硬件调试：JLink 驱动配置与调试技巧

摘要： 本文深入探讨了 JLink 调试器在嵌入式系统硬件调试中的应用，详细阐述了 JLink 驱动配置的方法以及硬件调试技巧。本文以国科安芯的AS32系列MCU芯片为例，通过分析 JLink 调试器的工作原理、驱动配置流程、调试环境搭建、断点设置、寄存器与内存调试、调试日志分析等方面，结合实际应用案例，旨在为硬件工程师和技术开发人员提供一份具有学术价值和实践指导意义的技术文献，助力提升硬件调试的效率与准确性。

一、引言

JLink 调试器作为一种主流的硬件调试工具，凭借其高性能和良好的兼容性，在嵌入式开发领域得到了广泛应用。本文将从学术角度对 JLink 驱动配置与调试技巧进行深入研究，为硬件调试提供理论支持和实践指导。

二、JLink 调试器概述

（一）JLink 调试器简介

JLink 调试器是由 SEGGER 公司开发的嵌入式系统硬件调试工具，支持多种处理器架构，如 ARM、RISC - V 等。其具备 JTAG/SWD 接口，可与目标芯片进行通信，实现程序下载、断点设置、寄存器查看与修改等功能，是嵌入式开发中不可或缺的调试工具。

（二）JLink 调试器的组成与工作原理

JLink 调试器由硬件部分（包括 JTAG/SWD 接口电路、MCU、USB 接口电路等）和软件部分（包括 JLink 驱动程序、JLink GDB Server 等）组成。工作时，调试器通过 USB 接口与宿主计算机相连，JTAG/SWD 接口与目标芯片相连。调试工具（如 Eclipse）通过 JLink GDB Server 向 JLink 驱动程序发送指令，驱动程序将指令转换后发送给 JLink 调试器，调试器的 MCU 控制 JTAG/SWD 接口与目标芯片通信，执行调试操作，并将结果返回给调试工具。这种工作机制确保了调试数据的高效传输和准确处理。

三、JLink 驱动配置

（一）驱动配置的重要性

JLink 驱动配置是确保调试器与宿主计算机正常通信的基础。驱动程序作为通信桥梁，其配置的准确性直接影响数据传输的稳定性和可靠性。若配置不当，可能导致调试器无法识别或数据传输错误，因此必须严格按照操作流程进行配置。

（二）基于 Zadig 工具的 WinUSB 驱动配置

在 Windows 系统下，使用 Zadig 工具将 JLink 驱动转换为 WinUSB 格式是一种有效的配置方法。具体步骤如下：

连接 JLink 调试器至宿主计算机的 USB 接口。

下载并安装 Zadig 工具。

启动 Zadig，选择 “List All Devices” 列出所有设备。

在设备列表中找到 JLink 设备，选择 WinUSB 驱动程序。

点击 “Install Driver” 完成驱动安装。

通过上述步骤，JLink 调试器能够以 WinUSB 模式稳定运行，为后续调试工作奠定基础。

（三）其他驱动配置方法

在 Linux 系统下，可安装 SEGGER 官方提供的 JLink 驱动程序包进行配置。该驱动程序包包含适用于 Linux 系统的驱动文件和配置工具，用户按照官方文档指导即可完成安装配置。此外，某些集成开发环境（如 Keil MDK、IAR Embedded Workbench）提供专门的 JLink 驱动配置插件，能够自动检测调试器并完成驱动配置，简化了用户的操作流程。

