
完全重写C+汇编混和优化了虚拟串口部分，有效减小串口丢包，发送中断问题，提高效率
只使用v2版本的免驱动bulk模式，不兼容V1版本的hid，提供一个虚拟串口
目前空间占用，rom用了7k多，ram基本都榨干了，xram全部是缓存，iram剩余字节数也不多

开源代码、编译好的固件、PCB工程获取途径：https://github.com/posystorage/CH55x_HS_DAP-Link-v2

优化思路参考了 @metro大佬的工作，参见：
【重开旧坑】8051上的CMSIS-DAP调试器——TinyDAP开发过程记录 https://whycan.com/t_6114.html
晒一下CH558跑的CMSIS-DAP v2调试器，下载速度可以达到70KB/s（Flash）和300KB/s（SRAM） https://whycan.com/t_3766.html

和@metro大佬比起来，本人的目标是实现高速的SWD优化，暂时不打算涉猎JTAG\SWO\文件拖拽下载\兼容HID等这些功能，主要应用方向是做板载调试器（例如使用CH552E实现串口+SWD），在开发板上非常方便的调试芯片，减少接线
比如说挖坑的这个做数字锁相放大器的板子，由CH552负责通讯+SWD调试单片机+JTAG调试FPGA，全部集成。当然这坑啥时候能填完又是另说了。
QQ截图20220207165741.png
QQ截图20220207165805.png
回归正题
硬件实现我这个板子可以选3.3V供电或者5V，我考虑的是选5V可以跑24M主频（实测32M也稳定可跑），然后IO电平用两颗1T45转换成3.3V,顺便负责SWDIO的换向，板子体积非常小。
QQ截图20220207170230.png
QQ截图20220207170216.png
如果是板载调试器的话，用3.3V供电跑16M也还是足矣，可以节约不少外围。

@ljbfly大佬编写的代码是全C实现的，由于编译器问题，SWD底层部分在频繁的搬数据，时序效果看起来占空比非常高，而且SWD输入的时候直接使用推挽读取（让我一开始非常迷惑），实测下来有的单片机如果SWD脚驱动不强的话可能兼容性不太好。
QQ图片20220207170054.png
所以整个SWD时序创建了一个汇编文件，全部用汇编优化。网上写的8051如何C和汇编混合编程，也是写的乱七八糟的，互相抄来抄去，东拼西凑。我研究了好久才让这玩意稳定工作（）可能还是因为太菜了吧
QQ图片20220207170124.png
优化后经过计算软IO模拟的话，12个处理器周期可以刷一个SWD时钟,3.3V下16M主频时钟1.66M,5V下24M主频时钟2M.
3.3V下IO模拟读取时序：
QQ图片20220207170100.png
3.3V下IO模拟写时序：
QQ图片20220207170107.png
16M主频下看起来SWD接口的占空比比较大，实际研究后，间隔时间五分之二是ch552在处理，五分之三是上位机比较慢，上位机驱动不改的话，下位机处理DAP指令还是有不少的优化空间（从xram倒腾数据过程非常多），不过考虑到我头发有限，目前就暂时不弄了。
QQ图片20220207170113.png

串口优化：原版的串口驱动只能说叫有，但是基本没什么优化，串口发送是cpu在硬等，数据量一大就丢包。目前优化后使用256字节的xram做串口发送大fifo，（这样的好处是写入写出指针用8位刚好可以，处理fifo的满和空非常简单），串口接收由于usb带宽远高于串口，所以用64字节缓存足矣，收到串口数据只要有usb端点空闲就直接丢给usb（基本上1-2个字节就会发一次），总体没什么压力。
发送大于256字节的串口数据，usb会发四次包直到缓存塞满。usb发包的时候确实会打断串口中断，以后可以优化以下用中断嵌套，使得串口优先级更高。
但是fifo的处理涉及到可能会两个中断同时访问，还需要掉些头发。
可以看到swd和串口一起工作的时候的状态，波特率干到500000
QQ图片20220207170132.png
如果没有要复杂处理的usb中断，swd是不影响串口的
QQ图片20220207170136.png
降低波特率到115200
QQ图片20220207170141.png
QQ图片20220207170146.png

硬件spi优化
使用硬件spi刷写swd部分的固定字节。8-bit的command和32bit的数据可以直接切换到spi刷
优化占比可以达到(8+32)/(8+5+32+1)≈87%

