摘要： 本文深入探討了 JLink 調試器在嵌入式系統硬件調試中的應用，詳細闡述了 JLink 驅動配置的方法以及硬件調試技巧。本文以國科安芯的AS32系列MCU芯片為例，通過分析 JLink 調試器的工作原理、驅動配置流程、調試環境搭建、斷點設置、寄存器與內存調試、調試日志分析等方面，結合實際應用案例，旨在為硬件工程師和技術開發人員提供一份具有學術價值和實踐指導意義的技術文獻，助力提升硬件調試的效率與準確性。

一、引言

JLink 調試器作為一種主流的硬件調試工具，憑借其高性能和良好的兼容性，在嵌入式開發領域得到了廣泛應用。本文將從學術角度對 JLink 驅動配置與調試技巧進行深入研究，為硬件調試提供理論支持和實踐指導。

二、JLink 調試器概述

（一）JLink 調試器簡介

JLink 調試器是由 SEGGER 公司開發的嵌入式系統硬件調試工具，支持多種處理器架構，如 ARM、RISC - V 等。其具備 JTAG/SWD 接口，可與目標芯片進行通信，實現程序下載、斷點設置、寄存器查看與修改等功能，是嵌入式開發中不可或缺的調試工具。

（二）JLink 調試器的組成與工作原理

JLink 調試器由硬件部分（包括 JTAG/SWD 接口電路、MCU、USB 接口電路等）和軟件部分（包括 JLink 驅動程序、JLink GDB Server 等）組成。工作時，調試器通過 USB 接口與宿主計算機相連，JTAG/SWD 接口與目標芯片相連。調試工具（如 Eclipse）通過 JLink GDB Server 向 JLink 驅動程序發送指令，驅動程序將指令轉換后發送給 JLink 調試器，調試器的 MCU 控制 JTAG/SWD 接口與目標芯片通信，執行調試操作，并將結果返回給調試工具。這種工作機制確保了調試數據的高效傳輸和準確處理。

三、JLink 驅動配置

（一）驅動配置的重要性

JLink 驅動配置是確保調試器與宿主計算機正常通信的基礎。驅動程序作為通信橋梁，其配置的準確性直接影響數據傳輸的穩定性和可靠性。若配置不當，可能導致調試器無法識別或數據傳輸錯誤，因此必須嚴格按照操作流程進行配置。

（二）基于 Zadig 工具的 WinUSB 驅動配置

在 Windows 系統下，使用 Zadig 工具將 JLink 驅動轉換為 WinUSB 格式是一種有效的配置方法。具體步驟如下：

連接 JLink 調試器至宿主計算機的 USB 接口。

下載并安裝 Zadig 工具。

啟動 Zadig，選擇 “List All Devices” 列出所有設備。

在設備列表中找到 JLink 設備，選擇 WinUSB 驅動程序。

點擊 “Install Driver” 完成驅動安裝。

通過上述步驟，JLink 調試器能夠以 WinUSB 模式穩定運行，為后續調試工作奠定基礎。

（三）其他驅動配置方法

在 Linux 系統下，可安裝 SEGGER 官方提供的 JLink 驅動程序包進行配置。該驅動程序包包含適用于 Linux 系統的驅動文件和配置工具，用戶按照官方文檔指導即可完成安裝配置。此外，某些集成開發環境（如 Keil MDK、IAR Embedded Workbench）提供專門的 JLink 驅動配置插件，能夠自動檢測調試器并完成驅動配置，簡化了用戶的操作流程。