四、JLink 调试技巧

（一）调试环境搭建技巧

确保硬件连接正确

检查 JLink 调试器与目标芯片的 JTAG/SWD 接口连接是否正确，避免虚接或短路。

确保调试器与宿主计算机的 USB 连接稳固，以保证数据传输的稳定性。

选择合适的调试工具链与开发环境

根据目标芯片架构选择匹配的工具链和开发环境，如 Eclipse + GCC + JLink 组合。

确保工具链版本兼容，按照官方文档进行安装配置。

配置调试器参数

根据目标芯片的硬件手册和 JLink 用户指南，配置调试接口类型、时钟频率等参数。

确保调试接口与目标芯片的调试接口类型相匹配，以实现有效通信。

（二）断点设置技巧

硬件断点与软件断点的合理使用

硬件断点利用调试器硬件资源，具有高触发效率，但数量有限。

软件断点通过插入指令实现，数量不限，但可能影响程序执行效率。

在调试关键路径或时间敏感代码段时，优先使用硬件断点；在非关键路径或对性能要求不高的代码段，使用软件断点。

断点设置的优化策略

精准定位断点 ：通过分析程序逻辑结构，精准定位可能出现问题的代码段，避免在无关代码段设置断点。

合理设置断点条件 ：使用条件断点，在特定条件下触发，减少断点触发次数，提高调试效率。

分层设置断点 ：对复杂嵌套函数或模块化程序，自顶向下分层设置断点，逐步调试，快速定位问题所在层次。

（三）寄存器与内存调试技巧

寄存器调试技巧

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

实时监测关键寄存器值的变化 ：在调试工具的寄存器窗口中监测关键寄存器值，及时发现异常变化。

谨慎修改寄存器值 ：了解修改寄存器值的后果，尽量在安全环境下操作，修改后密切关注芯片运行状态。

内存调试技巧

使用内存窗口查看指定地址范围的数据 ：在内存窗口中输入地址范围查看数据内容，选择合适的显示方式。

设置内存断点监测数据变化 ：在关键内存地址设置内存断点，监测数据变化，分析程序逻辑。

分析内存映射与数据布局 ：结合芯片内存映射文档和编译器存储布局规则，分析变量、函数等存储位置。

（四）调试日志与错误分析技巧

生成与查看调试日志

在 Eclipse 调试工具中，通过 “Save Debug Log” 按钮保存调试日志，便于后续分析。

使用文本编辑器或分析工具，按照关键字筛选查找调试信息和异常事件。

深入分析错误信息与异常事件

仔细阅读错误描述和堆栈信息，结合源代码和调试功能，回溯程序执行流程，查找错误原因。

对于硬件异常，分析寄存器值、指令指针地址等信息，定位故障代码段。

利用调试日志进行回归测试与问题跟踪

修复错误后，对比新旧调试日志，验证修复效果，确保未引入新问题。

对间歇性错误或复杂问题的调试日志进行汇总统计，寻找错误规律。

（五）调试效率提升技巧

熟练掌握调试工具快捷键与操作面板

掌握调试快捷键（如 Resume、Suspend、Step Into 等），减少鼠标操作，提高调试速度。

熟悉调试工具操作面板（如变量视图、断点视图等）的使用方法，快速获取调试信息。

采用增量调试与模块化调试方法

对大型复杂项目进行增量调试和模块化调试，降低调试难度，提高效率。

先调试新增或修改代码，再进行集成调试；先调试独立模块，再进行系统集成调试。

利用调试器的脚本自动化功能

编写调试脚本实现重复性调试任务的自动化执行，如程序下载、断点设置等。

熟悉调试工具脚本语言和编程接口，设计合理脚本逻辑，确保脚本正确性。

五、JLink 调试在 AS32 芯片应用中的实践案例

（一）AS32 芯片简介

AS32 系列芯片是由国科安芯推出的一款基于 RISC - V 架构的 32 位通用 MCU，具有高性能、低功耗、高集成度等特点，适用于工业控制、物联网、智能家居等多个领域。AS32 芯片提供了丰富的外设接口，如 GPIO、UART、SPI、I2C、ADC、PWM 等，具备多种工作模式和低功耗管理模式，能够满足不同应用场景下的多样化需求。在硬件调试方面，AS32系列芯片支持 JTAG/SWD 调试接口，可与 JLink 调试器配合使用，实现对芯片的高效调试和开发。

（二）基于 JLink 的 AS32 芯片调试实践

调试环境搭建

在搭建基于 JLink 的 AS32 芯片调试环境时，首先将 JLink 调试器通过 USB 接口连接到宿主计算机，并使用杜邦线将 JLink 调试器的 JTAG 接口与 AS32 开发板上的 JTAG 调试接口相连。确保连接正确无误后，打开 Zadig 工具，按照前文所述的步骤将 JLink 驱动配置为 WinUSB 模式，以实现调试器与计算机之间的稳定通信。

在宿主计算机上安装 Eclipse IDE 2025 - 03（4.35.0）版本，并从国科安芯官网下载 ansilic_Toolchain 工具链（包含 GCC 工具链、OpenOCD 以及相关配置文件）和 AS32 驱动库。将 ansilic_Toolchain 文件夹放置在 Eclipse 的安装目录下，并在 Eclipse 中配置好 GCC 工具链的路径，以便在新建工程时能够正确选择和使用该工具链进行编译和调试设置。

新建一个 AS32 工程，*附件：Eclipse调试AS32过程指导.pdf中所描述的工程创建与配置步骤，完成工程的目录管理、项目配置以及驱动文件的导入等工作。在工程配置过程中，特别需要注意根据 AS32 芯片的实际内核类型（如 RV32I）正确设置目标处理器选项，并合理配置编译器、链接器的各项参数，以确保生成的代码能够准确无误地在芯片上运行。

流水灯功能调试

在 AS32 开发板上，通常会配备一些 LED 灯用于演示和调试目的。以下以实现一个简单的流水灯功能为例，介绍基于 JLink 的 AS32 芯片调试过程。

在新建的 AS32 工程的 User 目录下，创建一个新的 C 源文件（led.c）和对应的头文件（led.h）。在 led.h 文件中，定义 LED 灯的相关宏定义和函数声明，如 LED 引脚定义、LED 开启和关闭函数原型等。在 led.c 文件中，编写实现 LED 控制的函数代码，通过操作 GPIO 寄存器来控制 LED 灯的亮灭状态。同时，在 main.c 文件中，编写 main 函数逻辑，实现流水灯的效果，即依次控制各个 LED 灯按照一定的时间间隔依次点亮和熄灭。