既然用了spi 就可以调速度，以5V下跑24M主频为例，swd速度可调100KHz~12MHz,当然只调节spi刷的部分，软件部分改不了的。
100K
QQ图片20220207170152.png
1M
QQ图片20220207170156.png
实际上是6M，12M逻辑分析仪抓不到了，但是也可以正常通讯。我还玩了下主频32M跑鸡血16M时钟，也没什么问题。
QQ图片20220207170201.png

开源了PCB工程文件和电路图，代码开源了软件模拟io，因为spi硬件刷新的我测下来兼容性并不是太好，有点挑MCU，有时候会莫名其妙报错，所以我回头在研究研究，就先不拿出来献丑了。提供几个编译好的固件大家可以试试。
欢迎找bug，提交改进意见~
禁止用于商业用途

posystorage · 2022-02-07 18:31:41

mousebat04 说：

大佬牛哇！简直造福人类。希望后面越来越好用。
另外问下，CH551是不是装不上这个固件？

我没做限制，大小才8K,没用串口1，应该是没问题

posystorage · 2022-02-08 01:47:20

llinjupt 说：

支持，CH552用于做板载调试器成本低，DAPLink的JTAG调试FPGA？这个需要上位机支持吧，还是说自己在调试器中实现FPGA的一套JTAG协议？

切换使用不就行了 usbblaster+daplink 用按键一键切换

posystorage · 2022-02-12 22:09:55

Chin 说：

我的天，都是大佬！一套成本得多少？

不超过10元这个芯片很便宜的（特别是涨价前）

posystorage · 2022-02-14 18:29:54

Lexsion 说：

大佬太强了！手里有几片多年前立创撸的CH554T，看DS说554只是比552/1多了USB Host功能，是不是也可以搞这玩意儿

可以用都一样的

posystorage · 2022-02-19 00:41:39

echo 说：

CH552性能上限太低了，而且现在也并不便宜

ch552e ssop10封装的还是很香的，在开发板上板载一个得到串口+swd

posystorage · 2022-02-22 00:46:54

taotieren 说：

有计划支持 rs-flash 吗？

请问这是什么东西没听说过

posystorage · 2022-02-23 13:10:43

taotieren 说：

posystorage 说：
taotieren 说：
有计划支持 rs-flash 吗？
请问这是什么东西没听说过
https://github.com/probe-rs/cargo-flash
https://github.com/probe-rs/probe-rs

我简单看了下，有点没太看懂，这个不就是个上位机软件吗？

posystorage · 2022-03-11 02:16:17

@gddddd
可能是因为有些是汇编代码受影响吧？我回头有空看看

posystorage · 2022-03-21 12:19:28

wh201906 说：

请问，如果用SPI的话，是需要用2线半双工模式来作为SWDIO口吗？或者用其它方法来解决双向的问题？

用的全双工SPI,将两个IO并起来用。ch552的半双工SPI有问题，速度提不到最快

posystorage · 2022-04-17 01:25:14

Meski 说：

大佬，我试着复刻了一下pcb，发现了一个矛盾的地方，readme中提示P1.6和P1.7需要并联，但是在原理图中P1.6又和P1.5通过一个0欧电阻相连，甚是疑惑，是我什么地方存在理解错误吗，希望能够得到解答，感谢。

readme 写错了按原理图为准

posystorage · 2022-04-26 00:14:45

JZH1996 说：

大佬，我烧了你编译出来的固件，设备管理器里面能看到一个串口和一个CMSIS-DAP V2设备，但是Keil里面检测不到，想问一下是需要装专门的驱动还是对Keil版本有要求啊，我的Keil是5.23版本

keil版本太老了识别不到v2版本的daplink 升级下keil
或者替换这个dll文件在Keil_mdk_c51\ARM\BIN下
CMSIS_DAP.zip

posystorage · 2022-05-03 03:55:36

冷月烟说：

大佬，这个编译的固件试了一下，串口不稳定啊，3.3V供电，115200波特率，串口接受误码很厉害

3.3V下主频只有16MHz,跑115200波特率偏差非常大的
Fsys / 16 / 波特率
波特率应该111111

posystorage · 2022-05-03 03:56:27

@Meski
Cannot Load Flash Programming Algorithm这个是你keil设置问题，和daplink没关系这个是没有设置下载算法