四、JLink 調試技巧

（一）調試環境搭建技巧

確保硬件連接正確

檢查 JLink 調試器與目標芯片的 JTAG/SWD 接口連接是否正確，避免虛接或短路。

確保調試器與宿主計算機的 USB 連接穩固，以保證數據傳輸的穩定性。

選擇合適的調試工具鏈與開發環境

根據目標芯片架構選擇匹配的工具鏈和開發環境，如 Eclipse + GCC + JLink 組合。

確保工具鏈版本兼容，按照官方文檔進行安裝配置。

配置調試器參數

根據目標芯片的硬件手冊和 JLink 用戶指南，配置調試接口類型、時鐘頻率等參數。

確保調試接口與目標芯片的調試接口類型相匹配，以實現有效通信。

（二）斷點設置技巧

硬件斷點與軟件斷點的合理使用

硬件斷點利用調試器硬件資源，具有高觸發效率，但數量有限。

軟件斷點通過插入指令實現，數量不限，但可能影響程序執行效率。

在調試關鍵路徑或時間敏感代碼段時，優先使用硬件斷點；在非關鍵路徑或對性能要求不高的代碼段，使用軟件斷點。

斷點設置的優化策略

精準定位斷點 ：通過分析程序邏輯結構，精準定位可能出現問題的代碼段，避免在無關代碼段設置斷點。

合理設置斷點條件 ：使用條件斷點，在特定條件下觸發，減少斷點觸發次數，提高調試效率。

分層設置斷點 ：對復雜嵌套函數或模塊化程序，自頂向下分層設置斷點，逐步調試，快速定位問題所在層次。

（三）寄存器與內存調試技巧

寄存器調試技巧

熟悉目標芯片的寄存器映射 ：深入研究芯片硬件手冊，掌握寄存器地址映射、功能描述等信息。

實時監測關鍵寄存器值的變化 ：在調試工具的寄存器窗口中監測關鍵寄存器值，及時發現異常變化。

謹慎修改寄存器值 ：了解修改寄存器值的后果，盡量在安全環境下操作，修改后密切關注芯片運行狀態。

內存調試技巧

使用內存窗口查看指定地址范圍的數據 ：在內存窗口中輸入地址范圍查看數據內容，選擇合適的顯示方式。

設置內存斷點監測數據變化 ：在關鍵內存地址設置內存斷點，監測數據變化，分析程序邏輯。

分析內存映射與數據布局 ：結合芯片內存映射文檔和編譯器存儲布局規則，分析變量、函數等存儲位置。

（四）調試日志與錯誤分析技巧

生成與查看調試日志

在 Eclipse 調試工具中，通過 “Save Debug Log” 按鈕保存調試日志，便于后續分析。

使用文本編輯器或分析工具，按照關鍵字篩選查找調試信息和異常事件。

深入分析錯誤信息與異常事件

仔細閱讀錯誤描述和堆棧信息，結合源代碼和調試功能，回溯程序執行流程，查找錯誤原因。

對于硬件異常，分析寄存器值、指令指針地址等信息，定位故障代碼段。

利用調試日志進行回歸測試與問題跟蹤

修復錯誤后，對比新舊調試日志，驗證修復效果，確保未引入新問題。

對間歇性錯誤或復雜問題的調試日志進行匯總統計，尋找錯誤規律。

（五）調試效率提升技巧

熟練掌握調試工具快捷鍵與操作面板

掌握調試快捷鍵（如 Resume、Suspend、Step Into 等），減少鼠標操作，提高調試速度。

熟悉調試工具操作面板（如變量視圖、斷點視圖等）的使用方法，快速獲取調試信息。

采用增量調試與模塊化調試方法

對大型復雜項目進行增量調試和模塊化調試，降低調試難度，提高效率。

先調試新增或修改代碼，再進行集成調試；先調試獨立模塊，再進行系統集成調試。

利用調試器的腳本自動化功能

編寫調試腳本實現重復性調試任務的自動化執行，如程序下載、斷點設置等。

熟悉調試工具腳本語言和編程接口，設計合理腳本邏輯，確保腳本正確性。

五、JLink 調試在 AS32 芯片應用中的實踐案例

（一）AS32 芯片簡介

AS32 系列芯片是由國科安芯推出的一款基于 RISC - V 架構的 32 位通用 MCU，具有高性能、低功耗、高集成度等特點，適用于工業控制、物聯網、智能家居等多個領域。AS32 芯片提供了豐富的外設接口，如 GPIO、UART、SPI、I2C、ADC、PWM 等，具備多種工作模式和低功耗管理模式，能夠滿足不同應用場景下的多樣化需求。在硬件調試方面，AS32系列芯片支持 JTAG/SWD 調試接口，可與 JLink 調試器配合使用，實現對芯片的高效調試和開發。

（二）基于 JLink 的 AS32 芯片調試實踐

調試環境搭建

在搭建基于 JLink 的 AS32 芯片調試環境時，首先將 JLink 調試器通過 USB 接口連接到宿主計算機，并使用杜邦線將 JLink 調試器的 JTAG 接口與 AS32 開發板上的 JTAG 調試接口相連。確保連接正確無誤后，打開 Zadig 工具，按照前文所述的步驟將 JLink 驅動配置為 WinUSB 模式，以實現調試器與計算機之間的穩定通信。

在宿主計算機上安裝 Eclipse IDE 2025 - 03（4.35.0）版本，并從國科安芯官網下載 ansilic_Toolchain 工具鏈（包含 GCC 工具鏈、OpenOCD 以及相關配置文件）和 AS32 驅動庫。將 ansilic_Toolchain 文件夾放置在 Eclipse 的安裝目錄下，并在 Eclipse 中配置好 GCC 工具鏈的路徑，以便在新建工程時能夠正確選擇和使用該工具鏈進行編譯和調試設置。

新建一個 AS32 工程，*附件：Eclipse調試AS32過程指導.pdf中所描述的工程創建與配置步驟，完成工程的目錄管理、項目配置以及驅動文件的導入等工作。在工程配置過程中，特別需要注意根據 AS32 芯片的實際內核類型（如 RV32I）正確設置目標處理器選項，并合理配置編譯器、鏈接器的各項參數，以確保生成的代碼能夠準確無誤地在芯片上運行。

