ARM调试接口——PART B.4 SWD协议解析
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发布时间：2024-09-05 04:36
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时间：2024-11-30 09:36
SWD协议，即Serial Wire Debug（串行线调试）协议，是ARM公司为调试设备开发的一套标准接口协议，主要用于点对点架构的调试连接。SWD协议分为v1和v2两个版本，v1版本为单点对点架构，只支持单个主机和单个设备的连接，而v2版本为多点架构，增加了对多个串行调试设备连接的支持，但同时也引入了*最大连接速度的trade off。
SWD协议v1中，总线传输的比特序为最低有效位优先（LSB），数据传输遵循最低位先传输的原则。SWD的传输闲置状态称为空闲周期，主机通过将SWDIO线拉低并驱动时钟来插入空闲周期。在SWD的第二个版本中，为了支持休眠状态，需要在实现中考虑与第一个版本之间的兼容问题。
在SWD中，所有数据传输遵循低位优先的原则，如OK的ACK响应数据为0b001，传输顺序为最低位1，然后是0，最后是最高位0。线路周转是指在数据传输方向变化时，需要一个时间段让主机与设备均不驱动数据线，数据线在此期间的电平状态不定。
Arm SWD接口使用一个双向数据连接线（SWDIO）和一个时钟线（SWCLK）进行数据传输。基本传输流程分为数据包请求、ACK响应和数据传输三个阶段。在数据传输阶段，ORUNDETECT标志位决定了超时检测模式的开启状态，该模式允许长时间和高吞吐量的连接，但默认禁用。在数据传输过程中，会使用偶校验进行校验，将奇偶校验位加在数据传输后，主机应只对Bits 3-34进行校验，与Bit 35比较是否一致。
每个设备需要使用一个包含4bit的实例ID（instance ID）作为唯一的设备ID（target ID），用于连接过程中的设备区分。上电后，所有设备都会被主机选中，除非预先使用设备ID进行选中，否则主机将无法与设备进行通信。
SWD v2协议在多点架构中存在一些局限性，如连接过程需要满足特定条件，调试主机无法无缝连接到先前未连接的设备，除非主动提供设备的目标ID。此外，SWD v2还对设备提出了一些要求。
SWD协议的具体操作包括成功写入操作、成功读取操作、等待操作和发生错误的操作。写入操作与读取操作的流程相似，但在数据传输阶段结束后的操作有所不同。在等待操作中，设备在无法立即响应主机请求时发出WAIT响应。发生错误时，设备发出FAULT响应。
在协议执行过程中，可能会出现协议错误，设备将不返回任何数据且不会驱动总线。当设备进入协议错误状态时，设备的行为和主机的响应也会有所不同。如果启用了超时检测功能，需要等待数据传输阶段结束才能进入协议错误状态。
SWD协议还支持写入数据缓存功能，调试端口可以缓存写入操作，以处理多个事务。当写入操作被接受后，可能会被丢弃，此时CTRL/STAT寄存器中的WDATAERR标志会被置位。
设备对于AP事务和DP事务的响应也有所区别。DP事务的访问取决于所要访问的寄存器，而AP事务的访问则取决于访问的寄存器和设备的当前状态。
最后，SWD接口使用串行同步接口，包含一个双向数据信号和一个时钟信号。物理SWD接口由双向数据引脚（SWDIO）和时钟引脚（SWCLK）组成。总线接口要求设备在SWCLK的上升沿采样数据，并在SWCLK的上升沿改变驱动状态。接口需要能够接受因为失去同步而带来的短时间竞争现象，并且时钟信号不需要与任何系统时钟同步。
为了确保在进行热插拔时不会造成意外的串行连接，需要使用线路重置序列。SWD接口并不包含复位信号线，通过将数据信号线保持高电平，持续至少50个周期，随后保持至少两个的空闲周期，即可实现线路复位。首次连接到设备时，需要进行线路重置，发生协议错误后可能也需要进行线路重置。
在进行完线路重置后，设备会进入复位状态，此时只有部分传输操作有效。在复位状态下，只有在立即对TARGETSEL寄存器进行写入才能选中或取消选中设备。如果主机在尝试读取DPIDR寄存器时没有收到预期的响应，那么主机应当再次尝试进行线路重置。