posystorage · 2022-08-11 00:51:05

xiao_fang 说：

感谢楼主分享的源码，我这几天正在学习usb，计划把它移植到CH583上，下一步使用蓝牙做一个无线的DAP。

支持你，SWD速度优化建议你重写官方原装的SWD时序代码

posystorage · 2022-08-28 17:22:33

@EListen
端点2和3应该是串口缓存buff，使用256字节空间做fifo的，你看下汇编部分就会发现

posystorage · 2022-08-29 11:40:33

@EListen
时间长了有点忘了。我看了下是这样的
EP1缓存是串口用的缓冲，收发各使用了64字节

Main_Usb.C
UINT8X Ep1BufferO[THIS_ENDP0_SIZE] _at_ 0x0040; //端点1 OUT双缓冲区,必须是偶地址 Not Change!!!!!!
UINT8X Ep1BufferI[THIS_ENDP0_SIZE] _at_ 0x0080; //端点1 IN双缓冲区,必须是偶地址 Not Change!!!!!!

串口文件下有两个缓存，在内部的是RX缓存，64字节，在外部的是TX缓存，256字节

Uart.c
UINT8I UART_RX_Data_Buff[ENDP1_SIZE];
UINT8X UART_TX_Data_Buff[256]_at_ 0x0300;

void UART_Get_USB_Data(UINT8 Nums)负责把Ep1BufferO搬到发送fifo UART_TX_Data_Buff里面
void memcpy_TXBUFF_USBBUFF(UINT8 data_len)负责把UART_RX_Data_Buff搬到Ep1BufferI
串口这部分的buff是没混用的

EP2是PC下发DAP数据给CH552
这里的缓存是这样用的，写满了就直接+64

Main_Usb.C
        case UIS_TOKEN_OUT | 2: //endpoint 2# 端点批量下传 DAP-CMD
            if (U_TOG_OK)         // 不同步的数据包将丢弃
            {
                Ep2Oi += 64;
                UEP2_DMA_L = Ep2Oi;
            }
            break;

EP3也是同理，好了直接换缓存，这样不用一直等USB

Main_Usb.C
        if (Endp3Busy != 1 && Ep3Ii != Ep3Io)
        {
            Endp3Busy = 1;
            UEP3_T_LEN = Ep3Is[0];//Ep3Io>>6];
            UEP3_DMA_L = Ep3Io;
            
            UEP3_CTRL = UEP3_CTRL & ~MASK_UEP_T_RES | UEP_T_RES_ACK; //有数据时上传数据并应答ACK
            Ep3Io += 64;
        }

这里有FIFO缓存的使用

DAP.c
void DAP_Thread(void)
{
    UINT8I num;

    if (Ep2Oi != Ep2Oo)
    {
        PUINT8 req = &Ep2BufferO[Ep2Oo];
        PUINT8 res = &Ep3BufferI[Ep3Ii];
        Ep2Oo += 64;
   ........

        Ep3Is[0]/*(Ep3Ii>>6)]*/ = num + 1;
        Ep3Ii += 64;
    }
}

posystorage · 2022-09-04 04:11:42

abgelehnt 说：

我感觉是不需要这么大的buffer的，楼主这么写应该是为了汇编好写直接DPH固定了
不过这XRAM不用白不用对吧hhh

哈哈被你发现了就是汇编偷懒你说得对，而且这部分代码还是之前在别的工程上用的我直接搬过来偷懒了

posystorage · 2022-11-18 01:58:22

@815794369
这么点信息不足以分析出问题在哪里，这个要抓包swd+usb才容易看出来。话说你测试了5V情况下能稳定工作吗？

posystorage · 2022-11-22 20:22:58

@815794369
振铃我觉得主要是杜邦线不好，以及接地屏蔽不完善造成的，建议不要撕开杜邦线

posystorage · 2023-06-02 17:09:30

foticing 说：

CH552下载不了STM32的是什么情况

我这边测试是可以的你要不看看低速下行不行

posystorage · 2023-07-03 12:28:39

andyxu 说：

@posystorage 楼主楼主在单独接下载器没有接32的时候在Keil中检测下载器状态的时候 debugger settings里的有出现RDDI-DAP Error的情况不

发个截图看看。另外接stm32的时候能用吗？

posystorage · 2024-01-04 02:13:26

flex-A 说：

大佬威武，ch551/552的资源够用的话，是不是也能拿cy7c68013/cbm9002这种芯片弄一个下载器？

我估计可以？

posystorage · 2024-05-19 00:24:34

有大佬进行了更新，解决了一些bug,可以看这里
https://oshwhub.com/jdsuchen/ch552-cmsis-dap

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开源CH551/2实现的汇编优化高速DAP-Link (CMSIS-DAP v2)

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