流水燈功能調試

在 AS32 開發板上，通常會配備一些 LED 燈用于演示和調試目的。以下以實現一個簡單的流水燈功能為例，介紹基于 JLink 的 AS32 芯片調試過程。

在新建的 AS32 工程的 User 目錄下，創建一個新的 C 源文件（led.c）和對應的頭文件（led.h）。在 led.h 文件中，定義 LED 燈的相關宏定義和函數聲明，如 LED 引腳定義、LED 開啟和關閉函數原型等。在 led.c 文件中，編寫實現 LED 控制的函數代碼，通過操作 GPIO 寄存器來控制 LED 燈的亮滅狀態。同時，在 main.c 文件中，編寫 main 函數邏輯，實現流水燈的效果，即依次控制各個 LED 燈按照一定的時間間隔依次點亮和熄滅。

在 Eclipse 中設置好 JLink 調試配置，按照前文所述的 JLink GDB ServerCL 和 OpenOCD 調試配置步驟，分別配置好 JLink GDB ServerCL 和 OpenOCD 的路徑、端口號、調試協議等相關參數，并指定調試用的可執行文件（如 led.elf）。啟動調試后，JLink 調試器將程序下載到 AS32 芯片中并開始運行。通過觀察開發板上的 LED 燈是否按照預期的流水燈效果進行閃爍，可初步判斷程序是否正常運行。

若 LED 燈未按照預期效果閃爍，可利用 JLink 調試工具中的斷點設置功能，在 main 函數的循環體內設置斷點，暫停程序執行，查看此時 GPIO 寄存器的值是否與預期的 LED 燈狀態相符。例如，若期望某個 LED 燈點亮，對應的 GPIO 寄存器的輸出位應設置為高電平（1），若實際寄存器值與此不符，則表明程序對 GPIO 寄存器的操作存在錯誤，需仔細檢查相關代碼，如 GPIO 引腳的初始化配置、寄存器地址是否正確、寫入的值是否正確等，并根據檢查結果進行相應的修正。在修復代碼后，再次運行程序并查看 LED 燈的效果，重復上述調試過程，直至流水燈功能正常實現。

UART 通信調試

AS32 芯片的 UART 通信功能是其重要的外設功能之一，在許多應用場景中都發揮著關鍵作用，如與上位機進行數據交互、與其他串口設備進行通信等。以下以調試 AS32 芯片的 UART 通信功能為例，介紹基于 JLink 的 UART 通信調試技巧。

在 AS32 芯片的驅動庫中，包含了 UART 外設的驅動代碼，如 uart_init（）初始化函數、uart_write（）寫函數、uart_read（）讀函數等。在調試 UART 通信功能時，首先需在工程中正確配置 UART 外設的驅動文件路徑，并確保相關驅動函數被正確調用。在 main.c 文件中，調用 uart_init（）函數對 UART 外設進行初始化配置，包括設置波特率、數據位、停止位、校驗位等參數，并配置 UART 的發送和接收中斷使能等選項（若使用中斷方式通信）。

在宿主計算機上，使用串口調試助手軟件（如 SecureCRT、Xshell 等）連接到 AS32 芯片的 UART 通信端口（通過 USB 轉 UART 模塊或串口線連接），設置好相應的波特率、數據位、停止位等參數，與芯片的 UART 配置保持一致。然后，在 main.c 文件中，編寫代碼通過 uart_write（）函數向 UART 發送一串測試數據（如 “Hello, AS32 UART!”），并在串口調試助手中查看是否能夠正確接收到該數據。若未接收到數據或接收到的數據錯誤，可利用 JLink 調試工具中的寄存器窗口和內存窗口，查看 UART 控制寄存器、數據寄存器、狀態寄存器等寄存器的值，檢查 UART 的初始化配置是否正確、發送數據是否正確寫入到發送緩沖區、發送中斷是否正確觸發等。例如，若 UART 的發送中斷標志位未正確設置或發送中斷處理函數未正確響應，則可能導致數據無法發送出去；若接收數據時，UART 的接收緩沖區未正確配置或接收中斷處理邏輯存在錯誤，則可能導致接收數據錯誤或丟失。通過仔細分析寄存器值和程序邏輯，逐步排查可能存在的問題，并對代碼進行相應的修正。

在驗證 UART 發送功能正常后，測試 UART 的接收功能。在開發板上連接一個外部串口設備（如另一個 UART 測試板或通過 USB 轉 UART 模塊連接到計算機的另一串口）向 AS32 芯片的 UART 接收端發送數據，同時在 main.c 文件中編寫代碼，通過 uart_read（）函數讀取接收到的數據，并將其回傳給外部串口設備或顯示在調試串口上。在調試過程中，同樣可利用 JLink 調試工具對 UART 的接收寄存器、狀態寄存器等進行監測，查看接收數據是否正確進入接收緩沖區、接收中斷是否正常觸發以及接收數據處理邏輯是否正確執行等。若發現問題，及時對相關代碼和配置進行調整，直至 UART 通信的發送和接收功能均正常工作，實現穩定可靠的數據傳輸。

六、結語

JLink 調試器在嵌入式系統硬件調試中具有重要作用。本文從驅動配置和調試技巧兩方面進行了深入研究，結合實際應用案例，為硬件工程師提供了理論支持和實踐指導。隨著嵌入式系統復雜度增加，JLink 調試技術將不斷完善，為硬件調試提供更高效便捷的手段。

審核編輯 黃宇