在 Eclipse 中设置好 JLink 调试配置，按照前文所述的 JLink GDB ServerCL 和 OpenOCD 调试配置步骤，分别配置好 JLink GDB ServerCL 和 OpenOCD 的路径、端口号、调试协议等相关参数，并指定调试用的可执行文件（如 led.elf）。启动调试后，JLink 调试器将程序下载到 AS32 芯片中并开始运行。通过观察开发板上的 LED 灯是否按照预期的流水灯效果进行闪烁，可初步判断程序是否正常运行。

若 LED 灯未按照预期效果闪烁，可利用 JLink 调试工具中的断点设置功能，在 main 函数的循环体内设置断点，暂停程序执行，查看此时 GPIO 寄存器的值是否与预期的 LED 灯状态相符。例如，若期望某个 LED 灯点亮，对应的 GPIO 寄存器的输出位应设置为高电平（1），若实际寄存器值与此不符，则表明程序对 GPIO 寄存器的操作存在错误，需仔细检查相关代码，如 GPIO 引脚的初始化配置、寄存器地址是否正确、写入的值是否正确等，并根据检查结果进行相应的修正。在修复代码后，再次运行程序并查看 LED 灯的效果，重复上述调试过程，直至流水灯功能正常实现。

UART 通信调试

AS32 芯片的 UART 通信功能是其重要的外设功能之一，在许多应用场景中都发挥着关键作用，如与上位机进行数据交互、与其他串口设备进行通信等。以下以调试 AS32 芯片的 UART 通信功能为例，介绍基于 JLink 的 UART 通信调试技巧。

在 AS32 芯片的驱动库中，包含了 UART 外设的驱动代码，如 uart_init（）初始化函数、uart_write（）写函数、uart_read（）读函数等。在调试 UART 通信功能时，首先需在工程中正确配置 UART 外设的驱动文件路径，并确保相关驱动函数被正确调用。在 main.c 文件中，调用 uart_init（）函数对 UART 外设进行初始化配置，包括设置波特率、数据位、停止位、校验位等参数，并配置 UART 的发送和接收中断使能等选项（若使用中断方式通信）。

在宿主计算机上，使用串口调试助手软件（如 SecureCRT、Xshell 等）连接到 AS32 芯片的 UART 通信端口（通过 USB 转 UART 模块或串口线连接），设置好相应的波特率、数据位、停止位等参数，与芯片的 UART 配置保持一致。然后，在 main.c 文件中，编写代码通过 uart_write（）函数向 UART 发送一串测试数据（如 “Hello, AS32 UART!”），并在串口调试助手中查看是否能够正确接收到该数据。若未接收到数据或接收到的数据错误，可利用 JLink 调试工具中的寄存器窗口和内存窗口，查看 UART 控制寄存器、数据寄存器、状态寄存器等寄存器的值，检查 UART 的初始化配置是否正确、发送数据是否正确写入到发送缓冲区、发送中断是否正确触发等。例如，若 UART 的发送中断标志位未正确设置或发送中断处理函数未正确响应，则可能导致数据无法发送出去；若接收数据时，UART 的接收缓冲区未正确配置或接收中断处理逻辑存在错误，则可能导致接收数据错误或丢失。通过仔细分析寄存器值和程序逻辑，逐步排查可能存在的问题，并对代码进行相应的修正。

在验证 UART 发送功能正常后，测试 UART 的接收功能。在开发板上连接一个外部串口设备（如另一个 UART 测试板或通过 USB 转 UART 模块连接到计算机的另一串口）向 AS32 芯片的 UART 接收端发送数据，同时在 main.c 文件中编写代码，通过 uart_read（）函数读取接收到的数据，并将其回传给外部串口设备或显示在调试串口上。在调试过程中，同样可利用 JLink 调试工具对 UART 的接收寄存器、状态寄存器等进行监测，查看接收数据是否正确进入接收缓冲区、接收中断是否正常触发以及接收数据处理逻辑是否正确执行等。若发现问题，及时对相关代码和配置进行调整，直至 UART 通信的发送和接收功能均正常工作，实现稳定可靠的数据传输。

六、结语

JLink 调试器在嵌入式系统硬件调试中具有重要作用。本文从驱动配置和调试技巧两方面进行了深入研究，结合实际应用案例，为硬件工程师提供了理论支持和实践指导。随着嵌入式系统复杂度增加，JLink 调试技术将不断完善，为硬件调试提供更高效便捷的手段。

审核编辑 黄宇